植物油脂，如大豆油生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)形成油皂腳。以油皂腳為原料生產(chǎn)酸化油繼而制備生物柴油，是油皂腳有效利用的一條主要途徑。在生產(chǎn)酸化油過(guò)程中形成的水解污水是含脂肪酸的污水，具有強(qiáng)酸性和高有機(jī)物濃度，會(huì)導(dǎo)致水體的COD、BOD5的值快速升高,若直接排放會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境。因此，對(duì)酸化油水解污水的處理工藝進(jìn)行研究有著重大意義。
以前試驗(yàn)表明，酸化油水解污水中包含有機(jī)酸和無(wú)機(jī)酸，在脫酸過(guò)程中加入石灰乳，與有機(jī)酸形成的鈣皂不溶于水，與酸化油生產(chǎn)過(guò)程中的主要無(wú)機(jī)酸(硫酸)反應(yīng)生成的硫酸鈣微溶于水，達(dá)到降低酸度和沉淀有機(jī)物的目的。因此，本研究通過(guò)加入石灰乳來(lái)調(diào)整重要的控制要素-酸度，設(shè)置三因素三水平的正交實(shí)驗(yàn)，調(diào)優(yōu)脫酸工藝條件。
1、實(shí)驗(yàn)
1.
1、材料
酸化油水解污水：河北省邯鄲市某脂肪酸廠，其成分見(jiàn)表1。
1.
2、研究方法
取50mL酸化油水解污水于燒杯中，在固定轉(zhuǎn)速(100rmin)攪拌下，通過(guò)pH計(jì)控制酸度，以溫度、攪拌時(shí)間和pH值為研究因素，各設(shè)置3個(gè)不相同的水平，加入Ca(OH)2乳狀液(2molL)，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)后，冷卻，靜置，取上清液，對(duì)其中的COD、TN、TP、色度、SS以及DS的含量進(jìn)行直觀和方差分析，找到zui佳的脫酸工藝條件
1.
3、正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
由于堿性環(huán)境有助于脂肪酸鈣的形成，又為了不致因pH值過(guò)高而影響以后的生化處理，因此設(shè)定pH=10作為上限。劉延奇等 在酸化油水解污水選取甘油過(guò)程中脫酸工藝的研究中得出，zui佳處理時(shí)間為30min，而本實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖翘幚砦鬯泻头磻?yīng)是主要反應(yīng)[5]，通過(guò)前期實(shí)驗(yàn)得出達(dá)到完全反應(yīng)的時(shí)間更短些，因此設(shè)定15min作為時(shí)間因素的上限。對(duì)溫度水平的設(shè)定是根據(jù)污水的理化性質(zhì)和中和反應(yīng)的熱力學(xué)性質(zhì)以及生成沉淀的溶解度規(guī)律而定的。因此設(shè)定50℃為水平的上限，太高一方面浪費(fèi)能源，另一方面使生成的鈣皂和硫酸鈣溶解度增大，使污水的溶解鹽含量加大，不利于后續(xù)的生化處理。本實(shí)驗(yàn)將影響因素定為：溫度、攪拌時(shí)間(轉(zhuǎn)速100rmin)和pH值等3種因素。選用L(34)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)這3種因素進(jìn)行調(diào)優(yōu)研究。每次取樣50mL。
本實(shí)驗(yàn)采用的實(shí)驗(yàn)因素及水平見(jiàn)表2；
正交實(shí)驗(yàn)方案及實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3；
實(shí)驗(yàn)結(jié)果控制因素(以DS為例)的含量直觀與方差分析見(jiàn)表4。
2 結(jié)果與討論
2.
1、數(shù)據(jù)處理與分析
2.1.
1、溶解固體DS直觀及方差分析
從表4分析得出，在排除DS的過(guò)程中，對(duì)DS含量影響zui大的因素是pH值，再者是攪拌時(shí)間和溫度，pH值的影響zui大，而且達(dá)到了顯著水平；而攪拌時(shí)間和溫度的影響則很小，且相差不大。
1) pH值對(duì)DS排除的影響。當(dāng)pH值為5時(shí)，由于石灰乳加入量不夠，溶液顯弱酸性，一部分致鹽陰離子如SO2-、CO2-、HCO-等分別被沉淀下來(lái)，但反應(yīng)不完全，當(dāng)pH值為10的時(shí)候，反應(yīng)基本上達(dá)到了完全，這時(shí)上清液的DSzui低，但又不至于堿性過(guò)大而影響后續(xù)處理。
2)攪拌時(shí)間對(duì)DS排除的影響。當(dāng)攪拌速度固定時(shí)，時(shí)間越久沉淀反應(yīng)進(jìn)行得越完全，因此zui優(yōu)攪拌時(shí)間為15min。
3)溫度對(duì)DS排除的影響。隨著溫度的升高，溶液中被沉淀下去的CaSO4的溶解度逐漸增大，導(dǎo)致上清液中的SO2-含量增加，因此在處理工藝中選擇較低溫度較好，一般在常溫下即可進(jìn)行，選擇溫度為30℃為zui優(yōu)條件。
2.1.
