冷軋含油廢水處理技術研究進展

1、冷軋含油廢水處理技術研究進展2010-4-15本文概述了冷軋含油廢水油類物質(zhì)在水中的存在形式和特點,闡述了常規(guī)軋鋼 含油廢水的各種處理方法,如氣浮法、絮凝法、吸附法、膜分離法和生物法,并對 各種方法處理冷軋含油廢水的優(yōu)缺點及其發(fā)展趨勢進行了探討。最后,對膜生物反 應器在處理冷軋含油廢水的前景進行預測,并提出對工業(yè)化處理冷軋含油廢水的一 些建議和展望。1前言冶金工業(yè)含油廢水,特別是含乳化液的廢水,是目前較難處理的高濃度、難 降解廢水之一。鋼鐵企業(yè)在軋鋼的過程中,為了消除軋制過程中產(chǎn)生的變形熱,采 用乳十七液或棕櫚油進行冷卻和潤滑產(chǎn)生了大量的乳化液廢水和直接冷卻軋輥、軋 輥軸承等軋件產(chǎn)生的含油廢水

2、。這類廢水具有排放量大、水質(zhì)變化幅度大、化學穩(wěn) 定性好、處理難度大等特點。在工藝管道設備中,這類廢水和廢水中的懸浮顆粒易 形成較大粘性的油泥團,堵塞管道設備、影響生產(chǎn),直接排放不僅浪費也給環(huán)境造 成嚴重污染。因此,必須對乳化液廢水進行嚴格有效的處理,達標后才能排放。 根據(jù)來源不同,油類物質(zhì)在水中的存在形式可分為懸浮油、分散油、溶解油 和乳化油等。懸浮油油珠顆粒較大(粒徑 100m ,以連續(xù)相的油膜漂浮在水面 上,可采用重力法(如隔油池去除;分散油粒徑介于 10m-100m 之間,懸浮 在水相中,不穩(wěn)定,可聚集成較大的油珠轉(zhuǎn)化成懸浮油,也可能在自然和機械作用 下轉(zhuǎn)化為乳化油,可采用粗?；椒ㄈコ?/p>

3、;溶解油粒徑在 0.1m 以下,部分以分子 狀態(tài)或化學方式分散于水體中形成油水分散體系,非常穩(wěn)定,常采用化學氧化、吸附、生化等方法去除;乳化油在廢水中呈乳濁狀,在表面活性劑的作用下以 O/W或 W/O型乳化微粒分散在水中。由于其表面形成一層帶有電荷的界膜,油珠外圍 形成雙電層和極小的分散度,在水分子熱運動的影響下,油滴在水中非常穩(wěn)定,油 粒徑在 0.1m-10m 之間,常規(guī)的化學處理工藝難以實現(xiàn)有效地處理。目前,國內(nèi)外相關人員一直對含油廢水的處理方法進行研究和探索,本文就 冷軋含油廢水處理中的一些主要方法進行分析和評述。2常規(guī)的冷軋含油廢水處理方法2.1氣浮法氣浮法又稱浮選法,是國內(nèi)外處理含油

4、廢水當中使用較為廣泛的一種方法。 該法是將空氣以微小氣泡的形式注入含油廢水中,使氣泡與水中細小懸浮油珠及固 體顆粒黏附,由于其密度小,隨氣泡一起上浮形成浮渣層從水相中分離出來。根據(jù) 水中形成氣泡的平均直徑大小、溶入條件和氣泡形成方式,氣浮法分為溶氣氣浮、 布氣氣浮和電解氣浮。 氣浮法尤其對于重油 (密度和水相近 的分離是非常有效的, 其脫油的效率依賴于形成氣泡的大小和數(shù)量,尤其適用于氣泡直徑在 20m-150m 的油珠,通過氣浮裝置可以把含油廢水中油的濃度降到 40mg/L以下。目前應用 于含油廢水處理較多的溶氣氣浮是將化學破乳和溶氣浮選相結(jié)合的絮凝氣浮工藝。 加入浮選劑一方面起到破乳和起泡的

