專利名稱：一種超聲波協同有機膨潤土合成-處理含油廢水一體化工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種超聲波協同有機膨潤土合成-處理含油廢水一體化エ藝，屬于環境保護中污水處理技術領域。
背景技術：
含油廢水是ー種量大面廣、極具危害性的廢水。其主要來源于石油開采加工、石油化工、冶金、機械エ業、紡織、食品加工エ業及海上運輸業等。其主要成分包括碳氫化合物、燃油、焦油、潤滑油、脂肪油、蠟油脂、皂類等。在廢水中的油主要有以下幾種(I)浮油進入水體的油分通常大部分以浮油形式存在，油珠粒徑較大，一般大于100 μ m，靜置后能較快上浮，以連續相的油膜浮在水面。由于水與油之間存在一定的密度差，對于浮油通常采用重力分離法和橫向流除油器。(2)分散油粒徑為10-100 μ m的微小油珠懸浮分散在水相中，分散油不穩定，如有足夠的時間靜置，會聚集成較大的油珠而上浮到水面。這種類型的油可以采用氣浮法和吸附法去除。最常用的吸附材料是活性炭，它具有良好的吸油性能，可吸附廢水中的分散油、乳化油和溶解油。但吸附容量有限(對油一般為30-80mg/g)，且活性炭價格較貴，再生也比較困難，因此一般只用作低濃度含油廢水處理或深度處理。(3)乳化油粒徑為O. 1-10 μ m的油珠穩定地分散于水中，由于油滴極微小，大多為O. 1-2 μ m之間，因此單純用靜置法很難使油水分離。乳化油的粒徑極其微小，在水中形成水-油乳化液，表面形成一層界膜帶有電荷，油珠外圍形成雙電層，使油珠相互排斥極難接近。因此，要使油水分離，首先要破壞油珠的界膜，使油珠相互接近并聚集成大滴油珠，從而浮于水面，這ー過程叫破乳。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對其進行后續處理。(4)溶解油以分子狀態分散于水體中，油粒直徑比乳化液還小，有時達到幾納米，油分和水形成均勻相體系，非常穩定，很難用一般方法去除。膜過濾法除油是利用微孔膜攔截油粒，它主要用于去除乳化油和溶解油。膜過濾法エ藝流程簡單，處理效果好，出水一般不帶有油，但設備投資巨大，處理量較小，不太適于大規模廢水處理，而且過濾器容易堵塞。膨潤土是以蒙脫石(Montmorillonite)為主要礦物的粘土巖。蒙脫石是ー種含水的層狀鋁硅酸鹽礦物，由兩個硅氧四面體中間夾ー個鋁(鎂)氧(氫氧)八面體組成，屬于2 I型的三層粘土礦物。晶層間距離為O. 96^2. 14nm，這些納米片層團聚在一起，形成幾百納米到幾微米的粘土顆粒。由于膨潤土表面硅氧結構極強的親水性及層間陽離子的水解，未經改性的膨潤土吸附處理有機污染物的性能非常差。但膨潤土有很強的陽離子交換能力，在一定的物理-化學條件下，不僅Ca2+、Mg2+、Na+、K+等可相互交換，而且可以和有機陽離子(如陽離子表面活性剤)交換晶層間的陽離子。陽離子交換性是膨潤土的重要エ藝特性，利用這ー特性，可以對膨潤土進行改性，如制備有機膨潤土。
季銨鹽陽離子表面活性劑是制備有機膨潤土常用的有機陽離子，通過離子交換作用進入膨潤土的層間，制得對含油廢水具有較好處理能力的有機膨潤土，特別是對溶解油。(參見金屬礦山，2010年第3期，154頁；化工學報2008年第I期228頁)。但該處理劑在制備的過程中エ藝復雜、繁瑣，包括將膨潤土粉分散于有機改性劑溶液中制漿，進行改型，然后洗滌、過濾、烘干、粉碎，得到有機膨潤土產品。這種方法在制漿時需恒溫水浴、攪拌2小時以上，耗時耗能和消耗水資源，且有產生含有大量表面活性劑的廢水，需進ー步處理，此外有機膨潤土的合成エ藝穩定性不好，直接影響了膨潤土改性的質量，這些均限制了有機膨潤土在廢水處理和污染環境修復中的應用。
發明內容
