高浓度乳化废水氯化钙破乳试验研究

摘要：为了能在高有机乳化废水处理设计和运行过程准确的对氯化钙进行添加，保证氯化钙添加量的准确性，杜绝药剂添加浪费的情况，同时确保能达到最佳的破乳效果，降低后续处理设施的运行负担，达到设计的处理标准。通过实验论证得出氯化钙对高浓度乳化废水具有较好的破乳效果，在考虑破乳状态和实际运行成本的情况下，pH值为3且氯化钙添加量为4‰时为最佳的化学破乳状态，试验原水COD为125300mg/L，化学破乳反应后的处理水COD为4550mg/L，COD去除效率能达到96%，满足实际项目要求，配合后续的深度处理系统能有效的对高浓度乳化废水进行达标处理。

关键词：乳化废水;破乳状态;破乳效果;最佳

随着时代的进步、社会的发展，保护环境人人有责并不仅仅只是一句口号，人与自然的可持续发展观越来越深入人心。而作为环境资源保护工作者的一员，在实际项目建设中经常能发现各种操作运行问题，比如操作人员在实际运行过程中存在加药量过大造成运行成本增加的情况，或者运行条件未达到最佳状态而造成出水水质污染物浓度较大，无法达到排放标准等等问题，大大加大了整个环保处理系统的运行负担。而怎样做到花费最小的成本而达到最大的运行处理效果是我们环保技术人员必须要去考虑及研究的。

本文主要通过实验研究乳化废水处理过程中在不同的破乳环境下所产生的不同的破乳效果，通过实验及论证来得出最佳的破乳效果，为后续的环保技术工作积累经验。

1乳化废水的介紹

乳化是一种液体以极微小液滴均匀地分散在互不相溶的另一种液体中的作用[1]。乳化是一种液-液相关联的界面现象，当两种原本互不相溶的液体，比如油与水，原本油和水由于密度的不同会进行分层，密度较小的油在上层，而密度较大的水在下层，这样可以很好的进行油水分离。但是在加入化学物质，如部分有机添加剂、表面活性剂等的情况下通过高速的搅拌，在离心力的作用下，油分子被分散在水中，从而形成油和水的均匀的分布状态。

乳化液中主要含有机油和表面活性剂[2]，是利用不同油类物质的特性加入特定的乳化剂与水进行稀释配置而成。由于乳化剂都是表面活性剂，当它加入水中，使油与水的界面自由能大大降低，达到最低值，这时油便分散在水中[3]。所以乳化液可以简单地认为是液-液相平衡的一种状态，从而使得油和水所组成的胶体物质性状具有稳定性、均匀性的特点，保证了乳化油能均匀的分散在水中，即油为分散相，而水为连续相的特性。

2实验水样的选择

本技术研究主要以工程项目中所见的技术难点为出发点，同时利用本次研究成果能为同类工程项目的建设作为参考。所以本实验所使用的水样为山东泰山玻璃纤维有限公司水性新材料及提纯车间所产生的工艺废水，废水种类较多，呈现浓稠状乳白色，通过对实际产线的模拟排水情况分析，将多种类乳化废水同比例混合，同时添加综合清洗废水，从而配置成模拟生产废水，即本试验所用的实验废水原水，通过检测原水COD为125300mg/L，pH值为9.8，COD浓度较高，破乳难道较大。

3实验工艺的选择

在实际工程运用中，能达到较好的破乳效果的破乳工艺很多，主要分为以下三大类工艺：

（1）机械破乳

通常是采用离心分离，利用油、水的密度不同，经离心加热而使油相的粘度降低而加快破乳[4]，此方法在水处理领域实际乳化废水的处理上应用较少。

（2）物理法

物理破乳法通常采用沉降法、生化法、多介质过滤法等。沉降法主要用于破乳难度较小或者已经进行初步破乳的废水工艺，一般与化学法结合使用处理效率较高，超声波破乳作用的强度不应太大，否则可能导致分散，过滤法处理乳化废水主要是使乳化废水通过多种类的特性过滤材料或过滤装置，利用过滤材料的特性实现油水分离。物理法在乳化含油污水处理上的实际应用也较少。

（3）化学破乳法

化学破乳法主要是改变乳化液的类型和界面性质，使它变的不稳定而发生破乳[4]。在实际处理过程中通常是投加特殊的破乳药剂来实现所需的破乳过程，工程上应用较为广泛。化学破乳法大体上有以下几种：酸碱破乳、无机混凝剂破乳、有机絮凝剂破乳、无机与有机药剂的配合使用等。

在实际工程运用中，机械破乳和物理法设备投资及破乳成本较大，通常在某些特定条件下且产品附加值较高的情况下才被采用。而常见的工厂制造业由于考虑到实际的投资成本，通常采用化学破乳法进行破乳。主要工艺一般采用化学破乳+混凝沉淀（气浮）+深度处理系统的整体处理工艺，而破乳通常作为整个项目的预处理工艺，以将乳化状态破除，降低废水有机物浓度的同时方便后续深度处理设备的处理。

本试验采用酸碱破乳和无机破乳剂结合相结合的破乳工艺，选取的无机破乳剂为氯化钙，研究不同pH值在不同氯化钙添加量情况下的破乳效果，以COD的去除效率进行参考，同时结合实际运行成本，研究出最佳的运行状态。

