申请日2012.08.02
公开(公告)日2012.10.24
IPC分类号C02F1/30; C02F1/40; C02F1/28
摘要
本发明涉及一种微波协同有机膨润土合成-处理含油废水一体化工艺，将粒径为20~200目未经处理的膨润土和阳离子表面活性剂加入到含油废水中，阳离子表面活性剂用量为20%~100%CEC，膨润土和含油废水的固/液质量比为1:1000~1:10000，然后将该废水放入功率为100W~5000W微波反应器中微波辐射10s~1min，再搅拌2~3min，最后进行固/液两相分离，废水得到净化处理后排放。本发明利用微波作用的热效应和非热效应，使含油废水首先被加热，油的流动性增强，同时在非热效应作用下加强分子震动，实现难降解含油废水在短时间内得到高效吸附净化。
权利要求书
1.一种微波协同有机膨润土合成-处理含油废水一体化工艺，其特征在 于：将粒径为20~200目未经处理的膨润土和阳离子表面活性剂加入到含油 废水中，阳离子表面活性剂用量为20%~100%CEC，膨润土和含油废水的固 /液质量比为1:1000~1:10000，然后将该废水放入功率为100W~5000W微波 反应器中微波辐射10s~1min，再搅拌2~3min，最后进行固/液两相分离，废 水得到净化处理后排放。
2.根据权利要求1所述的一种微波协同有机膨润土合成-处理含油废水 一体化工艺，其特征在于：所述的固/液两相分离采取自由沉淀、离心分离或 板框式压滤方式。
3.根据权利要求1所述的一种微波协同有机膨润土合成-处理含油废水 一体化工艺，其特征在于：所述的含油废水所含油类污染物包括石油、原油 和动、植物油脂。
4.根据权利要求1所述的一种微波协同有机膨润土合成-处理含油废水一 体化工艺，其特征在于：所述的阳离子表面活性剂是长链型阳离子表面活性 剂，烷基碳原子数在8以上。
说明书
一种微波协同有机膨润土合成-处理含油废水一体化工艺
技术领域
本发明涉及一种微波协同有机膨润土合成-处理含油废水一体化工艺，属于 环境保护中污水处理技术领域。
背景技术
含油废水是一种量大面广、极具危害性的废水。其主要来源于石油开采加 工、石油化工、冶金、机械工业、纺织、食品加工工业及海上运输业等。其主 要成分包括：碳氢化合物、燃油、焦油、润滑油、脂肪油、蜡油脂、皂类等。 在废水中的油主要有以下几种：
(1)浮油：进入水体的油分通常大部分以浮油形式存在，油珠粒径较大，一 般大于100μm，静置后能较快上浮，以连续相的油膜浮在水面。由于水与油之间 存在一定的密度差，对于浮油通常采用重力分离法和横向流除油器。
(2)分散油：粒径为10-100μm的微小油珠悬浮分散在水相中，分散油不稳定， 如有足够的时间静置，会聚集成较大的油珠而上浮到水面。这种类型的油可以 采用气浮法和吸附法去除。最常用的吸附材料是活性炭，它具有良好的吸油性 能，可吸附废水中的分散油、乳化油和溶解油。但吸附容量有限(对油一般为 30-80mg/g)，且活性炭价格较贵，再生也比较困难，因此一般只用作低浓度含 油废水处理或深度处理。
(3)乳化油：粒径为0.1-10μm的油珠稳定地分散于水中，由于油滴极微小，大 多为0.1-2μm之间，因此单纯用静置法很难使油水分离。乳化油的粒径极其微小， 在水中形成水-油乳化液，表面形成一层界膜带有电荷，油珠外围形成双电层， 使油珠相互排斥极难接近。因此，要使油水分离，首先要破坏油珠的界膜，使 油珠相互接近并聚集成大滴油珠，从而浮于水面，这一过程叫破乳。通常破乳 后的污水需要再利用浮油去除及分散油去除的方法对其进行后续处理。
(4)溶解油：以分子状态分散于水体中，油粒直径比乳化液还小，有时达到几 纳米，油分和水形成均匀相体系，非常稳定，很难用一般方法去除。膜过滤法 除油是利用微孔膜拦截油粒，它主要用于去除乳化油和溶解油。膜过滤法工艺 流程简单，处理效果好，出水一般不带有油，但设备投资巨大，处理量较小， 不太适于大规模废水处理，而且过滤器容易堵塞。
膨润土是以蒙脱石(Montmorillonite)为主要矿物的粘土岩。蒙脱石是一种 含水的层状铝硅酸盐矿物，由两个硅氧四面体中间夹一个铝(镁)氧(氢氧) 八面体组成，属于2：1型的三层粘土矿物。晶层间距离为0.96~2.14nm，这些 纳米片层团聚在一起，形成几百纳米到几微米的粘土颗粒。由于膨润土表面硅 氧结构极强的亲水性及层间阳离子的水解，未经改性的膨润土吸附处理有机污 染物的性能非常差。但膨润土有很强的阳离子交换能力，在一定的物理-化学条 件下，不仅Ca2+、Mg2+、Na+、K+等可相互交换，而且可以和有机阳离子(如阳 离子表面活性剂)交换晶层间的阳离子。阳离子交换性是膨润土的重要工艺特 性，利用这一特性，可以对膨润土进行改性，如制备有机膨润土。
季铵盐阳离子表面活性剂是制备有机膨润土常用的有机阳离子，通过离子交 换作用进入膨润土的层间，制得对含油废水具有较好处理能力的有机膨润土， 特别是对溶解油。(参见金属矿山，2010年第3期，154页;化工学报2008年 第1期228页)。但该处理剂在制备的过程中工艺复杂、繁琐，包括将膨润土粉 分散于有机改性剂溶液中制浆，进行改型，然后洗涤、过滤、烘干、粉碎，得 到有机膨润土产品。这种方法在制浆时需恒温水浴、搅拌2小时以上，耗时耗 能和消耗水资源，且有产生含有大量表面活性剂的废水，需进一步处理，此外 有机膨润土的合成工艺稳定性不好，直接影响了膨润土改性的质量，这些均限 制了有机膨润土在废水处理和污染环境修复中的应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中工艺复杂，处理时耗能大的 不足，提供一种微波协同有机膨润土合成-处理含油废水一体化工艺，利用微波 作用的热效应和非热效应，实现难降解含油废水在短时间内得到高效吸附净化。
