[关键词]焦化污水，污水处理，环保，改性有机硅，消泡剂
[中图分类号]TQ520 [文献标识码]A [文章编号]44608
焦化污水是一种污染范围广、对环境及生物危害大的工业废水[1]。其主要来源于蒸氨废水、粗苯分离水、煤气终冷排污水、硫铵结晶抽汽冷凝水、脱硫吸收塔排水等[2]。目前国内普遍采用的焦化废水处理工艺流程如下图所示[3]：.png)
图1.国内焦化废水处理工艺流程图
Fig.1Process flow chart of domestic coking wastewater treatment
其中由于浮选除油本身的工艺要求，浮选药剂中会加入表面活性剂以满足起泡要求[4]。加之焦化废水中本身含有大量的有机物，对后续的沉降及生物处理带来很大的泡沫压力[5]。过多的泡沫会造成处理不彻底，处理速度慢，泡沫溢出造成二次污染等不良影响。
我国消泡剂的发展趋势正在向专用型，持久型发展[6]。传统的有机硅消泡剂由于COD值高，分散性不好，消泡慢，抑泡时间短等缺点[7]，容易造成二次污染或沉积甚至对生物处理的细菌造成危害。因此，研制一款能够克服传统有机硅消泡剂缺点的环保型焦化废水专用消泡剂将使焦化废水处理变得更加便捷，高效。
1 实验部分
1.1 实验药品及仪器
支链型聚二甲基硅氧烷，改性硅油，纳米二氧化硅，高级脂肪醇酸酯，硅烷偶联剂，聚醚化合物，乳化剂，防腐剂，增稠剂，起泡液（十二烷基苯磺酸钠和NP-10的混合物）。
带加热装置的反应釜、旋转式粘度仪、分析天平、循环泡沫仪、恒温箱、磁力搅拌器等。
1.2 制备方法
将支链型聚二甲基硅氧烷、纳米二氧化硅、硅烷偶联剂加入反应釜中，常温搅拌30 - 40 min混合均匀，然后再加入改性硅油、聚醚化合物、催化剂和乳化剂，升高温度至100 - 120 ℃，搅拌反应1-2 h，待冷却至40 - 50 ℃后，加入高级脂肪醇酸酯、增稠剂和防腐剂，搅拌混合均匀，陈化10 h即可制得改性机硅消泡剂。
2 理化指标
表1 焦化废水消泡剂的理化指标
Tab.1 Physical and chemical indexes of defoamer for coking wastewater
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3 性能评价
3.1 稀释液热稳定性
取300 mL焦化废水，水浴加热到65 ℃-75 ℃之间，保持温度恒定，分别加入50 ppm、100 ppm、150 ppm、200 ppm、250 ppm改性有机硅消泡剂，将溶液放置到实验室磁力搅拌器上，打开磁力搅拌器，在1200 - 1300 r/min下，持续搅拌30分钟后关闭磁力搅拌，静置5分钟后观察溶液是否均一稳定。
3.2 消泡性能
采用循环泡沫仪，加入1000 mL起泡液于量筒中，开启流量泵，循环一段时间，待泡沫高度上升至2000 mL刻度线时，加入20 ppm消泡剂，同时开始计时。当量筒中泡沫高度稳定不变时记录此时量筒中的泡沫量V，和所用时间t。重复上述实验，改变加入消泡剂的量分别为40 ppm、60 ppm、80 ppm、100 ppm、120 ppm，并记录泡沫高度稳定时量筒中的泡沫量和所用时间。
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3.3 抑泡性能
在3.2的实验条件下，继续循环起泡液，并开始计时，分别于循环2 min、5 min、10 min、15 min、20 min、25 min及30 min时，记录量筒中泡沫量。
3.4 COD测试
采用国标《GB 11914-89化学需氧量的测定》所述的方法-重铬酸钾法，对1 %浓度的改性有机硅消泡剂水溶液以及2 %浓度的改性有机硅消泡剂水溶液的蒸发流出液进行测量，并以相同浓度及处理方法下市售传统有机硅消泡剂作为对比。按照国标《GB 8978-1996污水综合排放标准》进行判定。
4 结果与讨论
4.1 稀释液热稳定性
稀释液热稳定性判定标准及实验结果如下表所示：
