摘要

随着工业发展，含油废水污染问题日益突出，如何高效去除水中油类成为水处理领域的研究热点。聚合氯化铝（PAC）作为一种高效无机高分子絮凝剂，在油水分离过程中展现出独特优势。本文系统研究了PAC对水中不同形态油类的去除机理，重点考察了其对乳化油、溶解油和浮油的去除效果差异。通过实验分析了pH值、投加量、搅拌强度和水温等关键参数对除油效率的影响，对比了PAC与其他絮凝剂的性能差异。研究结果表明，在优化条件下PAC对乳化油的去除率可达85%以上，与阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）复配使用时更可提升至92%。文章还结合炼油、机械加工等行业的实际案例，探讨了PAC在含油废水处理工程中的应用策略，并提出了技术经济优化建议，为工业含油废水处理提供理论依据和技术参考。

关键词：聚合氯化铝；含油废水；油水分离；絮凝机理；水处理

1. 引言

1.1 水中油类的存在形态与危害

水中油类通常以四种形态存在：

• 浮油（>100μm）：易通过物理方法分离

• 分散油（10-100μm）：静置可上浮

• 乳化油（<10μm）：需化学破乳

• 溶解油（<0.1μm）：较难处理

含油废水主要来源于石油化工、机械加工、食品加工等行业，其危害包括：

1. 形成水面油膜阻碍复氧

2. 毒性物质危害水生生物

3. 堵塞污水处理设施

1.2 除油技术比较

1.3 PAC在油类去除中的特性优势

1. 高效破乳能力：高电荷Al13聚合物可破坏油滴双电层

2. 广谱适应性：pH工作范围宽（5.0-9.0）

3. 絮体特性优：形成密实絮体，携油能力强

4. 成本效益高：吨水处理成本低于有机絮凝剂

2. 材料与方法

2.1 实验材料

• PAC样品：盐基度70%，Al₂O₃含量28%

• 模拟油水：

  • 乳化油（0#柴油+Span80，COD 500mg/L）

  • 机械加工废水（含切削液）

  • 实际炼油废水（某石化厂隔油池出水）

2.2 实验方法

1. 破乳实验：

   • 加入PAC后观察油滴聚并情况

   • 测定破乳率=（1-处理后含油量/原水含油量）×100%

2. 絮凝实验：

   • 六联搅拌器程序控制（快搅200r/min×1min，慢搅40r/min×15min）

   • 静置30min后测定出水含油量

3. 分析方法：

   • 油含量：红外分光光度法（GB/T 16488-1996）

   • 絮体特性：激光粒度分析仪

   • Zeta电位：电泳光散射仪

3. 结果与讨论

3.1 PAC对不同形态油类的去除效果

注：实验条件：pH=7.0±0.2，温度25℃，静置时间30min

3.2 关键影响因素分析

3.2.1 pH值的影响

• 较佳pH范围：6.0-7.5

• pH<5时：H⁺竞争抑制Al³⁰水解

• pH>8时：OH⁻与油酸根竞争吸附

3.2.2 投加量优化

# 投加量-除油率模拟
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投加量优化曲线')

• 经济投加区间：80-120mg/L

• 过量投加导致胶体再稳（电荷反转现象）

3.2.3 温度影响

• 适宜温度：20-40℃

• <10℃时：反应速率降低30-40%

• 50℃时：絮体结构松散

3.3 絮体特性研究

• 絮体粒径：150-400μm（携油能力强）

• 分形维数：1.82（结构较密实）

• 沉降速度：3.2-5.0m/h

• Zeta电位：从-35mV升至-8mV（破乳临界点）

4. 工程应用案例

4.1 机械加工废水处理

项目背景：

• 江苏某汽车厂，水量2000m³/d

• 含乳化切削液，油含量300mg/L
  工艺改进：
  原工艺：气浮→生物处理
  改造后：调节池→PAC(100mg/L)+CPAM(1mg/L)→涡凹气浮
  运行效果：

• 出水油含量<5mg/L（去除率98%）

• 运行成本降低25%

4.2 石化废水深度处理

技术创新点：
采用PAC-臭氧协同工艺：

1. PAC(80mg/L)破乳除油

2. 臭氧(20mg/L)氧化溶解油
   处理效果：

• COD从150mg/L降至50mg/L

• 油含量从20mg/L降至2mg/L

5. 技术经济分析

5.1 药剂成本对比

5.2 运行参数优化建议

1. 乳化油废水：pH 6.5-7.0，PAC 100mg/L+CPAM 1mg/L

2. 含表面活性剂废水：先破乳再絮凝

3. 低温环境：增加10-20%投加量

6. 结论与展望

6.1 主要结论

1. PAC对乳化油去除效果较佳（>85%），溶解油处理需组合工艺

2. pH和投加量存在较优区间，过量投加反而降低效率

3. 与有机絮凝剂复配可显著提升处理效果

6.2 未来研究方向

1. 开发耐低温型改性PAC产品

2. 研究PAC-微生物协同除油机制

3. 优化污泥中油类回收技术