本發明要解決的技術問題是克服現有技術中エ藝復雜，耗能大的不足，提供ー種超聲波協同有機膨潤土合成-處理含油廢水一體化エ藝，該方法能簡單有效地處理含油廢水。·為解決上述技術問題本發明所采用的技術方案是一種超聲波協同有機膨潤土合成-處理含油廢水一體化エ藝，將粒徑為1(Γ200目未經處理的膨潤土和陽離子表面活性劑加入到含油廢水中，陽離子表面活性劑用量為209T120%CEC，陽離子表面活性劑的投加量按照陽離子交換容量計算，20%CEC表示交換20%陽離子容量需陽離子表面活性劑的量，比如某膨潤土的陽離子交換容量為80mmol/g，20%CEC的交換量即每克膨潤土中需加入16mmol某陽離子表面活性剤。膨潤土和含油廢水的固/液質量比為l:100(Tl:10000，然后將該廢水加入一個超聲波反應器中，施加頻率為20kHz 120ΚΗζ，功率為100W 1200W的超聲波，超聲作用10iT5min進行凈化處理，同時攪拌，超聲處理結束后再攪拌2_3min，再進行固/液兩相分離，廢水得到凈化處理后排放。本發明所用的膨潤土是開采后碾磨得到顆粒較粗顆粒無需粉碎，可以利用超聲分散功能，根據顆粒大小適當延長超聲振蕩時間，可以達到較高的去除效率。處理后的膨潤土與廢水混合物可采取離心分離或過濾方式達到固/液分離目的。本發明使用的超聲波反應器為超聲波發生器、振箱和反應腔組成。反應腔內處理一般為間歇式操作，可用于水力負荷不大、排放標準較高、含油量較高的廢水處理場合，通過調節操作エ藝條件可達到直接排放要求；反應腔內加入傳導介質(一般為水)，反應腔內設置廢水盤管，盤管浸沒于傳導介質中，廢水在管道內通過傳導介質接受超聲波振蕩可用于連續式或半連續式操作，適用于廢水量大、連續生產的場合，可處理含油量不太高的廢水，視廢水特性不同可以采取直接排放或進入下一級處理裝置等不同エ藝。本發明的反應器型式并不局限于這兩種類型。上述含油廢水所含油類污染物包括石油、原油、動和植、物油脂等。但本發明適用處理的油類污染物并不局限于這些種類。考慮到待處理廢水中有機污染物含量和排放標準的要求，可通過改變膨潤土的用量達到不同的處理效果。膨潤土的用量以膨潤土與待處理廢水質量比為衡量指標。一般，綜合考慮到處理效果和エ藝經濟性，膨潤土與待處理廢水質量比范圍可在1:100(Tl: 10000之間，但本發明不局限于這個水平。所用陽離子表面活性劑是長鏈型陽離子表面活性剤，烷基碳原子數在8以上。
本發明的有益效果是(I)縮短了操作步驟，避免了合成有機膨潤土繁瑣的過程，使有機膨潤土的合成和廢水處理在同一過程中完成，該過程中所用膨潤土和表面活性劑比以往的技術更省；膨潤土的顆粒可以更粗，在超聲波的作用下會迅速分散。(2)超聲波有利 于乳化油破乳，促進油水分離。(3)含油廢水凈化處理時間縮短，效率提高。利用超聲波空化作用產生的汽包振蕩處理，使膨潤土原土迅速完成和陽離子表面活性劑交換改性并吸附油類污染物過程，實現難降解含油廢水在短時間內得到高效吸附浄化，達到排放標準。
具體實施例方式下面通過實施例對本發明作進ー步詳細說明。實施例I將粒徑為10目未經處理的膨潤土和20%CEC的陽離子表面活性劑氯代十六烷基吡啶加入到含食用油廢水中，膨潤土和廢水固/液質量比為1:1000，然后將IL該廢水置入一個超聲波反應器中，施加頻率為20kHz，功率100W的超聲波，超聲作用5min進行凈化處理，同時攪拌，超聲處理結束后再攪拌2min，再采用離心分離方式進行固/液兩相分離，經測定，廢水中油的去除率大于99%。相同量和相同種類的陽離子表面活性劑改性得到的有機膨潤土在沒有超聲波作用下，經過相同時間的吸附作用，對相同廢水中的油類去除率僅有30. 1%。實施例2將粒徑為200目未經處理的膨潤土和120%CEC的陽離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨加入到含原油廢水中，膨潤土和廢水固/液質量比為1:10000，然后將IL該廢水置入一個超聲波反應器中，施加頻率為120KHz，功率1200W的超聲波，超聲作用5min進行凈化處理，同時攪拌，超聲處理結束后再攪拌3min，再采用過濾方式進行固/液兩相分離，經測定，廢水中油的去除率大于96%。相同量和相同種類的陽離子表面活性劑改性得到的有機膨潤土在沒有超聲波作用下，經過相同時間的吸附作用，對相同廢水中的油類去除率僅有49. 1%。