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新型破乳剂在含油污水处理中的应用分析论文

发布时间：2024-12-18 16:14:18 文章来源：SCI论文网我要评论

　　摘要：为了解决传统破乳剂在处理含油污水时活性差、脱油率低的不足，提出了一种新型具有高活性的破乳剂，对不同因素下破乳剂的除油特性进行了分析，确定了破乳剂在使用时的最佳参数。根据实践应用表明，新型破乳剂的表面活性要明显优于传统破乳剂，而且当破乳剂在静置反应时间为35 min、反应温度为29℃、添加量为48 mg/L的情况下能够达到92%以上的脱油率，对于提高含油污水的净化效率、降低处理成本具有十分重要的意义。

　　关键词：破乳剂,含油污水,表面活性,脱油率,除油特性

　　0摘要

　　随着我国对原油需求的不断增加，在沿海地区修建了大量的油品储罐和油码头项目，用于存储和转运进口原油，在原油装卸、转运的过程中存在较大的泄漏风险，可能导致沿海地区出现海域溢油事故，产生大量的含油污水，对生态环境造成严重的影响。破乳剂是一种广泛应用于含油污水处理中的化学药剂，能够实现含油污水中油、水的快速分离，提高污水的净化效率，但目前所使用的聚醚类破乳剂普遍存在着表面活性差的问题，脱油率仅为80%左右[1]，不仅影响含油污水的处理效率，而且成本高。

　　文章提出了一种新型破乳剂，该破乳剂是利用HPEI（超支化聚乙烯亚胺）与脂肪酸单体复合后所形成的具有高表面活性的物质，能够有效提升含油污水中油、水分离效果，提升含油污水的脱油率、降低污水处理成本，有效提升了对含油污水的处理效果。

　　1实验材料及方案设计

　　1.1实验材料及设备分析

　　实验材料：超支化聚乙烯亚胺；纯度在98%以上的淀粉；Nacl；Na2SO4；KBr；CdI2；CDI；C6H14；CHCl3。以上化学物质均采用分析纯级别的物质；取自舟山沿海油码头海域溢油事故演练含油污水，实测其油质量浓度达到了1 024 9 mg/L；破乳剂包括了传统聚醚类破乳剂和新型破乳剂。

　　实验设备：实验设备包括了精度为0.001 g的JTS-AF210型精密电子秤；DU30型恒温水浴锅；R1050型蒸馏蒸发装置；DZF型真空干燥箱；搅拌器、G10型红外光谱测试装置；UV170型分光光度计；A1200型界面张力仪；D500Pro型乳化器。

　　1.2新型破乳剂制备

　　新型破乳剂是超支化聚乙烯亚胺与脂肪酸单体复合后所形成的[2]，其制备流程如下：

　　1）取CHCl3放入容量瓶内，加入脂肪酸单体，将其充分搅拌，使二者完全混合；然后加入CDI，继续搅拌，并在环温的条件下使其充分反应；

　　2）取超支化聚乙烯亚胺加入容量瓶内，加入CHCl3，持续搅拌使其完全混合。取其混合物加入步骤1的容量瓶中，搅拌均匀，使其在温度为70℃的情况下持续反应48 h；

　　3）取反应后的溶液，用盐水洗涤，然后再利无水Na2SO4将其进行干燥处理，最后再利用R1050型蒸馏蒸发装置进行蒸发处理；

　　4）取蒸发后的物质，放入DZF型真空干燥箱内进行充分干燥，即可获取固态新型破乳剂。

　　1.3实验方案

　　对新型破乳剂性能的研究主要包括其活性和脱油率评价。

　　1）破乳剂活性实验方案：制备具有不同质量浓度的新型破乳剂溶液，把其放在温度为25℃的环境中静置48 h，然后再利用A1200型界面张力仪对溶液和原油接触面处的张力值进行测定，张力值越低，说明其活性越高；

　　2）脱油率实验方案：将含油污水加入到D500Pro型乳化器内，设置15 000 r/min的转速持续搅拌10 min，直到形成乳状结构为止；取乳状含油污水，分别加入不同量的新型破乳剂，并把试管放在DU30型恒温水浴锅中，在300 r/min的转速下持续搅拌60 s，然后将其进行不同时间的静置处理；最后再使用C6H14来获取下层溶液内的油，计算所剩余的油量，并和处理前的油量进行对比，获取脱油率。