为解决上述技术问题本发明采用的技术方案是：一种微波协同有机膨润土合 成-处理含油废水一体化工艺，将粒径为20~200目未经处理的膨润土和阳离子表 面活性剂，加入到含油废水中，阳离子表面活性剂用量为20%～100%CEC，阳离 子表面活性剂的投加量按照阳离子交换容量计算，20%CEC表示交换20%阳离 子容量需阳离子表面活性剂的量，比如某膨润土的阳离子交换容量为80 mmol/g，20%CEC的交换量即每克膨润土中需加入16mmol某阳离子表面活性 剂。膨润土和含油废水固/液质量比为1:1000~1:10000，然后将废水放入功率为 100W~5000W微波反应器中微波辐射10s~1min，再搅拌2~3min，最后进行固 /液两相分离，废水得到净化处理后排放。
本发明所用的膨润土是未经处理的膨润土。处理后的膨润土与废水混合物可 采取自由沉淀或离心分离。例如，对处理量不大、油浓度较低、排放标准较严 格的废水，可将处理后的废水以4000r/min左右的转速离心5~20min，上层清液 可直接排放。而水量大、有机污染物浓度高、需经二级处理的废水可在振荡处 理后采取板框式压滤等方式达到固液分离目的。
上述含油废水所含油类污染物包括石油、原油或动、植物油脂。但本发明适 用处理的油类污染物并不局限于这些种类。
本发明将未经处理的膨润土粉末和所用的阳离子表面活性剂与待处理含油 废水混合均匀后，由微波作用，微波的热效应首先加热废水，使含油废水温度 上升，油在该过程中流动性加大，容易与颗粒物质混合，同时加速阳离子表面 活性剂和膨润土之间的交换作用，特别是促进溶解态油和表面活性剂之间发生 “分配”;微波的非热效应使膨润土层间的表面活性剂震动并排列有序，形成较 规则有机吸附相，有利于吸附。通过控制有机膨润土的用量与微波能量可以得 到理想的有机污染物去除率。
考虑到待处理废水中有机污染物含量和排放标准的要求，可通过改变有机膨 润土的用量达到不同的处理效果。膨润土的用量以有机膨润土与待处理废水质 量比为衡量指标。一般，综合考虑到处理效果和工艺经济性，膨润土与待处理 废水质量比范围可在1:1000~1:10000之间，但本发明不局限于这个水平。
所用阳离子表面活性剂是长链型阳离子表面活性剂，烷基碳原子数在8以 上。
本发明有益效果是：
(1)省却原来有机膨润土在应用之前必须经过一系列繁琐的合成步骤。
(2)含油废水净化处理时间缩短，效率提高。利用微波作用的热效应和非热 效应，使含油废水首先被加热，油的流动性增强，在吸附过程中容易与表面活 性剂发生“分配”效应，而进入膨润土层间;同时在非热效应作用下加强分子 震动，加速表面活性剂和油分子的结合，实现含油废水在短时间内得到高效吸 附净化，达到排放标准。
具体实施方式
实施例1
将粒径为20目未经处理的膨润土和20%CEC的阳离子表面活性剂氯代十六 烷基吡啶加入到含原油废水中，膨润土和含油废水固/液质量比为1:1000，然后 将1L该废水放入功率为100W微波反应器中微波辐射10s，再搅拌2min，再 采用离心分离是进行固/液两相分离，经测定，废水中油的去除率大于95%。
相同量和相同种类的阳离子表面活性剂改性得到的有机膨润土在没有微波 作用下，经过相同时间的吸附作用，对相同废水中的油类去除率仅有35%。
实施例2
将粒径为200目未经处理的膨润土和100%CEC的阳离子表面活性剂十六烷 基三甲基溴化铵加入到含食用油废水中，膨润土和含油废水固/液质量比为 1:10000，然后将1L该废水放入功率为5000W微波反应器中微波辐射1min， 再搅拌3min，再采用自由沉淀方式进行固/液两相分离，经测定，废水中油的去 除率大于99%。
相同量和相同种类的阳离子表面活性剂改性得到的有机膨润土在没有微波 作用下，经过相同时间的吸附作用，对相同废水中的油类去除率仅有48%。
实施例3
将粒径为100目未经处理的膨润土和80%CEC的阳离子表面活性剂氯代八 烷基吡啶加入到含柴油废水中，膨润土和含油废水固/液质量比为1:1000，然后 将1L该废水放入功率为100W微波反应器中微波辐射1min，再搅拌3min，再 采用自由沉淀方式进行固/液两相分离，经测定，废水中油的去除率大于99%。
相同量和相同种类的阳离子表面活性剂改性得到的有机膨润土在没有微波 作用下，经过相同时间的吸附作用，对相同废水中的油类去除率仅有39%。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作 人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。 本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围 来确定其技术性范围。