實施例3將粒徑為200目未經處理的膨潤土和80%CEC的陽離子表面活性劑氯代八烷基吡啶加入到含柴油廢水中，膨潤土和廢水固/液質量比為1:1000，然后將IL該廢水置入ー個超聲波反應器中，施加頻率為120KHz，功率1200W的超聲波，超聲作用IOs進行凈化處理，同時攪拌，超聲處理結束后再攪拌3min，再采用過濾方式進行固/液兩相分離，經測定，廢水中油的去除率大于99%。相同量和相同種類的陽離子表面活性劑改性得到的有機膨潤土在沒有超聲波作用下,經過相同時間的吸附作用,對相同廢水中的油類去除率僅有35. 6%。實施例4將粒徑為10目未經處理的膨潤土和60%CEC的陽離子表面活性劑氯代八烷基三甲基溴化銨加入到含柴油廢水中，膨潤土和廢水固/液質量比為1:1000，然后將IL該廢水置入一個超聲波反應器中，施加頻率為120KHz，功率1200W的超聲波，超聲作用3min進行凈化處理，同時攪拌，超聲處理結束后再攪拌3min，再采用離心分離方式進行固/液兩相分離，經測定，廢水中油的去除率大于99%。相同量和相同種類的陽離子表面活性劑改性得到的有機膨潤土在沒有超聲波作用下，經過相同時間的吸附作用，對相同廢水中的油類去除率僅有38. 9%。實施例5 將粒徑為10目未經處理的膨潤土和60%CEC的陽離子表面活性劑氯代八烷基三甲基溴化銨按固液比1:1000加入到含柴油廢水中，廢水流經浸沒在超聲波反應腔內水中的盤管，超聲波頻率為40kHz，功率為1000W，廢水在盤管內的停留時間為5min，連續處理后經沉淀分離，測定廢水中油的去除率為98%。該過程證明本方法同樣適合含油廢水的連續式操作處理。以上述依據本發明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關工作人員完全可以在不偏離本項發明技術思想的范圍內，進行多祥的變更以及修改。本項發明的技術性范圍并不局限于說明書上的內容，必須要根據權利要求范圍來確定其技術性范圍。
權利要求
1.一種超聲波協同有機膨潤土合成-處理含油廢水一體化エ藝，其特征是將粒徑為10^200目未經處理的膨潤土和陽離子表面活性劑加入到含油廢水中，陽離子表面活性劑用量為209Tl20%CEC，膨潤土和含油廢水的固/液質量比為1:100(Tl: 10000，然后將該廢水加入到一個超聲波反應器中，施加頻率為20kHz 120ΚΗζ，功率為100W 1200W的超聲波，超聲作用10iT5min進行凈化處理，同時攪拌，超聲處理結束后再攪拌2_3min，再進行固/液兩相分離，廢水得到凈化處理后排放。
2.根據權利要求I所述的超聲波協同有機膨潤土合成-處理含油廢水一體化エ藝,其特征是所述的固/液兩相分離采取離心分離或過濾方式。
3.根據權利要求I所述的超聲波協同有機膨潤土合成-處理含油廢水一體化エ藝,其特征是所述的超聲作用采用間歇式、連續式或半連續式操作。
4.根據權利要求I所述的超聲波協同有機膨潤土合成-處理含油廢水一體化エ藝,其特征是所述的含油廢水所含油類污染物包括石油、原油和動、植物油脂。
5.根據權利要求I所述的超聲波協同有機膨潤土合成-處理含油廢水一體化エ藝,其特征是所述的陽離子表面活性劑為長鏈型陽離子表面活性剤，烷基碳原子數在8以上。
全文摘要
本發明提供一種超聲波協同有機膨潤土合成-處理含油廢水一體化工藝，將粒徑為10~200目未經處理的膨潤土和陽離子表面活性劑加入到含油廢水中，陽離子表面活性劑用量為20%~120%CEC，膨潤土和含油廢水的固/液質量比為1:1000~1:10000，然后將該廢水加入一個超聲波反應器中，施加頻率為20kHz~120KHz，功率為100W~1200W的超聲波，超聲作用10s~5min進行凈化處理，同時攪拌，超聲處理結束后再攪拌2-3min，再進行固/液兩相分離。本發明能簡單有效地處理含油廢水。
文檔編號C02F1/40GK102745772SQ201210273149
公開日2012年10月24日 申請日期2012年8月2日 優先權日2012年8月2日
發明者姚超, 李定龍, 鄒靜, 馬建鋒 申請人:常州大學