植物油脂，如大豆油生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生油皂腳。以油皂腳為原料生產(chǎn)酸化油進(jìn)而制備生物柴油，是油皂腳有效利用的一條重要途徑。在生產(chǎn)酸化油過程中產(chǎn)生的水解廢水是含脂肪酸的廢水，具有強(qiáng)酸性和高有機(jī)物濃度，會(huì)導(dǎo)致水體的COD、BOD5的值迅速升高,若直接排放會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境。因此，對(duì)酸化油水解廢水的處理工藝進(jìn)行研究有著重要意義。
    以往研究表明，酸化油水解廢水中含有有機(jī)酸和無機(jī)酸，在脫酸過程中加入石灰乳，與有機(jī)酸形成的鈣皂不溶于水，與酸化油生產(chǎn)過程中的主要無機(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，本研究通過加入石灰乳來調(diào)節(jié)主要的控制要素-酸度，設(shè)置三因素三水平的正交實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化脫酸工藝條件。

    1、實(shí)驗(yàn)
    1.1、材料
    酸化油水解廢水：河北省邯鄲市某脂肪酸廠，其成分見表1。

    1.2、研究方法
    取50mL酸化油水解廢水于燒杯中，在固定轉(zhuǎn)速(100rmin)攪拌下，通過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)不同的水平，加入Ca(OH)2乳狀液(2molL)，通過正交實(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，找到最佳的脫酸工藝條件

    1.3、正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
    由于堿性環(huán)境有利于脂肪酸鈣的形成，又為了不致因pH值過高而影響以后的生化處理，所以設(shè)定pH=10作為上限。劉延奇等 在酸化油水解廢水提取甘油過程中脫酸工藝的研究中得出，最佳處理時(shí)間為30min，而本實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖翘幚韽U水，中和反應(yīng)是主要反應(yīng)[5]，通過前期實(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)廢水的理化性質(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，使廢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)行優(yōu)化研究。每次取樣50mL。
    本實(shí)驗(yàn)選用的實(shí)驗(yàn)因素及水平見表2；

    正交實(shí)驗(yàn)方案及實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表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，在去除DS的過程中，對(duì)DS含量影響最大的因素是pH值，其次是攪拌時(shí)間和溫度，pH值的影響最大，并且達(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去除的影響。當(dāng)pH值為5時(shí)，由于石灰乳加入量不足，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，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，此時(shí)上清液的DS最低，但又不至于堿性過大而影響后續(xù)處理。
    2)攪拌時(shí)間對(duì)DS去除的影響。當(dāng)攪拌速度固定時(shí)，時(shí)間越長沉淀反應(yīng)進(jìn)行得越完全，因此最優(yōu)攪拌時(shí)間為15min。
    3)溫度對(duì)DS去除的影響。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，使得上清液中的SO2-含量增加，所以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℃為最優(yōu)條件。

    2.1.2、脫酸工藝最優(yōu)條件
    按上述數(shù)據(jù)處理方法對(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最優(yōu)條件依次為：A3B3C1；A3B3C1；A2B2C1；A3B3C2；A3B1C2；A3B3C1，具體分析如下：
    1)對(duì)COD的去除影響最大的因素是pH值，其次是攪拌時(shí)間和溫度，pH值的影響達(dá)到了顯著水平。最佳條件是pH為10，攪拌時(shí)間15min，溫度為30℃。
    2)對(duì)N的去除影響最大的因素為pH值，其次為攪拌時(shí)間和溫度。pH值的影響最大，并且達(dá)到了顯著的水平。最佳條件是pH值為10，攪拌時(shí)間15min，溫度為30℃。
    3)對(duì)P的去除影響最大的因素為pH值，其次為攪拌時(shí)間和溫度。但3個(gè)因素均沒有達(dá)到顯著水平。pH值為7，攪拌時(shí)間為10min，溫度為30℃是最佳工藝條件。廢水中的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)色度的去除影響最大的因素是pH值，其次是攪拌時(shí)間和溫度，pH值對(duì)色度的影響最大，而且達(dá)到極其顯著的水平。pH值為10，攪拌時(shí)間為15min，溫度為40℃是最佳工藝條件。
    5)對(duì)SS的去除影響最大的因素是pH值，其次是溫度和攪拌時(shí)間，后兩個(gè)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℃是最佳工藝條件。據(jù)蔣展鵬等[5]，中和反應(yīng)速度較快，反應(yīng)一般為幾分鐘，因此從提高效率的角度出發(fā)，最優(yōu)反應(yīng)時(shí)間為5min。
    用綜合平衡法得出脫酸處理的最優(yōu)工藝為：A3B3C1，即pH為10，攪拌時(shí)間為15min，溫度為30℃。

    2.2、最優(yōu)條件下的酸化油水解廢水脫酸處理效果
    酸化油水解廢水脫酸處理效果見表5。

    由表5可見，脫酸處理過程達(dá)到了很好的效果，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)酸化油的過程中加入了濃硫酸，使一部分物質(zhì)被碳化變黑，并且水解時(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，達(dá)到了很好地去色效果。對(duì)于DS，致鹽陰離子如SO2-、CO2-、HCO-等分別被沉淀下來，因此處理效果也非常明顯。而SS的成分之一甘油沒有被去除，所以去除SS的效果相對(duì)沒有色度和DS顯著。經(jīng)過簡單的化學(xué)沉淀，COD數(shù)量上被去除了很多，但由于總量很大，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以氨氣的形式被除去，但NO-和NO2形態(tài)的N并沒有被除去。而P可能是仍有一部分沒被硫酸酸化成PO3-，有待進(jìn)一步生物法處理。

    3、結(jié)論
    1)利用石灰乳進(jìn)行酸化油水解廢水的脫酸處理是切實(shí)可行的。和其他的堿相比，石灰乳來源豐富，價(jià)格便宜，并且加入到廢水后生成沉淀，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)節(jié)廢水pH值的原料。
    2)通過正交實(shí)驗(yàn)，確定脫酸處理工藝的最佳條件是pH值為10，攪拌時(shí)間為15min，溫度為30℃。COD、TN、TP、色度、SS和DS的去除率分別為57.57%、61.87%、58.34%、93.75%、49.66%和90.99%，達(dá)到了很好的處理效果。
   3)經(jīng)過脫酸工藝處理后，各種污染物得到了很好的去除，作為生化處理的預(yù)處理，減少了生物法的處理負(fù)荷，有利于廢水更好的達(dá)標(biāo)排放。

作者：鄧海強(qiáng)、毛暉、王立世