超声清洗发动机废水的处理__毕业论文.doc

目 录 1 前言.2 1.1 超声清洗定义 .5 1.2 超声清洗工艺的原理 .5 1.3 汽车发动机超声清洗废水的水质特征 .5 2 实验部分.5 2.1 仪器与试剂.5 2.1.1 仪器.5 2.1.2 试剂.5 2.2 实验步骤.6 2.2.1 破乳具体处理方法 .6 2.2.2 COD的测定 .6 3 结果与讨论 .10 3.1 实验结果.10 3.2 结果讨论.12 3.3 注意事项.13 4 结论.12 参考文献.13 汽车发动机超声清洗废水中悬浮物分离方法的实验研究 *，环境科学与工程学院 摘 要: 本研究以汽车发动机超声清洗废水为研究对象，通过实验比较，获得 了较好的分离方法。同时分离废水中主要污染物以达到废水治理后再利用的效 果为主要研究内容,通过实验研究，确定了过滤方法和最佳处理条件。 关键词:超声清洗废水;汽车发动机；悬浮物；分离方法 The Experimental Research on Depart method of Suspended particles in Supersonic Clean Wastewater for automobile engines *，School of Environmental Science and Engineering Abstract：Comparing with the traditional cleaning methods, ultrasonic technology has obvious superiority. However, the washing wastewater produced by ultrasonic technology serious pollution. In this study, the automobile engine ultrasonic cleaning wastewater as the research object, through the experimental comparison, get better separation method. At the same time to isolate the main pollutants in the wastewater to achieve wastewater reuse effect is the main research content, through the experimental study, filtration method and optimum processing conditions were determined. Key words：Supersonic Clean Wastewater ; Automobile engine; suspended substance; separation methods. 1 前言 在对汽车发动机进行维修时，经常需要对其进行清洗，一方面是为了去污， 另一方面是通过对清洗后的零件进行检验、分类，以便发现零件的损伤并加以修 复来保证维修装配的质量。汽车发动机超声清洗技术是指在利用超声波的物理 清洗作用和清洗介质的化学作用，再经过优化选择超声波频段及功率密度，可以 实现对发动机内外零件的油污、积炭、胶质等污物的彻底清洗。在清洗的过程中 会有大量的清洗废水排出。该类废水油污乳化程度高，主要的污染物指标是 COD、石油类、pH 以及 SS；其性质与传统清洗方法排放的废水有很大差别，使该 生产废水处理达标有相当大的难度。 1.1超声清洗定超声清洗定义义 超声波清洗工业采用以超声清洗剂和超声波作为清洗力的来源，利用空化 作用原理，采用热侵洗或喷洗超声波清洗冷漂洗超声波漂洗热净水及 冷净水漂洗热风烘干等工艺流程进行清洗，较之传统的人工清洗方法，省时、 省力、清洗效果好，优势明显。 超声清洗技术是以确保超声清洗得到有效实施的清洗管理前提下，以清洗 材料为基本条件，采用超声波清洗方式去除被清洗物质件表面的油脂、污物等附 着物， 使工件表面达到一定的清洁度。 1.2 超声清洗工超声清洗工艺艺的原理的原理 在液体中传播的超声波能对物体表面的污物进行清洗, 其原理可用“空化” 现象来解释。