化學(xué)破乳的影響因素與高分子聚合物破乳研究

1乳化液的特性
乳化液是由乳化油加水稀釋而成,廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工行業(yè),具有冷卻、潤(rùn)滑及清洗作用。在金屬加工、壓延及液壓系統(tǒng)中通常采用水包油型(O/W型)乳化液,大多選用陰離子型乳化劑配制。乳化油的成分主要有各種基礎(chǔ)油、乳化劑、乳化穩(wěn)定劑、添加劑、防銹油、消泡劑等。由于乳化液中含有大量潤(rùn)滑油、表面活性劑和脂肪酸鈉鹽等,在循環(huán)使用中受摩擦熱、金屬粉塵及周圍環(huán)境介質(zhì)(氧氣、二氧化碳、微生物等)的影響,逐漸腐敗變質(zhì)失去作用。變質(zhì)后的乳化液污染物濃度一般都很高。有關(guān)測(cè)定資料表明,乳化液廢水的含油量可達(dá)20000～30000mg/L,CODCr往往高達(dá)3000～4000mg/L,BOD也可高達(dá)9000mg/L。因此,乳化液廢水若直接向大江大河排放,會(huì)導(dǎo)致水體嚴(yán)重污染。
   由于乳化劑分子在油-水界面上定向吸附并形成堅(jiān)固的界面膜,同時(shí)增大了擴(kuò)散雙電層的有效厚度,并且使得雙電層的電位分布寬度和陡度增大,使油高度均勻地分散在水中,從而使乳化液具有相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性。因此要使乳化液失去穩(wěn)定性,就必須設(shè)法消除或減弱乳化劑保護(hù)乳化液穩(wěn)定的能力,即破壞油-水界面上的吸附膜,減少分散粒子所帶的同種電荷量。實(shí)現(xiàn)油水分離、達(dá)到破乳的目的。由此可見,破乳是處理乳化液廢水的關(guān)鍵之所在。
2實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析
2.1　實(shí)驗(yàn)的基本情況
  化學(xué)破乳所用破乳劑的類型很多,本實(shí)驗(yàn)用鹽類電解質(zhì)和無機(jī)高分子聚合物作破乳劑,為了便于比較,鹽類電解質(zhì)全部選用金屬氯化物,主要有NaCl、CaCl2、AlCl3、FeCl3,無機(jī)高分子聚合物破乳劑有聚合硫酸鋁和聚合硫酸鐵。
   實(shí)驗(yàn)所用乳化油的成分為:12%石油磺酸鈉,2%OP-10,30%油酸三乙醇胺,5%石油磺酸鋇,78%15號(hào)機(jī)械油。
2.2　乳化液濃度對(duì)投藥量的影響
   在用乳化油加水沖調(diào)成乳化液時(shí)其濃度一般來說都是比較小的,但實(shí)際使用過程中的乳化液其濃度都具有一定的隨機(jī)性,本實(shí)驗(yàn)選用濃度分別為2%、4%、8%和10%的乳化液為樣液,以NaCl、CaCl2、FeCl3和聚合硫酸鋁為破乳劑,分別測(cè)定其臨界破乳所需破乳劑量的多少，隨著乳化液濃度的增大,破乳劑的用量并未成比例地增加,僅僅是略有增加,可認(rèn)為乳化液濃度對(duì)投藥量的影響不大,一般可忽略不計(jì)。
2.3　乳化液的pH值對(duì)破乳劑用量的影響
   乳化液一般呈弱堿性,以濃度為4%的乳化液為試樣,用2mol/L的H2SO4調(diào)節(jié)其pH值,用NaCl、CaCl2、AlCl3、FeCl3和聚合硫酸鋁作破乳劑,分別測(cè)定它們?cè)诓煌膒H值條件下臨界破乳所需用量，對(duì)于強(qiáng)酸強(qiáng)堿鹽來說,由于它們?cè)谌芤褐胁话l(fā)生水解,隨著pH值的減小,H+濃度增加,即H+所起的破乳作用增加,所以破乳劑的用量也逐漸減少,直至調(diào)節(jié)pH值到3左右,乳化液在H+的作用下直接破乳,因此此時(shí)所需破乳劑的用量為零。但對(duì)于FeCl3和聚合硫酸鋁等破乳劑在溶液中易水解生成氫氧化物聚合體或絡(luò)合離子,起到絮凝破乳的作用,當(dāng)pH值過低時(shí),則會(huì)抑制這類物質(zhì)的水解,使聚合硫酸鋁等物質(zhì)的絮凝破乳作用減小,但同時(shí)因H+濃度增加,即H+所起的破乳作用增大,所以這類破乳劑隨pH值降低的變化并不明顯,有時(shí)為了使水解反應(yīng)充分進(jìn)行,需要加入適量堿性調(diào)節(jié)劑,使在一定的pH值下生成更多的帶正電荷的金屬氫氧化物膠體,以提高這類破乳劑的破乳效率。
2.4　高分子聚合物破乳
