乳化餐飲廢水化學破乳條件優化

　　餐飲業每日排放的廢水中含有豐富的動植物油脂，若不經過處理便直接排放，會對環境造成極大的污染。其中高度乳化油脂的分離一直是個技術難題。雖然破乳技術眾多但各有優劣，如采用傳統的加熱靜置法，耗時長且分離率低;高速離心法可以達到一定的分離率，但占地面積大，不適于大型作業;超聲波法破乳效果不穩定，容易受到功率變化的影響;新興的磁吸附法、生物活性炭法和電絮凝法也因技術并不成熟、成本過高等問題，不適于大規模推廣。而化學破乳法可以適當投加破乳劑取得較好的破乳效果，反應迅速且易于控制。本文綜合考察了乳化餐飲廢水在醇類、無機鹽和高分子絮凝劑作用下的破乳效果，分析破乳機理并得到比較佳投量參數，比較后通過復配實驗總結出比較佳復配組合。

　　1實驗部分

　　1.1實驗準備

　　實驗儀器BF-25石油和合成液抗乳化性能測定器(大連北方分析儀器有限公司)，JA5003N電子分析天平(上海精密科學儀器有限公司)，HH-W600數顯恒溫三用水箱(金壇市易晨儀器制造有限公司)。

　　實驗試劑正丁醇，異丁醇，仲丁醇，無水乙醇，正戊醇，氯化鈉，氯化鈣，硫酸鋁，陽離子聚丙烯酰胺。所有試劑皆為分析純。油樣處理取足量餐飲廢水，經過濾除雜、45℃熱水洗滌和3500r/min高速離心，移取上層油樣作為實驗用油。實驗廢水配制本文研究對象為乳化態油，但實際餐飲廢水達不到乳化態，穩定性差，故此將采用上述步驟處理的油樣與自來水、洗潔精按照每組設計的比例混合，在2500r/min的轉速高速攪拌，制得穩定的乳化油，其pH值為7.8~8.6。其中，洗潔精為重慶欣彩日化有限公司產品，主要成分有烷基苯磺酸鈉、脂肪醇聚氧乙烯醚、苯甲酸已酯和食用香精等。

　　1.2實驗方法與操作

　　實驗操作將油樣及蒸餾水恒溫加熱至實驗所需溫度，分別量取油樣和蒸餾水各40mL裝入專用量筒(有試劑加入時，等體積油水與所加試劑的體積之和應等于80mL)，再加入2mL洗潔精，置于抗乳化性能測定器內。根據實驗方案設置實驗條件(溫度或者添加試劑量的變化)，將攪拌葉放入量筒，再恒溫靜置10min，使量筒內乳化液溫度與水浴溫度一致，攪拌5min后開始計時，并及時將攪拌葉上的油刮回至量筒內。每隔5min記錄油、水及乳化層的體積以及乳化層消失時間。

　　2結果與討論

　　2.1小分子醇類對破乳分離效果的影響

　　根據實驗操作，將4組經充分乳化的實驗廢水放入水浴箱，在55℃的反應溫度分別加入無水乙醇、正丁醇、仲丁醇、異丁醇和正戊醇，考察不同醇類的破乳效果;然后改變每組中各種醇的體積用量配方，考察不同添加配方對破乳效果(包括破乳時間和破乳速率)的影響。記錄實驗過程中油、水及乳化層的體積變化，以及乳化層消失的時間。

　　1)隨著醇類用量的增加，醇類對含油廢水的乳狀液破壞作用也越來越強。這是由于乳化劑的存在，使得吸附于油-水界面的膜(界面膜)既結實又穩定，從而阻止了油珠的并聚。向其中加入醇類時，醇會溶于界面層中，使得餐飲廢水中的表面活性劑在水中的溶解情況發生變化，在油-水界面吸附的乳化劑分子數量大大降低，界面層性質發生波動，導致在界面區域的剛度變小，結構變弱，極易變薄破乳，從而提高了油-水分離的速率。

　　2)各種丁醇的破乳速率均大于乙醇的，這可以從親水-親油平衡(HLB)值[11]的角度加以分析。由HLB值的計算公式[12]HLB=7+∑nw-∑no，其中，nw為親水基團基數，no為親油基團基數，乙醇的HLB值為7.95，各種丁醇的HLB值均為7，更低的HLB值代表體系中具有更多的親油基團和更少的親水基團，因此在以O/W為主的餐飲廢水中，丁醇比乙醇親油性更好，使得溶解有丁醇的界面層親水性降低，油珠更能相互結合變大，對乳狀液的破壞具有促進作用。

　　3)直鏈醇比異構醇的破乳效果好，并且醇鏈越長，分離效果越好。這是由于界面膜的機械強度決定了乳狀液的穩定性，異構醇溶于界面膜之后，其帶有支鏈的分子構型比直鏈醇的排列更契合、更緊密，使得界面膜的機械強度升高。同理，更短的醇鏈也會增加界面膜的機械強度，致使乳狀液穩定性上升，破乳變得更加困難。

　　4)正戊醇的破乳效果隨著添加量的增加，出現一個先上升后快速下降的變化。觀察實驗現象，當正戊醇體積分數大于3%，實驗廢水變得很黏稠，乳狀液反而變得穩定。這是因為在體積分數較小的時候，正戊醇具有更低的HLB值，能夠引入更多的親油基團促進破乳，但不能忽視的是其結構自身就具有很高的極性，故隨著體積分數繼續增大，反而使乳狀液變得更加穩定。

　　因此，乳狀廢水中加入正丁醇至體積分數為4%，或者加入正戊醇至體積分數為1%，均可以有效提高破乳速率。但由表1可知，隨著體積分數的遞增，正戊醇的破乳速率波動幅度很大，在操作中不易把握，故選擇添加正丁醇至體積分數為4%較為適宜。

　　小分子醇類的添加量越大，醇類單鏈越長，破乳作用越顯著，加入正丁醇至總體積分數為4%有較好破乳速率。少量添加有機絮凝劑CPAM可以提高除油速率，但用量過高反而會起到反作用，質量濃度為100~200mg/L較為適宜。金屬離子所帶的正電荷越高，破乳速率越大，選擇質量濃度為200mg/L的CaCl2較為適宜。通過復配實驗可知，同時加入正丁醇至總體積分數為4%和CaCl2至質量濃度為150mg/L，可以獲得更高的協同破乳速率。