王泉斌，李秋成

(中国舰船研究设计中心，武汉 430064)



舰船乳化油污水破乳技术

王泉斌，李秋成

(中国舰船研究设计中心，武汉 430064)

摘要：对比乳化油污水处理方法的技术特点及其装舰适应性，分析得出采取化学破乳絮凝法与气浮法相结合的处理工艺可满足舰船乳化油污水的处理需求，通过开展不同破乳剂的化学破乳试验，测试分析不同破乳剂的油水分离效果。

关键词：乳化油污水；破乳；舰船

为适应MARPOL73/78公约MEPC.107(49)的决议要求，水面舰船通常通过设置油污水处理系统对舰上机炉舱、电站、辅机舱等舱室内的主、辅机械设备所产生的含石油类污水进行处理，实现油污水的达标排放[1-2]。而由于水面舰船的大型化，各机械处所在高温、高压下产生的含油污水逐渐增多，大量的含油污水由高温含油蒸汽冷凝形成。该油污水中的油主要以两种形式存在，一部分是油滴粒径极小且稳定的乳化油污水;还有一部分是油滴粒径较大浮在表面的悬浮油。其中，乳化油污水是油和水经乳化混合在一起而形成的油包水液分子基团，该分子基团颗粒的粒径一般在0.5～10 μm，有机物含量很高，并且含有大量表面活性剂及其他添加剂，相比于悬浮油污水更难以分离，易造成目前常用舰船油污水处理装置的分离效果不佳、油水分离组件的使用寿命降低，影响舰船出航期间油污水处理后水质的达标排放[3-4]。因此，对乳化油污水的处理方法及特点进行对比分析，探讨适应于舰船条件下的乳化油污水破乳技术途径；通过开展乳化油污水破乳技术的相关试验，验证舰船乳化油污水破乳技术的实际效果。

1乳化油污水处理方法及特点

目前常用的乳化油污水破乳处理方法主要包括膜分离法、吸附法、强制过滤法、化学破乳絮凝法、化学氧化法以及电化学法[5-6]。

1)膜分离法。膜分离法是当油污水通过膜表面时，利用膜的微孔结构截留乳化油和溶解油，从而实现油水分离的方法。简单的情况是乳化油基于油滴尺寸被膜阻止，而溶解油的被阻止则是基于膜和溶质的分子之间的相互作用，而使油黏附在膜表面。其优点是原水可以不经过破乳直接进入膜处理，从而减少配套设备，且出水水质好，但对于高浓度的乳化油污水而言，由于污染程度高，膜表面污染迅速，水通量下降很快，设计上为了保证一定的冲洗时间间隔及冲洗效果，延长膜组件寿命，必须增大膜面积以降低其单位流量，从而造成装置体积过大。另外，乳化油污水浓度高，膜组件在线清洗难以彻底，必要时需人工清洗，维护工作强度大。

2)吸附法。吸附法是利用吸附介质的多孔结构，对污水中的油和有机物进行吸附处理，从而实现油水分离的方法。最常见的吸附介质是活性炭，以往本所开发的舱底油污水处理装置即是采用该法对经重力分离后的乳化油污水进行处理的。该方法出水水质好，设备体积小，但由于活性炭对油的吸附容量是固定的，当进水乳化程度很高时，活性炭很快吸附饱和，必须更换，因此会造成更换周期短、成本高及维护工作量大等问题。如增加活性炭量，又会造成装置体积过大。只适合于对含油量较小的油污水进行深度处理。

3)强制过滤法。强制过滤法是让乳化油污水通过过滤介质，利用过滤介质将乳液珠滴的界面膜刺破，使其内相聚结而破乳的方法。该方法破乳效果好，过滤后的污水可以直接进行油水重力分离。但对于高浓度乳化油污水，需降低过滤流速以提高破乳效果，造成过滤表面积大，装置体积大。同时，该方法对乳化油污水的清洁度要求很高，不能有大颗粒固体，以免堵塞过滤介质。

