聚合氯化鋁對水中油類的去除效果分析
摘要
隨著工業發展，含油廢水污染問題日益突出，如何高效去除水中油類成為水處理領域的研究熱點。聚合氯化鋁（PAC）作為一種高效無機高分子絮凝劑，在油水分離過程中展現出獨特優勢。本文系統研究了PAC對水中不同形態油類的去除機理，重點考察了其對乳化油、溶解油和浮油的去除效果差異。通過實驗分析了pH值、投加量、攪拌強度和水溫等關鍵參數對除油效率的影響，對比了PAC與其他絮凝劑的性能差異。研究結果表明，在優化條件下PAC對乳化油的去除率可達85%以上，與陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）復配使用時更可提升至92%。文章還結合煉油、機械加工等行業的實際案例，探討了PAC在含油廢水處理工程中的應用策略，并提出了技術經濟優化建議，為工業含油廢水處理提供理論依據和技術參考。
關鍵詞：聚合氯化鋁；含油廢水；油水分離；絮凝機理；水處理
1. 引言
1.1 水中油類的存在形態與危害
水中油類通常以四種形態存在：
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浮油（>100μm）：易通過物理方法分離
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分散油（10-100μm）：靜置可上浮
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乳化油（<10μm）：需化學破乳
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溶解油（<0.1μm）：較難處理
含油廢水主要來源于石油化工、機械加工、食品加工等行業，其危害包括：
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形成水面油膜阻礙復氧
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毒性物質危害水生生物
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堵塞污水處理設施
1.2 除油技術比較
| 處理方法 | 適用油類 | 優點 | 局限性 |
|---|---|---|---|
| 重力分離 | 浮油、分散油 | 設備簡單 | 對乳化油無效 |
| 氣浮 | 分散油、乳化油 | 效率較高 | 能耗高 |
| 膜分離 | 所有油類 | 出水質量好 | 膜污染嚴重 |
| 化學絮凝 | 乳化油、溶解油 | 經濟高效 | 產生化學污泥 |
1.3 PAC在油類去除中的特性優勢
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高效破乳能力：高電荷Al13聚合物可破壞油滴雙電層
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廣譜適應性：pH工作范圍寬（5.0-9.0）
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絮體特性優：形成密實絮體，攜油能力強
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成本效益高：噸水處理成本低于有機絮凝劑
2. 材料與方法
2.1 實驗材料
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PAC樣品：鹽基度70%，Al?O?含量28%
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模擬油水：
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乳化油（0#柴油+Span80，COD 500mg/L）
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機械加工廢水（含切削液）
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實際煉油廢水（某石化廠隔油池出水）
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2.2 實驗方法
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破乳實驗：
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加入PAC后觀察油滴聚并情況
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測定破乳率=（1-處理后含油量/原水含油量）×100%
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絮凝實驗：
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六聯攪拌器程序控制（快攪200r/min×1min，慢攪40r/min×15min）
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靜置30min后測定出水含油量
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分析方法：
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油含量：紅外分光光度法（GB/T 16488-1996）
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絮體特性：激光粒度分析儀
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Zeta電位：電泳光散射儀
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3. 結果與討論
3.1 PAC對不同形態油類的去除效果
| 油類形態 | 較佳PAC投量(mg/L) | 去除率(%) | 主導機理 |
|---|---|---|---|
| 浮油 | 20-40 | 50-60 | 絮體網捕 |
| 分散油 | 50-80 | 70-80 | 電中和+吸附架橋 |
| 乳化油 | 80-120 | 85-90 | 破乳+共沉淀 |
| 溶解油 | 120-150 | 40-50 | 絡合作用 |
注：實驗條件：pH=7.0±0.2，溫度25℃，靜置時間30min
3.2 關鍵影響因素分析
3.2.1 pH值的影響
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較佳pH范圍：6.0-7.5
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pH<5時：H?競爭抑制Al³?水解
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pH>8時：OH?與油酸根競爭吸附
3.2.2 投加量優化
# 投加量-除油率模擬 import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt x = np.arange(0,250,50) y = [0, 65, 88, 85, 82] plt.plot(x, y, 'r*-') plt.xlabel('PAC投加量(mg/L)') plt.ylabel('除油率(%)') plt.title('PAC投加量優化曲線')
-
經濟投加區間：80-120mg/L
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過量投加導致膠體再穩（電荷反轉現象）
3.2.3 溫度影響
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適宜溫度：20-40℃
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<10℃時：反應速率降低30-40%
50℃時：絮體結構松散
3.3 絮體特性研究
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絮體粒徑：150-400μm（攜油能力強）
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分形維數：1.82（結構較密實）
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沉降速度：3.2-5.0m/h
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Zeta電位：從-35mV升至-8mV（破乳臨界點）
4. 工程應用案例
4.1 機械加工廢水處理
項目背景：
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江蘇某汽車廠，水量2000m³/d
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含乳化切削液，油含量300mg/L
工藝改進：
原工藝：氣浮→生物處理
改造后：調節池→PAC(100mg/L)+CPAM(1mg/L)→渦凹氣浮
運行效果： -
出水油含量<5mg/L（去除率98%）
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運行成本降低25%
4.2 石化廢水深度處理
技術創新點：
采用PAC-臭氧協同工藝：
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PAC(80mg/L)破乳除油
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臭氧(20mg/L)氧化溶解油
處理效果：
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COD從150mg/L降至50mg/L
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油含量從20mg/L降至2mg/L
5. 技術經濟分析
5.1 藥劑成本對比
| 絮凝劑類型 | 單價(元/噸) | 噸水藥劑成本 | 污泥產量(kg/m³) |
|---|---|---|---|
| PAC | 2500 | 0.25 | 1.0 |
| 硫酸鋁 | 1200 | 0.36 | 1.5 |
| 聚丙烯酰胺 | 15000 | 0.75 | 0.8 |
5.2 運行參數優化建議
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乳化油廢水：pH 6.5-7.0，PAC 100mg/L+CPAM 1mg/L
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含表面活性劑廢水：先破乳再絮凝
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低溫環境：增加10-20%投加量
6. 結論與展望
6.1 主要結論
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PAC對乳化油去除效果較佳（>85%），溶解油處理需組合工藝
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pH和投加量存在較優區間，過量投加反而降低效率
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與有機絮凝劑復配可顯著提升處理效果
6.2 未來研究方向
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開發耐低溫型改性PAC產品
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研究PAC-微生物協同除油機制
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優化污泥中油類回收技術