基于聚電解質在含油污水處理中的應用

孫周平 王飛 徐峰

摘要：隨著科學技術及工業水平的不斷發展，我國的石油化工產品也在大量生產，但是在發展的過程中往往會產生大量的含油污水。由于含油污水的成分較為復雜，一般包括石油和焦油，同時還有一些泥沙細菌等不溶性大顆粒，工業上處理含油污水的方式主要有鹽析法、聚凝劑除油法、電絮凝劑除油法等，而現階段主要使用有機聚電解質和無機聚電解質對含油污水進行沉降處理，在研究中我們發現有機聚電解質產生沉淀較大，分離效果較好且不會影響水體酸堿性和溫度，但是花費較高，而無機聚電解質較為便宜但是除污效果較差，將有機聚電解質和無機聚電解質結合起來使用效果更為明顯。

關鍵詞：聚電解質；含油污水；處理；應用

含油污水是指在工業生產的過程中，產生的含油油類物質的廢水，一般包括天然石油、石油產品等。含油污水來源廣泛，除了石油冶煉之外，其他很多途徑都會產生含油污水，這就意味著，如果不能正確處理含油污水，則會對整個生態環境造成無法比擬的影響。這就要求企業在發展工業的同時不能忘記正確處理工業廢料，我國現在實行“誰污染，誰治理。誰開發，誰保護?！钡恼?，要求工業生產的工業垃圾必須及時清理，部分企業逐漸開始尋找解決含油污水的方法，含油污水的主要處理方法有鹽析法、聚凝劑除油法、電絮凝劑除油法、粗?；头?、吸附法、膜分離法等，本文主要探究不同的聚電解質在含油污水處理中的應用，希望可以給同行一些建議。

1.含油污水的組成及其危害

由于含油污水的來源較為復雜，所以其組成也較為復雜，一般來講，含油污水主要來源于石油的開采和精煉以及石化工藝。在石油開采的過程中，需要對原油進行油水分離，不可避免產生污水，另外對鉆井等設備進行水沖洗等也會產生含油污水。除了石油開采和加工排出大量污水外，其他輕工業、鐵路和運輸、食品加工甚至生活用水中也會產生大量的含油污水。不同來源的污水其組成成分以及油濃度差別很大，例如石油的精煉過程中產生的廢水含油量約為150-1000 mg/L，而加油站廢水中的焦油含量可以達到2000-3000 mg/L。含油污水中的污染物在水中的分散狀態也不盡相同，一般而言可以分為三種：（1）分散在廢水中的顆粒大于100μm的固體及油粒，這部分污染物含有大量泥沙及一些金屬腐蝕后殘留的固體（Fe2O3，CaO，CaSO4，AgCl等）、細菌及其分泌物以及原有中的瀝青等物質，這類污染物由于粒徑較大易于進行分離，在含油污水中約有60%-80%；（2）10-100μm的乳化油容易分散在廢水中，不易于廢水分離；（3）廢水中還含油大量的可溶物質，包括溶解在水中的油脂以及各種金屬無機離子（Mg2+，Na+，Ca2+，HCO3-，SO42-等）這類物質污染性較大，具有強烈的腐蝕性，不僅會腐蝕管道，而且大量的H2S和磷酸鹽可以為細菌提供必要的元素，促使細菌滋生，造成水華。含油廢水可以浸入土壤的孔隙中形成油膜，造成堵塞效應，使空氣和水分不能滲透到土壤中，不利于作物的生長，甚至導致作物死亡；而排入水體后也容易在水面形成油膜，使得氧氣無法進入水體，造成水生生物嚴重缺氧死亡，所以其造成的環境問題是非常嚴重的。

2.聚電解質在含有污水處理中的應用

對于含油廢水中的粒徑大于100μm的雜質可以通過過濾、浮選等方法出去，但是10-100μm的乳化油以及溶解在水中的油脂和離子往往難以出去，所以近年來聚電解質逐漸應用在廢水的處理上，且取得了一定的成功，成為含油污水處理劑的主流并且陸續出現了無機聚電解質，有機聚電解質等。

2.1.無機聚電解質

無機聚電解質包括聚合鋁、聚合鐵、聚硅酸鋁等，主要原理是利用電解質的聚沉效應，即在溶膠加入陽離子或者陰離子中和膠體離子所帶電荷后，破壞膠體內的穩定電荷結構，促使其聚集形成大顆粒以沉淀的形式析出。而現在使用最多的是Al2（SO4）3、AlCl3、FeCl3明礬等，鋁鹽不僅可以對帶負電的離子進行中和，它還可以在一定pH時自發形成Al2（OH）24+、Al6（OH）153+、Al13（OH）345+等多種形式，這些大分子形式更容易促使膠體中的有機物聚沉，但是由于偏鋁酸根為酸性，可能會降低水中pH，容易腐蝕管道。另外，Fe3+、Ca2+、Mg2+還可以與水中的酸根離子結合，使其產生不溶性鹽沉降下來，但是容易產生新的金屬離子污染物，也容易影響污水中的酸堿度，這個化學反應為放熱反應，會增加水體溫度，所以需要對其進行進一步優化和改進。

2.2.有機聚電解質

有機聚電解質是指側鏈中含有可電離集團的高分子，一般按照離子型可以分為陽離子型聚電解質（聚乙烯吡啶、聚乙烯亞胺鹽酸鹽等）、陰離子型聚電解質（聚苯乙烯硫酸、聚苯乙烯磺酸）以及兩親性高分子電解質（蛋白質、羧酸—吡啶共聚體）。一般常用于污水處理的陽離子聚電解質是陽離子聚丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化銨的均聚物等，由于污水中陰離子含量較大，且膠體離子表面也容易含有負電荷，而陽離子表面帶有正電荷，所以陽離子聚電解質的重要性逐漸提高。陽離子聚電解質可以中和油脂表面負電荷，破壞其相互之間的靜電排斥，促使其產生交聯，使其產生大顆粒沉降下來，通過過濾除去。常用的陰離子聚電解質時部分水機的聚丙烯酰胺，聚丙烯酰胺一般含有較長的分子鏈，可以用于吸附水中的油以懸浮顆粒，而且會與小分子油脂產生氫鍵、配位鍵等非共價鍵，增強其吸附效果。但是陰離子聚電解質的溶解性較差，所以在水中不易擴散，需要適當提高溫度幫助其擴散，否則，會花費大量的時間。

2.3.無機聚電解質與有機聚電解質的復配

無機聚電解質對酸堿度及溫度影響較大，產生的沉淀較為分散，不易過濾，而有機聚電解質不會影響溶液的酸堿度及溫度，但是其生產成本較大，費用較高，兩種聚電解質各有利弊，為了達到利益最大化，可以將兩種聚電解質結合起來使用。首先在含油污水中加入無機聚電解質使大量的沉淀產生，而后再加入少量有機聚電解質促使小的絮狀沉淀聚集產生大而牢固的沉淀，提高污水處理效率還可以節約成本。

3.結束語

由于含油廢水的較其他廢水更難處理，所以我國技術人員在不斷尋找解決問題發方法。經過我們的研究發現，有機聚電解質產生沉淀物較大，且分離效果較好同時不會影響水體酸堿性和溫度，但是有機聚電解質合成較為困難所以費用較高，而無機聚電解質較為便宜但是除污效果較差，還會降低水體pH，引入其他金屬陽離子等問題，將有機聚電解質和無機聚電解質結合起來使用效果更好，不僅可有有效的除去水中的污染物，還可以節約成本。希望在未來的發展中，更為優化的污水處理劑被發明出來，為我國環境保護盡一份力。

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