5、作用;另一方面還有吸附架橋的作用,可以使 膠體顆粒聚集隨氣泡一起上浮。該法具有裝置處理量大,工藝成熟,產(chǎn)生污泥量少 和分離效率高、效果好等優(yōu)點;但也存在占地面積大、藥劑用量大、浮渣造成二次 污染等不足之處。目前,對氣浮法的研究集中在除油的機理、氣浮裝置的革新、改 進及與其他工藝的組合上。2.2絮凝法近年來,絮凝沉降法處理含油廢水及部分難以生化降解的復雜高分子有機物 在國內(nèi)外有廣泛的報道。該方法主要根據(jù)絮凝劑類型的不同通過三種方式進行除 油:一是無機鹽絮凝劑的水解聚合產(chǎn)物能中和油污表面電荷,使其凝聚;其二是高 分子絮凝劑通過其分子鏈的架橋作用達到分散油污間的絮凝;其三是絮凝過程產(chǎn)生 的礬花對油污

6、產(chǎn)生吸附共沉作用。工業(yè)上,為克服無機高分子絮凝劑(如聚合氯化鋁和有機絮凝劑(如聚丙烯 酰胺等的缺點,往往將兩者復合投用,大大提高含油廢水的除油效果。這是因為 有機絮凝劑中陽離子對廢水中的乳化油滴起到了電荷中和及壓縮雙電層的作用,促 使乳化油滴進一步破乳析出,而且有機絮凝劑有很長的分子鏈,能在由凝聚作用形 成的膠體顆粒間進行架橋,形成大而堅韌的絮凝體,從而改善絮凝體性能。由于軋 鋼含油廢水中存在較多的氧化鐵皮微粒,可將膜技術、氣浮技術、磁技術等和絮凝 技術結(jié)合發(fā)展起來處理軋鋼含油廢水。該技術存在藥劑消耗大、運行費用昂貴、處 理后的廢水含油量、 COD 難以達標等缺點。2.3吸附法吸附法是利用多孔

7、、比表面積很大的吸附劑對廢水中的溶解油和其他溶解性 有機物進行物理性作用力吸附(如范德華力 、化學性吸附(如化學鍵和靜電吸 附,從而達到油水分離的目的。常用的吸附劑有活性炭、泥炭、活化礬土、褐煤、 高分子聚合物和吸附樹脂等。目前,吸附法中應用最多的吸附劑是活性炭,但由于 活性炭吸附容量有限,常與絮凝等工藝組合,用于軋鋼含油廢水的處理。因此,開 發(fā)出具有吸附容量大、吸附速度快、回收容易、吸油效率高、保油性能好、經(jīng)濟的 吸附材料是吸附法能否得以廣泛應用的關鍵。2.4膜分離法膜法是利用液液分散體系中的兩相與固體膜表面親和力的不同,通過外界 的作用力以物理截留的方式達到分離目的。目前,文獻報道較多的膜

8、分離有微濾、 超濾和納濾,三者均靠膜兩側(cè)壓力差為推動力,根據(jù)分離膜截留分子量截留廢水中 的乳化油和溶解油。張國勝等采用 0.2m 氧化鋯無機膜處理鋼鐵廠冷軋乳化液廢 水,通過對操作參數(shù)和處理過程的優(yōu)化,膜通量 100L/(m 2.h ,含油質(zhì)量濃度從 5000mg/L降至 10mg/L以下,截留率大于 99%,滲透液中油的質(zhì)量分數(shù)小于 0.001%,成功用于工業(yè)化。隨著膜處理技術的成熟,工業(yè)上將膜分離技術(如超濾、反滲透與常規(guī)處 理方法進行組合。邯鋼冷軋廢水處理站采用了高性能磁力滾式紙袋過濾機 +無機陶 瓷膜超濾系統(tǒng) +接觸生物氧化 +斜板沉淀 +活性炭過濾工藝, 有效地解決了油脂類分 子與水

9、分子的分離,有機物、 COD 的降解,懸浮物的沉淀,取得良好效果。因此, 隨著更耐高溫、耐酸堿、耐腐蝕、機械強度高、使用壽命長、通量大的有機無機復 合膜和陶瓷膜的研制成功及在膜清洗、抗污染領域的進步,膜分離技術以直接實現(xiàn) 油水物理分離、 不產(chǎn)生含油污泥、 濃縮液可回用、 處理量和水質(zhì)穩(wěn)定、 分離效率高、 能耗低的優(yōu)點,將逐步取代傳統(tǒng)電解、絮凝等先進行破乳的工藝,并在含油廢水的 處理過程中會應用越來越廣。2.5生物法生物法是利用各種微生物的代謝作用,對廢水中的污染物進行降解和轉(zhuǎn)化為 生物體內(nèi)的有機成分或增殖成新的微生物或被微生物分解為穩(wěn)定的無機或有機物 質(zhì)。在好氧條件下,污染物被分解為 CO 2