超声波振动在液体中传播, 当其声波压强达到一个大气压时, 超声 波的功率密度约为 0.35W/cm2, 这时在液体中传播的超声波的声波压强峰值就可 以轻易达到真空或负压; 但实际上是无负压现象存在的, 因而在液体中产生一个 很大的力, 将液体分子拉裂成空洞( 空化核) , 此空洞为真空或非常接近真空, 此空洞在信号电压( 或超声波压强) 值下一个半周达到最大时。由于周围压力的 增大而被压碎, 此时液体分子激烈碰撞产生非常强大的冲击力, 将被清洗物体表 面的污物撞击下来, 这些无数细小而密集的气泡破裂时产生冲击波的现象被称 之为“空化”作用。这种空化作用非常容易在固体与液体的交界处产生, 因而对于 浸入超声作用下液体中的物体具有超乎寻常的清洗作用。另外,由于超声波具有 很强的穿透固体的作用, 可以穿透到被清洗物的另一侧表面, 以及所有浸入介质 中的内腔、盲孔、狭缝, 将清洗物表面附着的污垢剥落, 达到完美的清洗效果。同 时超声波还有乳化作用, 能更有效防止被清洗掉的油污重新附着在被清洗物件 上。所以这种“空化”作用对浸入超声波作用下的液体中物体内外表面( 如管件、 箱体件) 均能得到清洗, 这是超声波清洗优于其它清洗手段的重要方面。 1.3 汽汽车发动车发动机超声清洗机超声清洗废废水的水水的水质质特征特征 试验用废水取自芜湖市公交公司汽车大修厂，汽车发动机超声清洗后排放的 废水接近乳化液，废水中pH值高（pH12左右）,COD浓度高，悬浮物、阴离子表面 活性剂的含量也都很大。经测定，其主要水质特征指标见表1。 表表1 实验实验水水样样分析分析结结果果 实验水样 COD（O2,mg/ml）pH 一2632010.01 二3384010.03 平均3008010.02 根据此结果可以看出，汽车发动机超声清洗过程产生的清洗废水，水质油污 乳化程度高，水体偏碱性，污染程度高，自然该类废水的治理程度变得困难起来。 2 2 实验部分实验部分 2.1 主要主要试剂试剂及及仪仪器器 2.1.1仪仪器器 电子天平，上海佑科仪器仪表有限公司；电加热炉，上海电加热器制造厂；调 温电热套，郑州长城科工贸有限公司；循环水式多用真空泵，郑州长城科工贸有 限公司；100ml3号沙芯漏斗。 2.2.1试剂试剂 浓硫酸（H2SO4分析纯）;试亚铁灵指示剂;硫酸银（Ag2SO4分析纯）。 重铬酸钾（K2Cr2O7分析纯）;硫酸亚铁铵（NH4）2FeSO4分析纯）。 2.2 实验实验步步骤骤 2.2.1 破乳破乳处处理具体方法：理具体方法： 1.用量筒分别取 6 组 300ml 左右发动机废水样于 500ml 圆底烧瓶中 2. 之后分别加入浓硫酸 0.5ml 1.0ml 1.5ml 2.6ml 3.0ml 3.5ml 摇匀置于加热 器上。 3.打开电源，打开冷凝水，注意冷凝水从低口进高口出，加热半个小时后取 下放置致室温。 4.待上述液体冷却后，将滤液用沙滤漏斗过滤圆底烧瓶中的液体。 5.用标准方法测滤液 COD，对比测试结果。选择 COD 最低的硫酸量条件进 行下面的实验。 6.选择 COD 最小的硫酸加入量条件,保持其他条件一致，改变加热时间，加 热时间分别为 10min，20min，30min，40min，50min 7.对上述处理液体进行和之前一样的过滤，然后用重铬酸钾法测滤液的 COD 值，找到最小 COD 值，确定最佳加热时间。 经过实验结果，发现在浓硫酸加入 1.5ml 的情况下，废液中 COD 最小。 2.2.2 COD测测定定（重（重铬铬酸酸钾钾法法测测COD） ） 1.原理 化学需氧量（COD）是衡量水质好坏的一项重要综合性指标，本课题对于该 项指标的测定援引中华人民共和国国家标准中水质化学需氧量的测定（重铬酸 钾法）（GB11914-89），该方法测定准确度非常高。 在水样中加入已知量的重铬酸钾溶液，并在强酸介质下以银盐作催化剂，经 沸腾回流后，以试亚铁灵为指示剂，用硫酸亚铁铵滴定水样中未被还原的重铬酸 钾，由消耗的硫酸亚铁铵的量换算成消耗氧的质量浓度。 在酸性重铬酸钾条件下，芳烃及吡啶难以被氧化，其氧化率较低。在硫酸银 催化作用下，直链脂肪族化合物可有效地被氧化。 2.试剂 硫酸银(Ag2S04)分析纯 硫酸亚铁铵（NH4）2FeSO4）分析纯 试亚铁灵指示剂 硫酸(H2S04)=1.84g/L 硫酸银一硫酸试剂:向Ll硫酸中加入1g0A歇504，放置12d使之溶解，并 混匀，使用前小心摇动。 3.