高分子聚合物包括各種水溶性的無機(jī)高分子聚合物和有機(jī)高分子聚合物。用高分子聚合物處理含油污水,可使存在于水中的微細(xì)細(xì)珠粗大化,以提高分離效率,具有基建投資低、適應(yīng)性強(qiáng)、操作管理簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。無機(jī)高分子聚合物按金屬鹽類組成可分為鋁鹽系、鐵鹽系;按陰離子成分又可分為鹽酸系和硫酸系。主要品種按開發(fā)的時(shí)間順序依次為聚合硫酸鋁(PAS)、聚合氯化鋁(PAC)、聚合硫酸鐵(PFS),以及1989年1月由漢迪化學(xué)品公司先研制成功的堿式硅酸硫酸鋁(PASS)。今選用價(jià)格低廉、自制方便的PAS和PFS作破乳試驗(yàn),所用乳化液的濃度為4%、pH值為8.5。用PAS破乳后水呈酸性,需用石灰乳等堿性物質(zhì)中和后方能達(dá)到pH值的排放要求,而石灰乳具有一定的助凝效果,是一種價(jià)廉物美的酸性調(diào)節(jié)劑。與PAS相比,用PFS作破乳劑具有投藥量少、破乳后水質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)于高分子聚合物的破乳作用,我們認(rèn)為可由兩種原因來解釋。其一是由于液珠之間的橋連作用,高分子非離子型聚合物以及帶相同電荷的凝聚劑通過橋連作用引起絮凝破乳;而另一則認(rèn)為是液珠表面電荷中和所致,加入帶有和液珠表面相反電荷的凝聚劑可因電荷中和而引起絮凝破乳。其實(shí)在實(shí)際破乳過程中并非只有其中的一種理論起作用,而是兩者兼而有之,只是對(duì)破乳所作貢獻(xiàn)的多少而已。
   一般,當(dāng)pH值大于4時(shí),羥基離子增多,并在各離子羥基之間產(chǎn)生架橋結(jié)合。進(jìn)一步水解則生成難溶的氫氧化物膠體,這些膠體一般都是比較長(zhǎng)的線性分子,這些伸展了的線性分子在水中能借助于范德華力,在配位鍵等物理化學(xué)作用下產(chǎn)生吸附現(xiàn)象,當(dāng)凝聚劑聚合物的電荷同乳化液中油滴所帶的電荷符號(hào)相反時(shí),靜電引力就成為互相作用的基礎(chǔ),這些伸展的分子很容易為幾個(gè)甚至很多個(gè)油珠所吸附,產(chǎn)生凝聚作用,同時(shí),高價(jià)正離子也能同時(shí)壓縮擴(kuò)散雙電層,降低動(dòng)電位,促使油珠相互靠近而產(chǎn)生凝聚,并成為礬花集合成團(tuán)使乳化液破乳。
   對(duì)于80年代初投入使用的PFS,有必要分析一下其特點(diǎn)。PFS是一種無毒無害、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、久存不變質(zhì)、易溶于水的堿式硫酸鐵聚合物,其分子中具有多核絡(luò)合離子結(jié)構(gòu)。PFS中的Fe在水溶液中極易水解,能產(chǎn)生大量疏水性的氫氧化物聚合體, 如:[Fe(H2O)6]3+、[Fe2(OH)3]3+、[Fe8(OH)20]4+等絡(luò)合離子,以O(shè)H-作為架橋形成多核絡(luò)離子,從而變成了巨大的無機(jī)高分子化合物。PFS之所以比其他無機(jī)絮凝劑絮凝能力高、破乳效果好,根本原因就在于PFS能提供大量如上所述的絡(luò)合離子,能夠強(qiáng)烈吸附乳化液中的油珠,通過粘附、架橋、交聯(lián)作用,促使油珠凝聚。同時(shí)還發(fā)生物理化學(xué)變化,中和油珠表面電荷,降低其動(dòng)電位,使油珠相互吸引聚集。因PFS自身具有一定的堿度,因而對(duì)pH值的適應(yīng)范圍比較廣,一般,pH值在4～11之間均有不同程度的處理效果。另外還具有形成礬花的速度快、顆粒大、沉降性能好等優(yōu)點(diǎn)。因此是一種很有發(fā)展前途的破乳劑。
3結(jié)論
  破乳劑用量并不隨乳化液濃度的增大而顯著增加。
  因H+自身的作用,pH值越小,堿金屬和堿土金屬電解質(zhì)破乳劑的用量越少,pH值為3時(shí)無須加入任何破乳劑即可破乳。但因H+增多,會(huì)抑制過渡金屬離子的水解作用,因而對(duì)這類破乳劑的用量影響不明顯。
  PFS是一種新型無機(jī)高分子絮凝劑,其自身具有一定的堿度,有巨大的絮凝力,對(duì)pH值的適應(yīng)范圍比較廣,形成礬花的速度快、顆粒大、沉降性能好,污泥體積小,澄清后的水清澈透明,是一種經(jīng)濟(jì)高效的破乳劑。