4)化学破乳絮凝法。化学破乳絮凝法是含油废水处理中常见的方法，常与气浮法联合使用。在乳化油污水中投加能起破乳絮凝作用的化学药剂，该化学药剂通过其本身或者其水解产物的压缩双电层、电性中和及吸附架桥等作用实现对乳化油污水的破乳作用。由于破乳后产生的油性絮状物密度比水轻，会浮到水上从而与水分离。该方法具有破乳效果好、速度快及适应乳化油污水浓度范围广等特点，但也存在絮状物上浮速度慢，污水停留时间长，装置体积大等问题。

5)化学氧化法。化学氧化法是利用化学氧化剂如臭氧，氯气，二氧化氯等氧化分解污水中的油和COD等污染物以达到净化污水的一种方法，为了提高氧化效率，一般需使用催化剂。该方法具有处理时间短，设备体积小等优点；缺点在于使用时需制备或储存氧化剂和催化剂，设备复杂，且部分氧化剂对人员存在一定的安全风险及对船舶存在一定的腐蚀风险。同时，当氧化剂过量投加时，造成排放水质中的总残余氧化剂超标，会对水体产生二次污染。

6)电化学法。电化学法又称电絮凝法，利用电解作用牺牲阳极金属电极(一般为金属铝和铁)形成各种络合物，对污水中的乳化油污水进行破乳和絮凝；同时电解反应时会产生氢气和氧气形成微气泡，具有一定的气浮作用。该方法具有处理效果好，无需外加絮凝剂等优点，但也存在副产物——氢气，具有爆炸性，存在安全隐患且金属阳极消耗量大，能耗大等缺陷。

2舰船破乳技术适应性

舰船乳化油污水处理技术的适应性对比分析见表1。

化学氧化法和电化学法由于存在安全隐患，不适合在舰船上应用，吸附法和膜分离法对高浓度的乳化油污水进行处理时，容易造成介质饱和或污染，可持续性差，维护保养工作量很大，可行性低。强制过滤法的主要限制因素在于水质问题，由于舰船乳化油污水中可能混有较多的颗粒物杂质或胶体，导致水质较差。而由于该工艺采用的过滤介质的过滤精度一般在1 μm左右方能起到破乳的作用，考虑到水质杂质较多时，可能会造成水通量急剧下降，最终堵塞，从而使破乳过程中止。在以往的压载水处理技术研究中，曾出现在利用精度为50 μm的海水滤器在东海进行试验时，过滤10 min后即需要进行反冲洗。且有资料显示，该工艺对较稀乳化油污水的处理效果较好，而对浓度较高的乳化油污水处理效果较差。因此，该工艺的可行性还需结合相关试验进行研究，以考察杂质含量及乳化油污水浓度对其处理效果的影响。对于化学破乳絮凝法，因其对水中的杂质含量没有特殊要求，且从理论上讲可以通过改变破乳剂的投加量以适应高乳化油污水浓度的油污水；同时，该技术方法在采油领域的水处理工艺中有所运用，并获得较好的破乳处理处果[7-8]。

表1　舰船乳化油污水处理技术适应性对比分析

3乳化油污水化学破乳效果

采用化学破乳絮凝法的关键在于破乳剂的选择，因为对于不同性质的乳化油污水，不同破乳剂的破乳效果相差悬殊。

3.1试验方法

根据舰船乳化油污水的特性，选取最高乳化程度即乳化油质量浓度4 000 mg/L的油污水进行破乳试验，在其中加入不同的破乳剂或破乳剂的组合，检测其清液的含油量，考察其随时间变化的破乳效果。同时，从化学破乳剂的应用角度要求既环保安全，不要造成二次污染，因此选取常见的破乳剂A、B、C及D作为本次试验的破乳剂，采取不同破乳剂、相同投加浓度的破乳效果比较，同一破乳剂不同投加浓度破乳效果比较，以及不同破乳剂组合破乳效果比较的测试。

3.2试验结果

1)破乳剂A、B的破乳效果对比试验在质量浓度为4 250 mg/L的750 mL乳化油污水中进行，分别加入10 g A和10 g B，检测其含油量的变化，试验结果见表2。

