混凝法处理船舶灰水中表面活性剂效能研究
刘瑾
摘 ?????要：为探讨混凝法处理废水的最佳反应条件，以人工模拟的船舶灰水为研究对象，先设置了一组实验探讨混凝法宜添加的最佳混凝剂，随后采取单一变量法分别设置了7组混凝剂投加量试验、温度实验和pH实验，分析了水体中LAS的去除率，结果表明：聚合硫酸铝（PFS）、聚合氯化铝（PAC）和硫酸铝（AS）作为混凝法中的混凝剂时，PAC的去除率以及经济型最佳;混凝法处理船舶废水应控制的PAC最佳投加量为250?mg·L-1，最佳反应温度为2?5℃，pH为5。
关 ?键 ?词：船舶灰水;混凝剂;去除率;温度;pH
中图分类号：TD163+.1 ??????文献标识码： A ??????文章編号：?1671-0460（2020）01-0067-04
Study on the Efficiency of Coagulation Treatment
of Surfactants in Ship Grey Water
LIU?Jin
（Shaanxi Institute of Technology， Shaanxi Xian 710300，?China）
Abstract： In order to investigate?the optimal reaction conditions for coagulation treatment of wastewater， taking artificially simulated ship grey water as a?research object，?a set of experiments was first set up to determine?the best coagulant for?the coagulation process， and then the single variable?method was used to study?the effect of coagulant dosage， temperature and pH?on?the removal rate of LAS in water. The results showed that，?when polyaluminum sulfate （PFS），polyaluminum chloride （PAC） or?aluminium sulfate （AS） was?respectively used as the coagulant in the coagulation process， the removal rate of PAC was high， and the cost was low.?The optimum conditions of?coagulation treatment?for ship wastewater?by PAC?were determined as follows：?the PAC dosage 250?mg·L-1，the reaction temperature ?25?℃?and the pH 5.
Key words： Ship grey water; Coagulant;?Removal rate;?Temperature;?pH
1 ?引 言
海洋或湖泊拥有丰富的自然资源，海洋在人类社会经济以及文明发展中起着重要的作用，也是人类运输时考虑经济性的首选运输方式之一，船舶是河道通航的重要交通工具之一，船舶生活污水大部分均是直接排入水体中，随着海洋的不断开发以及航运业的快速发展，船舶废水的乱排现象随地可见，这些废水进入海洋或湖泊水体中极大地影响了水生生物、水生动物的正常生长，因此急需广大学者寻求更有效的船舶废水处理方法。黑水和灰水是船舶生活污水的主要组成成分[1]，我国制定了专业的行业标准规定了船舶黑水的排放标准，而对于灰水却没有相关的标准，据报道，船舶灰水中含有大量的阴离子表面活性剂（LAS）和石油类物质[2]，而LAS存在水体中时能最大限度的限制水体污染物的降解以及水生生物的生长。船舶灰水占船舶生活污水的70%～80%，且船舶灰水具有以下危害：