配制重铬酸钾标准溶液 浓度为C(1/6K2Cr2O7)0.250mol/L的重铬酸钾标准溶液：将12.258g在105干 燥2h后的重铬酸钾溶于水中，稀释至1000mL。再将浓度为C(1/6K2Cr2O7) 0.0250mol/L的重铬酸钾标准溶液稀释10倍而成。 4.配制硫酸亚铁按标准溶液 （1）浓度为 C(NH4)2Fe(SO4)26H2O0.10mol/L 的硫酸亚铁铵标准滴定溶液； 溶解 39g 硫酸亚铁铵(NH4)2Fe(SO4)26H2O于水中，加入 20mL 硫酸(4.3)，待其 溶液冷却后稀释至 1000mL。 （2）每日临用前，必须用重铬酸钾标准溶液(4.5.1)准确标定此溶液(4.6.1)的浓度。 取 10.00mL 重铬酸钾标准溶液(4.5.1)置于锥形瓶中，用水稀释至约 100mL， 加入 30mL 硫酸(4.3)，混匀，冷却后，加 3 滴(约 0.15mL)试亚铁灵指示剂(4.7)，用 硫酸亚铁铵(4.6.1)滴定溶液的颜色由黄色经蓝绿色变为红褐色，即为终点。记录 下硫酸亚铁铵的消耗量(mL)。 （3）硫酸亚铁铵标准滴定溶液浓度的计算： 式中：V-滴定时消耗硫酸亚铁铵溶液的毫升数。 （4）浓度为 C(NH4)2Fe(SO4)26H2O)0.010mol/L 的硫酸亚铁铵标准滴定溶液： 将 4.6.1 条的溶液稀释 10 倍，用重铬酸钾标准溶液(4.5.2)标定，其滴定步骤及浓 度计算分别与 4.6.2 及 4.6.3 类同。 5.邻苯二甲酸氢钾标准溶液，C(KC6H5O4)2.0824mmol/L：称取105时干燥2h的 邻苯二甲酸氢钾(HOOCC6H4COOK)0.4251g溶于水，并稀释至1000mL，混匀。以 重铬酸钾为氧化剂，将邻苯二甲酸氢钾完全氧化的COD值为1.1768氧/克(指1g邻 苯二甲酸氢钾耗氧1.176g)故该标准溶液的理论COD值为500mg/L。 6试亚铁灵指示液：称取1.458g邻菲啰啉，0.695g硫酸亚铁溶于水中，搅动至溶解， 加水稀释至100mL，贮于棕色瓶内。 7仪器 （1）防爆沸玻璃珠。 （2）回流装置：带有 24 号标准磨口的 250mL 锥形瓶的全玻璃回流装置。回流 冷凝管长度为 300500mm。若取样量在 30mL 以上，可采用带 500mL 锥形瓶的 全玻璃回流装置。 （3）加热装置。 （4）25mL或50mL酸式滴定管。 8.步骤 （1）取试样于锥形瓶中，或取适量试样加水至20.0mL；按相同步骤以20.0mL水 代替试样进行空白试验，其余试剂和试样测定(7.8)相同，记录下空白滴定时消耗 硫酸亚铁铵标准溶液的毫升数V1。 （2）于水样中加入 10.0mL 重铬酸钾标准溶液(4.5.1)和几颗防爆沸玻璃珠，摇 匀。 （3）将锥形瓶接到回流装置(5.1)冷凝管下端，接通冷凝水。从冷凝管上端缓慢 加入30mL硫酸银硫酸试剂(4.4)，以防止低沸点有机物的逸出，不断旋动锥形 瓶使之混合均匀。自溶液开始沸腾起回流两小时。 冷却后，用2030mL水自冷凝管上端冲洗冷凝管后，取下锥形瓶，再用水稀 释至140mL左右。 溶液冷却至室温后，加入3滴1，10菲绕啉指示剂溶液(4.8)，用硫酸亚铁铵标 准滴定溶液(4.6)滴定，溶液的颜色由黄色经蓝绿色变为红褐色即为终点。记下硫 酸亚铁铵标准滴定溶液的消耗毫升数V2。 9.结果表示 以mg/L计的水样化学需氧量，计算公式如下： 式中：C 硫酸亚铁铵标准滴定溶液(4.6)的浓度，mol/L； V1空白试验(7.4)所消耗的硫酸亚铁铵标准滴定溶液的体积，ml； V2试料测定(7.8)所消耗的硫酸亚铁铵标准滴定溶液的体积，ml； 8000-1/4O2 的摩尔质量以mg/L为单位的换算值 V0试料的体积，ml。 测定结果一般保留三位有效数字，对COD值小的水样(7.1)，当计算出COD值 小于10mg/L时，应表示为“COD10mg/L”。 3 结结果与果与讨论讨论 3.1 结结果果 1.原水样稀释 200 倍，测 COD。计算得原水样 COD 分别为 26320 mg/ml 和 33840 mg/ml，平均值为 30080 mg/ml。 废水样硫酸亚铁铵（ml） COD(O2,mg/ml) 123.026320 222.033840 平均22.530080 2.在最佳条件下，滤液滴定消耗量为 25.4ml，计算得 COD(O2,mg/ml)为 4119，经 COD 去除率公式计算得 COD 去除率为 86.3%。 