表2　10 g破乳剂A和10 g破乳剂B的破乳效果

在浓度为4 250 mg/L的750 mL乳化油污水中分别加入20 g A和40 g B，检测其含油量的变化，试验结果见表3。

表3　20 g破乳剂A和40 g破乳剂B的破乳效果

在浓度为4 250 mg/L的750 mL乳化油污水中，先加入10 g A，后再加入10 g B，试验结果见表4。

表4　10 g破乳剂A+10 g破乳剂B的破乳效果

由表2可见，同等情况下，A的破乳效率比B的高得多，但经过较长时间后二者最终的效果相差不大。

由表3可见，在加大A和B的剂量后，二者的破乳效果有所提升，但剂量倍增后的效果并没有倍增。此外，A在初始阶段的脱油效果较为明显，但后期有所下降；而B则相反。同时如表4的结果所示，A加入B混合后的破乳效果不但没有发生叠加效应，而且二者的作用反而受到了抑制。

2)破乳剂A、B、C及D的破乳效果对比。在质量浓度为4 250 mg/L的750 mL乳化油污水中，加入4种介质不同组合或不同量的破乳剂，试验结果见表5。

由表5可见，单一破乳剂C对乳化油污水的破乳效果强于破乳剂D。结合表3可以得出，4种破乳剂在破乳初期(4 h内)对于乳化油污水的破乳效果排序依次为：A>C>B>D。当采用各种破乳剂进行组合投加后，发现其他破乳剂对A的初期破乳效果均产生了抑制作用，而3 d后基本到达同一水平。相反，对于C而言，加入B后破乳效果得到一定程度提升，而加入D后，其初期破乳效果受到抑制，但中后期效果有所提高。从后期(3 d)角度看，效果比较好的是A+C组合、A+D组合以及A+B+C组合。

表5　四种破乳剂组合的破乳效果对比

以上试验结果表明，化学破乳絮凝法对于乳化油污水的处理是有效可行的，但也显示出化学破乳处理的油水分离时间较长。其中效果最好的破乳剂也需至少1.5 h才能将乳化油污水的质量浓度降至300 mg/L左右。为此，可参考采油工程水处理中的气浮工艺，以提升乳化油污水的分油速率和效果。

气浮工艺是指在水中通入空气或其他气体产生高度分散的微小气泡，这些微小气泡作为载体去黏附含油污水中的油滴和污染物，使其随气泡浮升到水面加以去除。气浮分离的对象是悬浮油、乳化油以及细微悬浮颗粒物。通过气浮作用可以大大加快油滴的上浮速度，减少污水的停留时间，减小油污水处理装置的尺寸。将化学破乳絮凝法与气浮法相结合后，化学破乳絮凝法能够使得油滴失稳并破乳凝聚成大颗粒，提高破乳的处理效果；而气浮法则可加快破乳后油滴的上浮速率，降低水力停留时间，实现乳化油污水破乳处理设备的小型化与装舰适应性。

此外，对于破乳剂而言，由于需要其在短时间内就能发挥破乳作用，其初期的破乳能力的强弱就显得至关重要。试验结果表明，初期破乳能力最强的为A，1.5 h后可达到乳化油污水93.2%的去除率。因此采用A作为乳化油污水的破乳剂。

4结束语

对比分析乳化油污水处理方法的技术特点及其装舰适应性，得出采取化学破乳絮凝法与气浮法相结合的处理工艺可满足舰船乳化油污水的处理需求；同时，结合不同破乳剂的化学破乳试验对比测试了不同破乳剂的油水分离效果，并选取A作为舰船乳化油污水处理的破乳剂。

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On the Demulsification Technology of Emulsified Oil-water in Warship

WANG Quan-bin, LI Qiu-cheng

(China Ship Development and Design Center, Wuhan 430064, China)

Abstract:The technology characteristics and adaptability of emulsified oil-water separating technology for warship are discussed about. It is concluded that the method combining demulsification by chemical flocculation with floating can satisfy the requirements of dealing with the emulsified oil-water in warship. The demulsification tests are carried out to investigate the effects of oil-water separating for different emulsions.

Key words:emulsified oil-water; demulsification; warship

中图分类号：U664.9

文献标志码：A

文章编号：1671-7953(2016)02-0078-04

第一作者简介：王泉斌(1982-)，男，博士，工程师E-mail:wqb_hust@163.com

基金项目：国家部委基金资助项目

收稿日期：2016-01-06

DOI:10.3963/j.issn.1671-7953.2016.02.021

修回日期：2016-01-21

研究方向:船舶系统设计、污染防治