解析油污水处理中产生的水垢的方法路径

解析油污水处理中产生的水垢的方法路径

张晓霞 黄日伙

（广州净海油污水工程有限公司，广州 510220）

摘要：简要介绍了船舶污水在处理过程中产生的水垢，通过探讨三组分阻垢剂的配比进行阻垢率研究，同时通过加热时间的对比得出阻垢率的优劣，为将来可能实现的工程实例提供方法研究路径，解决油污水处理过程中出现污垢的痛点，为航运环保的提质增效和达标排放提供支撑作用。

关键词：船舶污水；阻垢率；环境保护；三组分

海洋是地球最大的宝库，随着工业革命后海权的兴起，海洋的边界被彻底打破，污染也越来越严重，从全球气候变化就可以看出，人类正在逐渐加强对海洋环境污染重视和治理。如何防治和减少船舶运行对海洋环境的污染是人类面临的一项重要的课题。但也正是船舶运输业发展迅速，船舶内部构造也发生了改变，其产生的油污水成分越来越复杂，出水指标越来越高[1-2]。而我国作为货物贸易第一大国，船舶的使用和吨位长年排名全球第一。这也导致船舶油污水处理量的激增，但是许多油污水的处理关注的是祛除化学需氧量等常规有机指标，在处理的末端，由于水的硬度问题，会出现一些钙、镁硬度极高的水垢。油污水总结出来就是三高，高盐分、高硬度、高有机物[3]。由于处理工艺的固化，这种水垢的处理并没有引起足够的重视，虽然污染性不高，但是其带来的效果是造成在线监控设备在取水检测时容易故障，降低排放效率。因此，对水垢的处理研究是完善船舶油污水的末端拼图，是推动我国船舶油污水处理向高质量发展的路径之一。对此，我国先后出台了《水污染防治行动计划》、《船舶水污染物排放控制标准》（GB3552-2018）、《国内航行海船法定检验技术规则（2020）》等政策标准[4]。目前，国内大部分水处理关注的是工业水。船舶水处理关注集中度也是锅炉水，而不是油污水处理。因此，虽然缺乏相关的标准和条件去深入研究，但是利用简单设备对这个领域进行前瞻性研究是必要的，是抛砖引玉的举措。通常船舶污水处理的方式通常可以分为物理、化学、生物三种方式。其中，物理处理主要是指对污水进行过滤、分离等处理方式。而生物处理则是通过微生物代谢作用将有机物分解成无机物。此外，船舶污水处理还涉及废水的收集、贮存、转运等多个环节[5]。其中后续可能产生的水垢就是其中之一。

我国的水处理剂随着环保政策的趋严，国家对环保行业的重视得到了较大的发展，技术上却主要依托于个别大学研究，由于船舶水处理是非常小众，开发大规模水处理剂陷入无法收回成本的窘境。以前的水处理剂有聚合磷酸盐等共聚物合成的处理剂、硅酸盐等共聚物合成的处理剂、钨酸盐复配的处理剂，这些无一例外都是造成水体的二次污染，不符合现在的环境技术要求。因此，在油污水和油田领域这种高有机物场景下急需有一些绿色友好、高效经济的处理剂来协助解决这个行业的困境，所以近些年出现了淀粉改性水处理剂、聚天冬氨酸聚合物水处理剂、聚环氧琥珀酸聚合物水处理剂，这些类似的水处理剂被称为新型的水处理剂，阻垢分散性能更优异，更好的生物降解，在高钙、高盐以及高硬度的水体中也有不错的阻垢性能和降解能力。基于以上对比的优劣，油污水处理行业已经逐步采用这种友好型的阻垢剂，毕竟已经有许多阻垢剂的性能在油田开发过程中的处理效果被工艺实际验证。其次油污水处理是一个无法靠前服务的行业，船舶的航行和停靠必须有大的港口，无法做到为了卸掉污水而从停靠地专门到处理地，只能因地制宜。所以，提高油污水处理效率就成为最经济的可行方法。因此，利用大数据的分析通过前端的日常监测进行水体中水垢的潜在含量尝试去解释油污水排放时导致监控设备发生故障的概率，从而为提高油污水处理效率提供一定的决策依据，同时探讨该方法的可行性和科学性。