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结果表明，该消泡剂在焦化废水中具有良好的分散能力，无结块、分层、析出现象出现。随着使用浓度的增加，其稳定性和分散性能够保持良好的状态。其原因在于改性后的有机硅消泡剂分子中引入了水溶性官能团，增加了分子的亲水性，使其在水中分散的更加稳定。改性后的有机硅消泡剂成功克服了传统有机硅消泡剂易沉积、易析出的缺点，为后续处理工艺提供了便捷。
4.2 消泡性能
循环泡沫试验中泡沫稳定时所用时间如表4，消泡剂的消泡性能对比曲线图见图2,。由于焦化废水专用消泡剂良好的分散性能和消泡性能使得泡沫稳定时间缩短。随着消泡剂添加量的增加，泡沫消除率逐渐增加，消泡效果明显提升。当添加量达到60 ppm时继续增加消泡剂的添加量消泡效果趋于稳定，泡沫消除的量基本维持不变。消泡剂的消泡机理是利用消泡剂自身极小的表面张力破坏了包裹泡沫的水膜而使泡沫快速消除的过程[8]。在循环过程中液面处于稳定状态时，泡沫的产生与消除处于平衡状态，即泡沫产生的速度与泡沫消除的速度相同。因此，该消泡剂浓度为60 ppm时即可达到最佳消泡效果。达到平衡时，可消除泡沫80 %以上。而传统有机硅消泡剂的用量较大，添加浓度为120 ppm时基本达到平衡状态，此时消除泡沫60 %左右。
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图2 消泡剂的消泡性能对比曲线图
Fig.2 Antifoaming performance comparison curve of antifoaming agent
4.3 抑泡性能
改性有机硅消泡剂与传统有机硅消泡剂的抑泡性能对比曲线图如图3、图4所示。
有机硅消泡剂由于其自身结构原因，经过高剪切力循环后其消泡效果会逐渐降低直至失效，并不断从溶液中析出。从图中可以看出传统的有机硅消泡剂的抑泡时间在30 - 40 min左右，而改性的有机硅消泡剂抑泡时间超过60 - 70 min。由于其分子中亲水官能团的引入，大大降低了消泡剂析出的速率，使其具有更强的耐剪切性。在实际应用中改性的有机硅消泡剂能够大大降低添加次数，减少消泡剂的添加量，起到节约成本的作用。
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图4 焦化废水专用消泡剂抑泡性能曲线图
Fig.4 Antifoaming performance curve of defoamer for coking wastewater
4.4 COD测试
焦化废水专用消泡剂的COD测试结果如下表所示：
表5 消泡剂的COD测试结果表
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结果表明，焦化废水专用的改性有机硅消泡剂水溶液和蒸发流出液中的COD含量均小于传统有机硅消泡剂。2%浓度的焦化废水专用消泡剂水溶液的蒸发流出液COD值符合《GB 8978-1996污水综合排放标准》中一级排放标准。改性后的有机硅消泡剂选择支链型聚二甲基硅氧烷，并引入二氧化硅，使其硅含量增加，支化度增加[9]，碳氢含量降低，因此降低了消泡剂的化学需氧量，为进行废水的进一步处理减轻了降解COD的压力。
5 结论
综上所述，改性有机硅消泡剂具有良好的分散效果，稀释后溶液热稳定性良好，克服了传统有机硅消泡剂易沉积的缺点。与同类产品相比该消泡剂有更快的消泡速度、更小的添加量和更长的抑泡时间，在实际应用中能够大大降低消泡成本，确保焦化工艺安全稳定进行。
6 展望
随着国内的水处理技术逐渐发展，焦化废水的处理方式和药剂种类也随之增加。国内诸多企业在水处理药剂包括消泡剂的研发方面均取得了丰硕的成果[10-13]。未来，会有更多的新工艺、新药剂推出，让焦化废水处理变得更加高效、便捷。
参考文献
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论文作者:陈爽 池浩然 朱晓萍 金佳惠
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第19期
论文发表时间:2020/3/16
标签：消泡剂论文; 有机硅论文; 泡沫论文; 废水论文; 性能论文; 废水处理论文; 浓度论文; 《科学与技术》2019年第19期论文;