3.2 讨论讨论 水样在经过加酸加热破乳处理之后，需要进行进一步的过滤分离处理，然后 再测定COD值。 过滤分离办法： （1）使用100ml的3号沙芯漏斗配合滤纸进行自然过滤，经实验研究发现，经 过自然过滤之后得到的滤液比较清澈，但是自然过滤300ml的处理水样大概需要 30小时，很消耗时间。照片1给出了自然过滤30小时之后滤纸的情况。 照片1 自然过滤30小时之后的滤纸 （2）使用100ml的3号沙芯漏斗配合滤纸进行抽滤，经实验研究发现，使用抽 滤方法过滤开始一段时间过滤速度相对较快，但是过滤一段时间后滤速明显降 低，300ml的处理水样大概需要24小时，比较消耗时间。此外，抽滤出来的滤液有 泡沫且滤液颜色较深，见照片2。但效果不如自然过滤的好，操作也比较麻烦，容 易出现泄漏等状况。 照片2 抽滤过程 （3（使用100ml的3号沙芯漏斗配合滤纸及建筑用沙进行沙过滤，经实验研究发 现，沙滤300ml的处理水样大概需要15小时，虽然滤液相比较自然过滤和抽滤颜 色稍深（见照片3），但是过滤速度快节省时间，成本也比较低廉，操作简 单方便。 照片3 沙滤 三种方法相比较可知用来分离废水中悬浮固体采用沙滤法比较好。 3.3 注意事注意事项项 1）使用 0.4 g 硫酸汞络合氯离子的最高量可达 40mg，如取用 20.00m l 水样， 即最高可络合 2000 mg/L 氯离子浓度的水样。若氯离子浓度较低，亦可少加硫酸 汞，使保持硫酸汞氯离子=101（W/W）。若出现少量氯化汞沉淀，并不影响测 定。 2）水样取用体积可在 10.0050.00 ml 范围之间，但试剂用量及浓度需进行 相应调整，也可得到满意的结果。 3)对于化学需氧量小于 50mg/L 的水样，应改用 0.0250mol/L 重铬酸钾标准 溶液。回滴时用 0.01mol/L 硫酸亚铁铵标准溶液。 4)水样加热回流后，溶液中重铬酸钾剩余量应为加入量的 1/54/5 为宜。 5)用邻苯二甲酸氢钾标准溶液检查试剂的质量和操作技术时，由于每克邻苯 二甲酸氢钾的理论 COD 为 1.176 g，所以溶解 0.4251 g 邻苯二甲酸氢钾于重蒸馏 水中，转入 1000 ml 容量瓶，用重蒸馏水稀释至标线，使之成为 500 mg/L 的 COD 标准溶液。用时新配。 6)COD 的测定结果应保留三位有效数字。 7)每次实验时，应对硫酸亚铁铵标准滴定溶液进行标定，室温较高时尤其应 注意其浓度的变化。 4 结论结论 本研究以汽车发动机超声清洗废水为研究对象，以回收原废水中存在的超 声清洗剂主要成分，同时降低废水污染为研究目标，通过查找资料及实验室方法 验证超声清洗剂清洗前后主要成分变化，寻找破乳方法，优化实验室处理条件； 再根据实验室研究结果，选择进行工业化试验研究。最终得出了如下结论： （1）通过查找资料学习比对微波法、水浴消解法和热消解法处理后水样对脏 的汽车零件清洗效果，最终确定采用热消解法；通过对比酸碱条件下，水样的破 乳状况，本课题组发现在酸度的条件下，破乳效果较碱性条件下好，因此，本课 题组最终采用酸化热消解法进行破乳。 （2）在实验室条件下，通过因数变化分析，探究消解最有利化条件。首先在同 样消解温度及持续消解时间的一定下，在加硫酸 0.5ml，1.0ml，1.5ml，2.0ml，2.6ml，3.0ml，3.5ml 的条件下分别处理水样，测定处 理后水样中的 COD，得出加入硫酸 1.5ml 的条件下，COD 的去除率为 86.3%、PH=2 的条件下，COD 的去除率为 83.5%、PH=4 的条件下，COD 的去除 率为 80.4%，确定酸度条件为加酸 1.5ml；在加酸 1.5ml，消解温度一样的条件，分 别对水样持续消解 10 分钟、20 分钟、30 分钟 40min 以及 50min，通过分别统计 每种持续消解时间条件下 300ml 被处理水样被完全过滤所需耗的时间以及分别 测定处理后水样中的指标，从过滤时间、色度对比和数据对比三项条件，最终确 定最佳持续消解时间为 30 分钟。最终，本课题确定实验室条件下消解最有利化 条件为：加酸 1.5ml，持续加热时间：30 分钟。 （3）结合整个实验研究过程，比对超滤纳滤处理工艺及传统汽车发动机超 声清洗废水处理工艺，对本研究进行经济、环境、社会综合效益分析。汽车发动 机超声清洗循环利用体现了循环经济的理念，符合可持续发展的要求，对汽车发 动机超声清