（1）消耗水体溶解氧;
（2）为水体中一些细菌及疾病的传播提供良好的环境;
（3）破坏船舶内污水处理设施;
（4）影响水体水生植物、动物的正常生长;
（5）影响船舶管道的正常通水等[3]。
有大量学者研究表明[2]船舶生活污水因其管理较为混乱且废水中水力负荷较高，油类及LAS含量较高等因素不同于陆地上所产生的生活污水。
目前有关船舶废水以及水体表面活性剂的研究备受广大学者青睐，如杜传亮等[4]以二溴乙烷和二乙醇胺合成了一种新型的表明活性剂，并对该活性剂作为清洁液时的黏度以及携沙性能展开了研究;李俊超等[5]以陕北地区受石油污染的土地为研究对象，分析认为表面活性剂在该类土壤污染治理方面有着较好的修复能力;冯辉霞等[6]系统的概括了污水处理领域中表面活性剂应用的研究进展，并对未来研究趋势进行了展望;郭晋君等[7]研究认为连续流动分析仪在分析阴离子表面活性剂含量上具有较大的方便及准确性;黄斌等[8]在对大庆油田的含油废水进行研究时，分析认为三元复合驱技术因要使用大量的表明活性剂而在含油废水处理中具有较好的推广价值;王梦霞等[9]认为表面活性剂和无机盐混合对低阶煤具有较好的表面吸附能力;喻红梅等[10]分析了表面活性剂对水体污染物吸附的动力性特征。船舶废水的处理在理论研究上较为成熟的方法主要可归为：物理法、化学法以及生物法[11]，其中过滤、吸附、膜分离技术和气浮法是物理法的主要代表[12]，但这些方法都受到船舶灰水水量不大以及膜较容易受到污染等因素的限制而在使用上具有一定的困难性;生物主要有生物转盘、活性污泥法，但这些方法主要缺点时占地面积较大[13];物理法主要有混凝沉淀、催化氧化和电解技术，但电解法和催化氧化法处理设备成本高、且寿命不长[14]，因此笔者认为混凝法处理船舶灰水是未来的一大研究趋势。本文拟模拟船舶灰水，采用混凝法进行处理，分析最佳最适宜的混凝剂种类以及最佳的混凝剂用量、反应温度、pH值以及混凝搅拌时间，研究结论以期为进一步揭示混凝法处理船舶灰水机理提供理论参考。
2??材料与方法
本研究中船舶灰水采用人工模拟制得，模拟的船舶灰水所用化学试剂如表1所示，模拟灰水中LAS浓度为80 mg·L-1。混凝试验中所需设备如表2所示，混凝搅拌装置见圖1。为研究最适宜的混凝剂种类，笔者采用单一变量法分别选用聚合硫酸铝（PFS）、聚合氯化铝（PAC）和硫酸铝（AS）作为混凝剂，这三种混凝剂均现场配置，配置后的浓度为3?g·L-1，采用聚丙烯酰胺（PAM）作为试验时所需的助凝剂，其中PAM浓度为100?mg·L-1（现场配置）。
因LAS在波长为625?nm下吸光值最大，故采用亚甲蓝分光光度法测定LAS中氯仿层的含量，试验前应绘制LAS含量的标准曲线，绘制出的标准曲线见图2，LAS的测定步骤如下：
（1）选取酚酞为指示剂，先取待测水样100?mL于漏斗中，随后用胶头滴管一滴滴添加浓度为0.5?mol·L-1的NaOH溶液至水样呈微红色，继而滴加浓度为0.25?mol·L-1的H2SO4溶液至微红色消失;
（2）添加50?mL亚甲基蓝溶液震荡摇匀，随后在溶液中按顺序滴加5mL氯仿和5?mL异丙醇溶液，静止30?min以上，此时氯仿层浮在溶液最上方;
（3）在盛有50?mL洗涤液的漏斗中添加上步溶液上层的氯仿，按相关标准方法进行萃取;
（4）分光光度计测定吸光度，进而根据上述标准曲线求出LAS浓度。
3 ?结果与分析
3.1 ?不同混凝剂种类对LAS去除效果
混凝实验中添加助凝剂聚丙烯酰胺（PAM）有利于快速絮凝沉淀，有研究表明混凝实验时500?mL水样中添加PAM量为0.2～0.5?mg时助凝效果最佳，由于本文篇幅有限，故不对最佳助凝剂的用量进行研究，直接现场配置PAM浓度为0.3?mg·L-1。
