油滴/气泡尺度对模拟含油废水气浮效果的影响

摘要

石油化工、钢铁冶金及机械加工行业含油废水的排放量逐年增加。随着各种乳化剂的开发及应用，含油废水的成分日趋复杂，处理难度增加。加压溶气气浮法具有污染物去除效率高、处理量大、停留时间短、回收有价物质等优越性，研究含油废水的气浮处理强化技术在当下清洁生产、节能减排的大背景下具有深远的理论及实践意义。
　　 本文以0＃柴油乳化模拟含油废水，采用不同的混凝剂，对气浮混凝工艺参数、气泡.油滴絮体共凝聚气浮行为进行了深入研究，优化了混凝-气浮工艺参数；通过表面活性剂分散油滴及气泡，研究了不同粒径下的油滴及气泡对气浮除油效率的影响规律；通过高速摄影仪对气泡及油滴进行碰撞及粘附微观行为表征，从气浮除油本质出发，探讨气浮柱体中油滴与气泡的碰撞效率、粘附效率问题，为气泡与疏水性油滴结合创造良好的上浮环境，以期提高气浮除油效率，寻求微观气浮分离过程的规律，对分子分离科学的发展起推动作用。
　　 最佳混凝-气浮参数设置条件下，含油废水经处理出水浊度去除率最高可达98.23％、含油量去除率为98.76%。不添加任何混凝剂下，无药气浮除油效率仍有56.42%，但可免去浮渣难处理困扰，无需排泥设备，无二次污染。
　　 研究结果表明，十二烷基苯磺酸钠(10mg/L，下同)对乳化液油滴(0＃柴油2.5mg/L，下同)的分散粒径为22.33/59.94μm。不同油滴尺度对气浮除油影响规律是，油滴尺度变化对含油量去除效率影响更大，对浊度去除效果影响较小。十二烷基苯磺酸钠对气泡的分散粒径为115.6/176.51μm；油酸钠对气泡的分散粒径为107.95/180.6μm；油酸钠对气泡的分散性能略优于十二烷基苯磺酸钠；对模拟乳化液油滴进行表征，高速摄影仪表征结果与激光粒度仪所测数据基本吻合(57.10/59.94μm)，表明该气泡表征手段切实可行。
　　 对乳化液油滴、对加压溶气水释气气泡尺度进行表征，包括动态追踪气泡的动力学参数(速率、加速度及位移)，考察气泡尺度与动力学规律关系及其对气浮除油的影响，同时对油滴-油滴、油滴-气泡碰撞与粘附的微观行为进行表征。结果表明适当减小气泡粒径，可大幅提高油滴-絮体颗粒与气泡的碰撞效率与粘附效率，合适的油滴及气泡粒径组合促进气浮除油，同时，带动浊度去除效果的提升；气泡尺度越小，有利于小油滴表面附着、聚集，小气泡有较大的比表面积，油滴与气泡的碰撞机率、粘附机率增大，气泡与油滴附着体加速上浮，因此气浮除油效率随气泡尺度的减小而呈现增大趋势；浊度、含油量均有较高的去除率，去浊率达97.41%以上，含油量去除率亦有92.72%以上。
　　 在增大含油废水处理难度(油滴尺度明显小于气泡尺度)下，当油滴粒径一定时，油滴-气泡聚集体上浮过程中，气泡兼并及其对超细油滴输送的影响是，气泡粒径越小越有利于与油滴的碰撞及表面粘附(甚至进入油滴内部)，含油率及浊度的去除率得以提高。
　　 研究表明采用高速摄影仪观测油滴与油滴、油滴与气泡间的碰撞与粘附微观行为，油滴-油滴的粘附、并聚使得油滴(油滴絮体)粒径增大，促进气浮除油；油滴-气泡的表面粘附、气泡进入油滴絮体内部，一方面使得油絮体尺度显著增大，促进气浮及上浮过程中对细小油滴的网捕架桥作用，另一方面，油滴粒径增大的同时也增大絮体与水的密度差，促进气泡与疏水性油滴的结合，创造良好的气泡-油滴絮体上浮环境。