1.方法简介

利用三元阻垢体系，使用马来酸酐-丙烯酰胺-丙烯酸正丁酯的制备方法，自制了该阻垢剂[6]。在250 mL容量瓶中加入150 mL自动监控采样区域的样品水，采用郑淳之等[7]编制的《水处理剂和工业循环冷却水系统分析方法》里的方法进行处理并检测，按公式计算样品的阻垢率。同时以相同的实验条件找出最佳的阻垢剂用量，并对一些阻碍阻垢率的关键影响量进行初步探索，得出实验结论。

2.主要仪器

（1）数显恒温水浴锅，型号为HH-6，厂家为国华电器有限公司（2）电子天平，型号为FA2004N，厂家为上海精密科学仪器有限公司（3）酸度计，型号为PHS-3C，厂家为上海精密科学仪器有限公司（4）可见光分光光度计，型号为722S，厂家为上海精密科学仪器有限公司。

3.计算公式

测定阻垢率的数学模型如下[7]：

                                  （式1）

   式中：

η：阻垢率，%；

V2 ：加阻垢剂进行测试后，标定钙离子浓度所消耗的EDTA标准溶液毫升数；

V0：空白水样进行测试后，标定钙离子浓度所消耗的EDTA标准溶液毫升数；

V1 ：空白水样进行测试前，标定钙离子浓度所消耗的EDTA标准溶液毫升数。

4.结论

4.1 寻找最佳阻垢剂用量

由于油污水的特殊性，虽然经过多道工序的处理，但是其水体的结构依然比较复杂，不同于其他工业废水有机物含量大多是清洗剂的残留。因此，寻找最佳的投入量才能达到最佳的阻垢效率成为必然之选。本部分在固定三元复配体系的质量配比为1∶0.22∶0.43，通过改变三元复配体系的用量，探讨三元复配体系的阻垢率，结果如表1。

4.2 加热时间对阻垢率的影响

本部分研究了三元复配体系的加热时间对阻垢率的影响，以寻求最佳的加热时间。固定三元复配体系的用量为3.4 mg/L，通过改变加热时间，探讨加热时间对阻垢率的影响，结果如表1。

表1 阻垢率的影响

实验结果表明：（1）三元复配体系的用量为3.4mg/L时，阻垢效率最高为84.1%。同时从实验现象看出，此时剩余的沉淀量也是最少的，并且沉淀呈现絮状，这不但证明了该用量就是三元复配体系的最佳用量，同时说明了三元复配体系存在一定的分散性能。（2）当在恒温水浴中的加热时间为12 h时，阻垢率最高为98.5%，同比实验加热时间为10 h时提高了14.3%，所以在实验中，最佳的加热时间是12 h，这也说明了作用时间对阻垢率的影响较大,因此面对大量的处理水，温度显然无法直接加热过高，毕竟会引起有机物的挥发，导致气体污染，得不偿失。所以，选择更高效绿色环保的阻垢添加剂和配比才符合现实工艺需求。

参考文献

[1]陈纪赛.船舶污水处理技术探讨[J].船海工程.水处理技术, 2010, 39(6): 78-85.

[2]郭润泽,付 明.次氯酸钠氧化法在船舶油污水处理试验中的应用[J].化学工程与装备,2023，2:277-279.

[3]施帅帅,查俊杰.船舶含油污水处理工程实例[J].水处理技术, 2022, 48(9): 138-141.

[4]李晓玲.船舶污水的处理现状[J].皮革制作与环保科技,2021, 19: 97-98.

[5]张云兴等.船舶生活污水处理装置问题浅析及改进措施[J].水上安全,2023,08:79-81.

[6]张庆,陈练斌,黄凯建.MA-AM-BA三元共聚物的合成及其阻垢性能研究[J].茂名学院学报,2005,15(3):1-4.

[7]郑淳之.水处理剂和工业循环冷却水系统分析方法[M].北京:化学工业出版社,2002,217-219.