　　2实验结果分析

　　2.1破乳剂活性分析结果

　　根据1.3中破乳剂活性实验方案，对不同破乳剂质量浓度下的界面张力[3]情况进行分析，结果如图1所示。

　　由图1可知，传统聚醚类破乳剂和新型破乳剂的界面张力都会随着浓度的增加而逐步降低，其中新型破乳剂的界面张力在相同情况下都显著低于传统聚醚类破乳剂，这说明了新型破乳剂的活性要优于传统聚醚类破乳剂。当破乳剂的质量浓度低于48.5 mg/L的情况下，界面张力会随着破乳剂质量浓度的增加而迅速下降，但当质量浓度超过48.5 mg/L以后，表面张力随破乳剂质量浓度变化的程度基本保持不变，此时新型破乳剂溶液和原油的界面张力为3.12mN/m，而传统聚醚类破乳剂溶液和原油的界面张力为14.22 mN/m。造成这种现象的主要原因在于新型破乳剂中含有大量的酰胺离子和疏水链[4]，不仅具备较高的亲水能力，而且具备较高的亲油能力，因此使该物质能够减少和油污之间的界面活性，有助于污水处理时快速对油污的隔离。

　　2.2破乳剂脱油性分析

　　2.2.1破乳剂含量对脱油率影响

　　在反应温度为25℃、静置时间为50 min情况下，对破乳剂含量对脱油率的影响情况进行分析，结果如图2所示。

　　由图2分析可知，随着破乳剂质量浓度的增加，其脱油率均逐步上升，当破乳剂质量浓度提升到48 mg/L时新型破乳剂的脱油率能够达到91.3%，而传统聚醚类破乳剂的脱油率则可以达到69.1%，新型破乳剂的脱油率要显著高于传统聚醚类破乳剂，这主要是因为新型破乳剂的活性更高，因此能够更快地使油水分离。当破乳剂的含量继续增加时，两种破乳剂的脱油率基本上不再发生变化，这主要是因为破乳剂含量达到一定量后，破乳剂和油水的接触面积已经达到饱和[5]，因此限制了反应的进一步加速。

　　2.2.2反应温度对脱油率影响

　　在静置时间为50 min、破乳剂的质量浓度为48 mg/L的情况下，对不同反应温度时脱油率的变化情况进行分析，结果如图3所示。

　　由图3分析可知，随着反应温度的增加，不同破乳剂情况下的脱油率均出现了逐步增加的趋势，这是因为在高温下能够激发破乳剂的活性，从而提高反应速度。而在相同温度情况下，新型破乳剂的脱油率均显著高于传统聚醚类破乳剂的脱油率。当反应温度低于32℃的情况下脱油率会随着反应温度的增加而迅速增大；当反应温度为32℃时，新型破乳剂的脱油率达到了94.6%，传统聚醚类破乳剂的脱油率达到了73.5%；当反应温度超过32℃以后，两种破乳剂情况下的脱油率随着温度的上升变化极小。虽然提升温度能够增加脱油率，但是需要消耗大量的能源进行加热，会逐步降低脱油的经济性，因此对反应温度的选择需要根据实际情况来调整，保证脱油的经济性。

　　2.2.3静置时间对脱油率影响

　　在反应温度为29℃、破乳剂的质量浓度为48 mg/L的情况下，对不同静置时间对脱油率的影响进行分析，结果如图4所示。

　　由图4分析可知，随着静置时间的增加，不同破乳剂情况下的脱油率均出现了逐步增加的趋势，在相同情况下，新型破乳剂的脱油率均全面高于传统聚醚类破乳剂。新型破乳剂的静置时间为35 min时，其最大脱油率达到了92.6%，此后随着静置时间的增加，脱油率基本不会再增加；传统聚醚类破乳剂的静置时间为95 min时，其最大脱油率达到了76%，此后随着静置时间的增加，脱油率基本不会再增加；这说明了新型破乳剂不仅比传统破乳剂具有更快的反应速度，而且在相同情况下的脱油率也全面优于传统破乳剂。

　　3应用情况分析

　　以舟山沿海油码头海域溢油事故演练区域作为应用对象，利用新型破乳剂和传统聚醚类破乳剂进行现场油污处理情况对比，结果见表1。