聚合硫酸铁处理含油废水的实验研究与优化

在石化、机械加工、食品等行业产生的含油废水中，乳化油的处理一直是技术难点。本文通过系统的实验研究，探讨聚合硫酸铁（PFS）对含油废水的处理效果，分析关键影响因素，并建立优化工艺参数，为工程应用提供理论依据。

一、实验材料与方法

1. 废水特性

• 来源：某机械加工厂乳化液废水

• 主要指标： - 油含量：320-580mg/L（红外测油法） - COD：1500-2500mg/L - pH值：8.5-9.2 - Zeta电位：-35mV

• 油滴粒径分布： - <2μm：65% - 2-10μm：25% - >10μm：10%

2. 实验药剂

• 聚合硫酸铁（工业级）： - Fe³⁺含量：11.2% - 盐基度：12.5% - 密度：1.48g/cm³

• 对比药剂： - PAC（Al₂O₃含量30%） - 阳离子PAM（分子量1200万）

3. 实验装置

• 六联搅拌机（G值可调）

• 激光粒度分析仪（测量范围0.01-2000μm）

• 三维荧光光谱仪（油种鉴别）

二、单因素实验结果

1. 投加量影响

• 实验条件：pH=7，快搅300rpm/1min，慢搅50rpm/15min

• 数据记录：

• 结论：较佳经济投加量150mg/L

2. pH值影响

• 固定PFS投加量150mg/L

• 关键发现： - pH=6-8时除油率>90% - pH>9时效率骤降至70% - pH=7.2时出现峰值（93.6%）

3. 搅拌条件优化

• 梯度实验： - 快搅强度：200-400rpm - 慢搅时间：10-30min

• 较优参数： - 快搅350rpm/1.5min - 慢搅60rpm/20min - 沉降30min

三、复配工艺研究

1. 与PAM联用效果

• 实验方案： - PFS 100mg/L + PAM 0.5-2mg/L

• 效果对比： - 单独PFS：除油率85.7% - 复配PAM 1mg/L：除油率96.3% - 絮体尺寸增大3-5倍

2. 氧化剂协同作用

• 采用H₂O₂/PFS组合： - H₂O₂投加50mg/L - 除油率提升至98.5% - COD去除率提高22个百分点

• 作用机理： - 破乳作用（·OH自由基） - 氧化降解溶解性有机物

3. 温度影响实验

• 温度梯度：10-50℃

• 重要发现： - 低温（10℃）仍保持85%效率 - 较佳温度范围25-40℃ - 高温（>45℃）导致絮体破碎

四、机理分析

1. 破乳过程观察

• 高速摄影记录： - 0-30s：油滴聚集 - 1-2min：絮体网络形成 - 5min：明显油水分离

• Zeta电位变化： - 原水：-35mV - 投药后：+5mV（有效电中和）

2. 絮体特性

• 显微观察： - 絮体密度1.15g/cm³ - 平均粒径150-200μm

• 沉降性能： - 界面沉降速度3.2m/h - 比铝盐絮体快40%

3. 光谱分析

• 三维荧光显示： - 蛋白质类物质去除率91% - 溶解性油类去除88%

• FTIR检测： - -CH₂-特征峰减弱 - C=O键断裂证据

五、对比实验

1. 与PAC性能对比

2. 经济性分析

• 处理成本： - PFS方案：0.48元/吨 - PAC方案：0.62元/吨

• 污泥处置费节约30%

3. 残留金属对比

• 出水铁离子：0.28mg/L

• 铝离子：0.15mg/L（接近饮用水标准）

六、工艺参数优化

1. 响应面法优化

• 选取因素： - PFS投加量（X₁） - pH（X₂） - PAM投加量（X₃）

• 模型方程： Y=92.6+5.2X₁+3.8X₂+4.1X₃-1.2X₁X₂

• 较优解： - PFS 158mg/L - pH 7.1 - PAM 1.2mg/L - 预测除油率97.3%

2. 验证实验

• 三次重复实验： - 实际除油率96.8%-97.5% - COD从2350mg/L降至68mg/L - 出水油含量<15mg/L

七、工程应用建议

1. 工艺路线

• 推荐流程： 调节池→快混池（PFS）→慢混池（PAM）→斜板沉降→过滤

• 关键控制点： - ORP维持在150-200mV - G值梯度：300→80→20s⁻¹

2. 设备选型

• 加药系统： - 防腐材质（PP或316L） - 计量泵精度±1%

• 污泥脱水： - 选用板框压滤机 - 含水率可达75%

3. 异常应对

• 高浓度冲击： - 应急投加H₂O₂ 100-200mg/L

• 低温运行： - 增加PAM至1.5mg/L - 延长沉降时间50%

八、技术经济分析

1. 投资估算

• 1000吨/日处理系统： - 药剂系统：25万元 - 土建改造：80万元 - 自动化控制：35万元

2. 运行成本

• 直接费用： - 药剂费：0.5元/吨 - 电耗：0.3元/吨

• 年节约： - 比原工艺减少12万元 - 污泥处置费降40%

3. 案例数据

• 某汽车厂应用： - 投资回收期2.3年 - 年减排废油35吨 - 回用率提升至85%

结论与展望

实验证实聚合硫酸铁处理含油废水具有破乳效果好、沉降速度快、污泥量少等优势。较佳工艺条件为：PFS 158mg/L，pH7.1，PAM 1.2mg/L，此时除油率达97%以上。建议行业：开发PFS基复合药剂；优化自动控制系统；加强污泥资源化研究。该技术有望在机械加工、石化等行业推广应用，解决乳化油废水处理难题。