10、、 H 2O ;在厭氧條件下,污染物最終形成 CH 4、 CO 2、 H 2S 、 N 2和 H 2O 等。生物處理法主要包括活性污泥法、生物膜法(生 物轉(zhuǎn)盤、生物濾池 、氧化溝和厭氧消化等。常用的活性污泥法和生物膜法,同屬好氧生物處理方法, 是生活污水、 城市污水以及有機性工業(yè)廢水處理最常用的工藝。 好氧活性污泥法是在曝氣池內(nèi)利用流動狀態(tài)的絮凝體 -活性污泥作為凈化微生物的 載體,通過吸附、濃縮在絮凝體表面上的多種好氧微生物和兼性厭氧微生物來分解 廢水中的有機物;生物膜法是在生物反應器內(nèi),使微生物黏附在生物濾池濾料載體 或生物轉(zhuǎn)盤的盤片上,污水在流經(jīng)固定載體表面過程中,廢水中的有機物質(zhì)便被微

11、 生物吸附和分解破壞。生物法處理含油廢水工藝成熟,適應性強,投資少,無二次 污染,但其基建費用高,對進水水質(zhì)要求較高。目前,生物法已開始在廢水的脫氮 除磷、難降解物質(zhì)的降解與轉(zhuǎn)化、土壤和水體生物修復和生物絮凝及固定化技術等 方面開展應用。伴隨著高效、適應性強的菌種的開發(fā)研究,用生物法處理廢水具有 廣闊的應用前景。3膜生物反應器膜生物反應器(MBR 是將膜技術與微生物技術相結(jié)合的一種先進的廢水處 理方法,既以超濾、微濾膜等取代常規(guī)活性污泥法中二沉池的污水處理新工藝。該 法利用膜的高效截留作用,克服了傳統(tǒng)活性污泥法中污泥膨脹對處理效果的影響, 還可以將污水中可生化性差的乳化液、懸浮物、膠體進行截留

12、,可靈活控制反應器 水力停留時間(HRT 和污泥停留時間(SRT ,增加了曝氣池活性污泥的濃度,提 高生物的降解速率,降低了負荷率,基本上實現(xiàn)無剩余污泥排放,出水懸浮物和濁 度接近于零,可以直接回用,實現(xiàn)污水資源化。MBR 有兩種工藝類型,既浸沒式(submerged MBR 和外置式(external MBR 。外置式 MBR 較適應高溫、高有機濃度、高毒性和難過濾的廢水。但由于外 置式 MBR 需消耗較高的能耗且給生物處理帶來不利的因素,因而浸沒式 MBR 得 以發(fā)展起來。在浸沒式 MBR 工藝中,膜直接浸沒在生物反應池中,安置在曝氣器的上方， 借助曝氣流引起的上升氣水混合物擦洗膜表面去除

13、濾餅層， 減少運行阻力。 因此，能耗主要來自亍曝氣裝置。日前 MBR 研究集中在兩個方面： （1）通過研究 MBR 組件的結(jié)構(gòu)、類型和膜材料獲叏基本信息； （2）研究膜污染控制和 MBR 的應 用，包括各類廢水、微生物収酵、氣體脫除和擴散等。 我國目前有254套 MBR 裝置，其中117套用亍處理工業(yè)廢水，137套用亍處 理市政廢水。軋鋼含油廢水含有大量的乳化態(tài)油、脂類化合物，可生化性差，用 MBR 可以克服這些缺點。肖丙雁等采用 A/O2-MBR 組合處理冷軋含油廢水，幵應 用固定化微生物技術克服了常規(guī)膜處理中“油封”對膜表面造成的污染，獲得了一 個長效、穩(wěn)定的膜通量和高效的處理成果，運行成本低，出水 CODcr70mg/L， 出水水質(zhì)可達污水綜合排放標準 （GB8978-1996）一級標準。 隨著更為嚴格的排放標準的實施和廢水回用的迫切需要， 鑒亍 MBR 的顯著優(yōu) 勢，MBR 將在廢水的處理和回用過程中収揮更大的作用。 4結(jié)論與展望 綜上所述，隨著全球范圍內(nèi)水資源的短缺、污染的加劇，我國鋼鐵工業(yè)水 污染物排放標準 （征求意見稿）要求：從2009年1月1日起，現(xiàn)有冷軋企業(yè)總排 放口廢水排放限值：COD、SS、石油類分別為：60mg/L、50mg/L 和5mg/L； 從2011年1月1日起，現(xiàn)有冷軋企業(yè)總排放口廢水排放限值：COD、SS、石油類