雞毛角蛋白助劑與聚合硫酸鐵組成復(fù)配體系處理選煤廢水的研究

選煤廢水是原煤洗選加工時產(chǎn)生的工業(yè)尾水，其中含有大量的煤粉、泥砂、懸浮物以及少量有機藥劑和金屬離子等。選煤廢水由于具有色度高、pH值偏高、出水量大，顆粒表面帶有較強的負電荷，SS濃度和CODcr濃度都很細小顆粒含量高、黏度大、污泥比阻大、過濾性能差等特點，使其處理非常困難。

選煤廢水的處理方法有生化法、電滲透析法、絮凝沉降法、吸附法、化學(xué)氧化法、離子交換法等，目前國內(nèi)選煤廠主要采用電化學(xué)處理法、絮凝沉降法、氣浮法、混凝沉降法、重力濃縮沉淀法等。絮凝劑處理是一種常用選煤廢水處理方法，其中，化學(xué)絮凝沉淀法是較基本的方法。常用的化學(xué)絮凝劑分為無機鹽類絮凝劑和有機高分子絮凝劑，一般將二者復(fù)配使用。如電石渣與PAM的混凝沉降法處理選煤廢水具有良好的效果，處理后選煤廢水的各項指標均能達到國家排放標準，且能滿足選煤工藝的用水要求。

近年來，天然高分子改性吸附劑、絮凝劑的研究取得很大發(fā)展，中國從20世紀80年代開始重視羽毛廢棄物的資源利用，且正在向水處理領(lǐng)域應(yīng)用的方向發(fā)展，如韓慶利利用羽毛雞毛）作為凈化油煙的過濾材料，邵堅等用不同方法制備改性羽毛用于Cr2O72-吸附，徐鎖洪等用稀堿液及CS2將羽毛改性，用于處理含金屬離子的廢水，鄭慶康等將改性后的水解角蛋白質(zhì)用于印染廢水脫色，均取得了良好的應(yīng)用效果。實驗前期研究了角蛋白助劑用于選煤廢水處理，取得了良好的效果，但存在廢水處理pH值低、處理投藥量大等缺點。因此，尋求將雞毛角蛋白助劑與聚合硫酸鐵組成復(fù)配體系，開發(fā)其在選煤廢水處理方面的應(yīng)用價值。

1實驗

1.1實驗藥品及儀器

角蛋白助劑（自制）；選煤廢水：陜西省榆林富民選煤廠；化學(xué)試劑鹽酸、亞硫酸氫鈉、氫氧化鈉、冰乙酸等，均為分析純）：西安化學(xué)試劑廠生產(chǎn)。

GKC-11-CR2電子恒溫水浴鍋（上海金橋科儀器廠）；PhS-3C型精密酸度計（上海雷磁儀器廠）；SHZ-D（Ⅲ）循環(huán)水式真空泵（鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司）；2K-82B電熱真空干燥箱（上海實驗儀器廠有限公司）等。

1.2實驗方法

取等量的選煤廢水分別置于燒杯中，調(diào)節(jié)廢水pH值，一定溫度下加入助劑，攪拌一定時間后靜置30min，取上清液抽濾，抽濾后將濾紙烘干，再干燥至室溫，稱量。

1.3SS去除率測定

按照GB11901-1989《水質(zhì)懸浮物的測定重量法》測定。

SS去除率按式（1）計算

SS去除率=（mO-mi）/mv×100%(1）式中，mo為原廢水抽濾干燥后濾紙的質(zhì)量，g；mi為經(jīng)處理后廢水抽濾干燥后濾紙的質(zhì)量，g。

2結(jié)果與討論

2.1角蛋白助劑與聚合硫酸鐵處理選煤廢水對比

室溫下，對同濃度的a，b兩組選煤廢水分別調(diào)節(jié)廢水pH值為4，a組投加不同量的角蛋白助劑，b組投加不同量的聚合硫酸鐵助劑，比較角蛋白助劑用量和聚合硫酸鐵用量的變化對SS去除率的影響，結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，不同用量的雞毛角蛋白助劑和聚合硫酸鐵處理選煤廢水，隨著投加量的增加，SS去除率都呈先增加后逐漸下降的趨勢。當(dāng)雞毛角蛋白助劑和聚合硫酸鐵投加量分別為0．01g/L時，SS去除率為16.7%和65.3%；當(dāng)用量增加至0.05g/L時，SS去除率分別為45.1%和90.2%，此時，聚合硫酸鐵處理選煤廢水的SS去除率達到較高值。當(dāng)雞毛角蛋白助劑和聚合硫酸鐵投加量分別為0.2g/L時，SS去除率分別達到89%和83%，這時雞毛角蛋白助劑處理選煤廢水的SS去除率達到峰值，隨后SS去除率逐漸下降，這可能是由于過量助劑破壞了煤泥膠團，導(dǎo)致絮體太小、難以沉降，致使SS去除率下降。綜上分析，聚合硫酸鐵處理選煤廢水整體用量較少，效果明顯，但角蛋白助劑也具有成本低廉、效果良好的優(yōu)勢，因此，考慮將二者復(fù)配組成復(fù)配體系，以達到處理條件優(yōu)化、用量更少、以廢制廢的目的。

2.2角蛋白助劑與聚合硫酸鐵復(fù)配

室溫下，將雞毛角蛋白助劑和聚合硫酸鐵組成復(fù)配體系，分別對選煤廢水保持原廢水pH值為7—8)進行處理，研究不同配比的復(fù)配體系對SS去除率的影響，結(jié)果見表1。