2、脫酸工藝zui優(yōu)條件
按以上數(shù)據(jù)處理方式對(duì)COD、TN、TP、色度、SS和DS六個(gè)指標(biāo)分別進(jìn)行直觀與方差分析得到的zui優(yōu)條件順序?yàn)椋篈3B3C1；A3B3C1；A2B2C1；A3B3C2；A3B1C2；A3B3C1，具體分析如下：
1)對(duì)COD的排除影響zui大的因素是pH值，再者是攪拌時(shí)間和溫度，pH值的影響達(dá)到了顯著水平。zui佳條件是pH為10，攪拌時(shí)間15min，溫度為30℃。
2)對(duì)N的排除影響zui大的因素為pH值，再者為攪拌時(shí)間和溫度。pH值的影響zui大，而且達(dá)到了顯著的水平。zui佳條件是pH值為10，攪拌時(shí)間15min，溫度為30℃。
3)對(duì)P的排除影響zui大的因素為pH值，再者為攪拌時(shí)間和溫度。但3個(gè)因素均不能達(dá)到顯著水平。pH值為7，攪拌時(shí)間為10min，溫度為30℃是zui佳工藝條件。污水中的P以PO3-的形式存在，加入石灰乳后，溶液中的PO3-和Ca2+反應(yīng)可以生成羥基磷酸鈣沉淀。
4)對(duì)色度的排除影響zui大的因素是pH值，再者是攪拌時(shí)間和溫度，pH值對(duì)色度的影響zui大，而且達(dá)到非常顯著的水平。pH值為10，攪拌時(shí)間為15min，溫度為40℃是zui佳工藝條件。
5)對(duì)SS的排除影響zui大的因素是pH值，再者是溫度和攪拌時(shí)間，后雙重因素對(duì)反應(yīng)的影響很小。pH值為10，攪拌時(shí)間為5min，溫度為40℃是zui佳工藝條件。據(jù)蔣展鵬等[5]，中和反應(yīng)速度很快，反應(yīng)一般為幾分鐘，因此從提效率高的角度出發(fā)，zui優(yōu)反應(yīng)時(shí)間為5min。
用綜合平衡法得出脫酸處理的zui優(yōu)工藝為：A3B3C1，即pH為10，攪拌時(shí)間為15min，溫度為30℃。
2.
2、zui優(yōu)條件下的酸化油水解污水脫酸處理效果
酸化油水解污水脫酸處理效果見(jiàn)表5。
由表5可見(jiàn)，脫酸處理過(guò)程達(dá)到了很不錯(cuò)的作用，固體DS的處理效果非常好，分別達(dá)到了93.75%和90.99%在生產(chǎn)酸化油的過(guò)程中加入了濃硫酸，使一部分物質(zhì)被碳化變黑，而且水解時(shí)生成了脂肪酸和脂肪酸甘油酯(呈現(xiàn)食物油的黃色)，加入石灰乳使脂肪酸和脂肪酸甘油酯沉淀了下來(lái)，達(dá)到了很不錯(cuò)地去色效果。對(duì)于DS，致鹽陰離子如SO2-、CO2-、HCO-等分別被沉淀下來(lái)，因此處理效果也非常明顯。而SS的成分之一甘油沒(méi)有被排除，因此排除SS的作用相對(duì)沒(méi)有色度和DS顯著。通過(guò)簡(jiǎn)單的化學(xué)沉淀，COD數(shù)量上被排除了很多，但是，由于總量較大，需經(jīng)后面繼續(xù)進(jìn)行生物法深化處理。N的處理效果比P好，是由于加入石灰乳后，N以氨氣的形式被排除，但NO-和NO2形態(tài)的N并未被排除。而P可能是仍有一部分沒(méi)被硫酸酸化成PO3-，尚待持續(xù)生物法處理。
3、結(jié)論
1)利用石灰乳進(jìn)行酸化油水解污水的脫酸處理是切實(shí)可以的。和其他的堿相比，石灰乳來(lái)源豐富，價(jià)格便宜，而且加入到污水后生成沉淀，在達(dá)到相同指標(biāo)的同時(shí)，尤其對(duì)DS和色度的處理效果非常好，因此選擇石灰乳作為脫酸工藝中用于調(diào)整污水pH值的原料。
2)通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)，確定脫酸處理工藝的zui佳條件是pH值為10，攪拌時(shí)間為15min，溫度為30℃。COD、TN、TP、色度、SS和DS的排除率分別為57.57%、61.87%、58.34%、93.75%、49.66%和90.99%，達(dá)到了很不錯(cuò)的處理效果。
3)通過(guò)脫酸工藝處理后，各種污染物取得了很不錯(cuò)的排除，作為生化處理的預(yù)處理，降低了生物法的處理負(fù)荷，有助于污水很不錯(cuò)的排放達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。
作者：鄧海強(qiáng)、毛暉、王立世