4氯化钙的破乳原理

对于氯化钙破乳的基本原理如下：

（1）氯化钙被添加至乳化废水后会被离解成为正、负离子，发生强烈的水化作用即争水作用，使乳化废水中存在的自由水分子减少，逐渐对油珠产生脱水作用，从而破坏了乳化废水中油珠的水化层[5]。

（2）含有特性表面活性剂的乳化废水稳定性较好，通过向乳化液废水中添加氯化钙后，Ca2+压缩双电层，降低电位，从而减小了均匀分布在水中的乳化油胶粒之间的相互排斥力，在范德华力作用下有可能碰撞并大成为分散油[5]，从而达到了破乳的目的。

（3）Ca2+可与乳化废水中特定的表面活性剂反应，从而生成不溶于水的金属皂沉淀，使乳化液的状态进行转变，从而将原有稳定性结构破坏，达到破乳的目的[5]。

5实验过程（pH值为变量）

通过添加硫酸和液碱调节不同的pH值，本实验组共10组，pH值分别为pH=1、2、3……9、10，标记组号为1、2、3……9、10。每个实验组废水量为100mL，添加相同量的氯化钙溶液，氯化钙溶液的配置浓度为20%，添加量为5mL。由于本处设定的变量为pH值，所以为了确保试验组都能看到有效的破乳效果，所以加大了氯化钙的添加量，以方便测出有效的实验数据。

各实验组破乳时间设定为20min，完成后调节pH值至9后加入适量的PAM进行絮凝反应，上清液通过滤纸过滤后检测COD浓度，实验数据如表1所示。（COD浓度单位：mg/L）

通过以上数据分析，实验组1至5号破乳效果较好，能达到破乳要求，而6至10号破乳效果一般，破乳不完全，后续增加试验组别，在实验组6至10的现有基础上进一步增加了氯化钙的添加量5mL，组别6和7基本清澈，其余组别仍破乳不完全，所以本处判断在pH值6-10的范围内，废水无法有效达到较好的破乳效果。

对比实验组1-5，由于实验组1和2与实验组3数据差别不大，而实际运行中需要添加大量的硫酸调节pH值和碱回调pH值，所以在数据差别较小的情况下，本处不建议采用实验组1和2的pH调节进行项目实际运行。综合考虑选实验组3、4、5的pH值条件进行后续的加药量测试。

6实验过程（加药量为变量）

通过添加硫酸和液碱调节不同的pH值，本实验组共3组，pH值分别为pH=3、4、5，重新标记组号为1、2、3。每组试验分别有6个对比实验杯，每个实验杯废水量为100mL，添加不同量的氯化钙溶液，氯化钙溶液的配置浓度为20%，添加量分别为0.5mL、1mL、1.5mL、2mL、2.5mL、3mL，标记杯号为1、2……5、6。

各实验组破乳时间设定为20min，完成后调节pH值至9后加入适量的PAM进行絮凝反应，上清液通过滤纸过滤后检测COD浓度，实验数据如表2所示。（COD浓度单位：mg/L）

通过以上数据分析，实验组1的破乳效果明显好于实验组2和3，而在实验组1中，从杯号1至6数据递减，说明在pH保持不变的情况下，在本实验数据范围内，氯化钙添加量越多，出水COD越低，破乳效果越好。

对比整个实验组1可以看出，杯号1至4数据下降明显，杯号4-5基本无太大数据下降，考虑到药剂添加量的增加导致实际运行费用的增大，所以建议采用杯号4作为最佳实验组别。

7实验结果

通过本次实验论证可知，第二次变量实验中组别1杯号4的试验条件在此次高有机乳化废水的破乳实验中综合表现最佳，实验条件为100mL高有机乳化废水在pH值为3，氯化钙（浓度20%）加药量为2mL。

综上可知，在酸性条件下氯化钙的破乳效果较好，在考虑综合药品添加成本的情况下，pH值为3，氯化钙添加量为4‰的运行条件为最佳处理条件，能达到最佳的处理效率，COD去除效率能达到96%。

通过本次实验研究，能够对后续的工程项目技术工作提供参考，我们必须明白环境治理是什么？为了达到环境治理的效果需要不计成本的投资？还是浪费现有资源而治理原有污染的一项保护工作？事实上环境治理的同时我们也要充分考虑投资成本及现有资源的利用，让资源得到最大化的利用及可持续发展，这也是我们作为环保技术工作者需要去考虑和研究的方向。

环境保护工作是一项重要的工作，关乎我们每个人的切身利益，我们必须采取措施，多方向的进行论证研究，同时需要全员参与，为了我们生活的环境变得更好而努力。环保工作是一项影响未来的工作，我们只有在工作中发现问题、研究问题、解决问题同时展望此项问题研究的意义，才能在未来的环保技术工作中创造可能。

参考文献：

[1]百度百科.拔水剂.1901-01-01.

[2]闫思敏，白栓栓.乳化液废水处理概述.《科技经济市场》，2014-05-30

[3]孙三军，郭海峰.高COD废乳化液处置工艺的研究.《山西化工》，2020-04-24

[4]陈天应，高秀丽，张鹏名，刘孟鹏等.苏20区块复合破乳技術优选.《内蒙古石油化工》，2019-09-15

[5]林建平.氯化钙处理乳化液废水的试验研究.《山东工业技术》，2018-08-15

作者简介：黄健博 1990.3男 汉 江苏海门 大专 职称：暂无（本论文用于中级职称评选）和研究方向：环境工程

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