由表1可見，在不調(diào)節(jié)選煤廢水pH值的情況下，即堿性條件下，不同配比的復(fù)配體系對選煤廢水處理，SS去除率均在80%左右。當(dāng)雞毛角蛋白助劑用量為0.2g/L，聚合硫酸鐵用量為0.025g/L時，SS去除率達到較高值85.5%，實現(xiàn)了在堿性條件下高效處理廢水。

2.3復(fù)配體系處理選煤廢水影響因素研究

2.3.1選煤廢水pH值對SS去除率的影響

室溫下，分別調(diào)節(jié)選煤廢水pH值，然后加入等量角蛋白、聚合硫酸鐵復(fù)配體系，研究廢水pH值變化對SS去除率的影響，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，當(dāng)廢水pH值從2增至9時，SS去除率呈逐漸下降趨勢，但均未低于75%。當(dāng)pH值為4時，SS去除率較大，可達92.2%，當(dāng)pH值在6—8時，SS去除率在85%左右。這可能是由于一方面角蛋白助劑是大分子絮凝劑，其大分子鏈具有吸附架橋作用一“橋聯(lián)”作用，使煤粒脫穩(wěn)、絮凝、沉降除去；另一方面在堿性條件下，角蛋白助劑逐步轉(zhuǎn)化為帶負電荷的大分子，與煤泥膠團負離子產(chǎn)生靜電斥力，使分散的小絮凝顆粒無法絮凝沉降，導(dǎo)致SS去除率降低。本實驗中較佳處理pH值為4，但因原選煤廢水出水pH值為7—8，此時，SS去除率也在85%以上，因此實際應(yīng)用中，可以不調(diào)廢水pH值直接進行處理。

2.3.2選煤廢水溫度對SS去除率的影響

保持選煤廢水原水pH值，然后加入等量復(fù)配體系，分別調(diào)節(jié)溫度，研究溫度對SS去除率的影響，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，隨著溫度的升高，SS去除率先增大而后略有下降。20℃時，選煤廢水的SS去除率為92.3%，30℃時，SS去除率為93.5%，在溫度升至50℃時，SS去除率達到較大94.5%，而后隨著溫度的升高，SS去除率略微下降。這是因為在低溫狀況下，聚合硫酸鐵水解速度慢，水黏度變大，布朗運動減弱，煤泥粒子與絮凝劑不能充分接觸，導(dǎo)致絮體不易形成。而溫度過高又導(dǎo)致角蛋白助劑中大分子的肽鏈部分斷裂，致使角蛋白助劑對煤泥膠團的吸附、絮凝等作用減弱。本實驗中較佳處理溫度為50℃，實際處理時，因選煤廢水出水溫度在20~30℃，可以不考慮廢水溫度，直接處理。

2.3.3攪拌速度對SS去除率的影響

保持選煤廢水原水pH值，在室溫20℃左右時，分別加入等量復(fù)配體系，控制選煤廢水處理的攪拌速度，研究攪拌速度對SS去除率的影響，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，隨著攪拌速度的增大，SS去除率呈先增大后逐漸減小的趨勢。當(dāng)攪拌速度為30r/min時，SS去除率為79.5%，當(dāng)速度為120r/min時，SS去除率達到較高86.6%，隨著攪拌速度的加快，SS去除率逐漸降低。這可能是由于攪拌速度太慢，煤泥膠團與復(fù)配助劑不能充分接觸，不利于絮體的形成，而攪拌速度過大，則會導(dǎo)致煤泥膠團與絮凝劑被解析甚至破壞絮體，使絮體無法順利沉降，導(dǎo)致SS去除率降低。本實驗選取較佳攪拌速度為120r/min。

2.3.4處理時間對SS去除率的影響

保持選煤廢水原水pH值，室溫20℃左右時，加入等量復(fù)配體系對選煤廢水進行處理，調(diào)節(jié)攪拌速度為120r/min，研究沉降時間對SS去除率的影響，結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知，隨著沉降時間的增加，SS去除率先增大而后趨于平緩。當(dāng)沉降時間為5min時SS去除率僅為42.3%，當(dāng)沉降時間為15min時SS去除率為86%，而當(dāng)沉降時間達到45min時，SS去除率達到較高92.9%，之后，隨著沉降時間的延長，SS去除率變化不大。這是因為合適的沉降時間可以保證絮凝劑與煤泥膠團充分接觸反應(yīng)，使形成的大絮體帶著小絮凝體充分沉降，較終使SS達到良好的去除效果。本實驗中選擇較佳沉降時間為30min。

3結(jié)論

1)當(dāng)復(fù)配體系中雞毛角蛋白助劑為0.2g/L，聚合硫酸鐵為0.025g/L時，將該角蛋白聚合硫酸鐵復(fù)配體系直接用于選煤廢水處理，SS去除率達到85.5%，實現(xiàn)了在堿性條件下高效處理廢水。該復(fù)配體系處理選煤廢水較佳工藝條件為：室溫條件下，不考慮出水溫度和廢水pH值，即保持選煤廢水原水pH值（7—8），投加角蛋白、聚合硫酸鐵復(fù)配體系并攪拌，攪拌速度為120r/min，反應(yīng)后沉降45min，此時，SS去除率達到92.9%。

2)選煤廠處理選煤廢水時，考慮到設(shè)備、能耗等問題，可以不考慮出水溫度和廢水pH值，直接投加角蛋白復(fù)配體系反應(yīng)沉降15~30min即可達到良好的SS去除效果。

3)角蛋白、聚合硫酸鐵復(fù)配體系用于選煤廢水處理，減少了助劑用量，處理條件由酸性轉(zhuǎn)變?yōu)橹行?、堿性條件，縮減了處理工藝步驟，既達到了高效處理選煤廢水，又實現(xiàn)了以廢治廢的研究目的。