为研究最适宜的混凝剂种类，控制单一变量分三组进行试验，取模拟的船舶灰水各500?mL于三个烧杯中，分别添加浓度为250 mg·L-1的聚合硫酸铝（PFS）、聚合氯化铝（PAC）、硫酸铝（AS）溶液各50?mL，随后启动搅拌机搅拌10?min（搅拌速度为100 r·min-1），继而在每个烧杯中添加2?mL上述PAM溶液，再以50 r·min-1的速度搅拌30?min，接着静置10?min、再以30 r·min-1的速度搅拌10?min、静置10?min后测定水体中LAS浓度，求得不同混凝剂下灰水中LAS去除率，结果如图3所示。
图3分析可知，在同等情况下当添加AS为混凝剂时水体中最后LAS浓度为41.5 mg·L-1。很明显AS为混凝剂时去除效果较PAC和PFS相差较大，PAC和PFS时去除率相差不大（PAC为混凝剂时去除率比PFS为混凝剂时去除率高2.13%），但三种混凝剂处理下水质浓度均无法达到相关标准。为更合理的选择混凝剂种类，笔者从经济角度对PAC和PFS进行了成本分析，发现PAF处理一百吨该类灰水成本费用较PAC高20元左右，故从经济角度和去除效果分析应选用PAC作为混凝剂。
3.2 ?PAC用量的确定
为研究混凝试验时最佳的PAC用量，共设置了7组试验，在水体中分别倒入25、50、75、100、125、150、175 mg的PAC试剂、则相当于水体中PAC浓度分别为50、100、150、200、250、300和350 mg·L-1，经过上述步骤试验后测定水体中LAS浓度，求出了LAS的去除率，结果如图4所示。
由圖4分析可知：随PAC投加量的增加，LAS的去除率先增加，随后变幅不大，当PAC投加量由50 mg·L-1增至250 mg·L-1时，LAS去除率由250 mg.L-1增至350 mg·L-1时，LAS去除率仅增加1.23%，因此应选取PAC最佳用量为250?mg·L-1。
3.3 ?最佳反应温度的确定
为研究在最佳PAC投药量下LAS去除率达到最高时所需环境温度，本研究共设置了7组温度梯度试验（控制环境温度分别为5、10、15、20、25、30、35?℃），依次经过上述步骤试验后测定水体中LAS浓度，求出了LAS的去除率，结果如图5所示。
由图5分析可知：反应前期随温度升高灰水中LAS剩余浓度逐渐降低，LAS去除率逐渐增大，当温度由5 ℃增至25 ℃时，LAS去除率由35.1%升至67.3%，去除率增加32.1%，但温度继续升高时灰水中剩余LAS浓度反而增大，说明温度继续升高拟制了反应的进行，因此灰水混凝试验应控制的最佳反应温度为25?℃。
3.5 ?最佳反应pH的确定
为研究在反应体系内不同pH下LAS的去除率，本研究共设置了7组pH梯度试验（控制pH梯度分别为1、3、5、7、9、11、13），依次经过上述步骤试验后测定水体中LAS浓度，求出了LAS的去除率，结果如图6所示。
由图6分析可知：pH变化下LAS去除率变化曲线与图4和图5相差较大，当pH由1增至5时，LAS去除率逐渐增大，当pH为5时LAS去除率达到最大值为61.63%，当pH继续增大时LAS去除率逐渐减小，且当pH由9增至13时LAS去除率由47.2%降至11.3%，说明反应体系中越偏碱性越不利于LAS的去除，因此应控制的最佳pH值为5。
4 ?结 论
为研究混凝法处理船舶灰水中表面活性剂的最佳反应条件，本文先设置了一组实验探讨混凝法宜添加的最佳混凝剂，随后采取单一变量法分别设置了7组混凝剂投加量试验、温度实验和pH实验分析了水体中LAS的去除率，结果表明：
（1）聚合硫酸铝（PFS）、聚合氯化铝（PAC）和硫酸铝（AS）作为混凝法中的混凝剂时，PAC的去除率以及经济性最佳;
（2）混凝法处理船舶废水应控制的PAC最佳投加量为250?mg·L-1，最佳反应温度为25?℃，pH为5。
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