聚合硫酸鐵和聚丙烯酰胺復(fù)合處理焦化二沉池廢水的研究

煉焦、煤氣凈化及化產(chǎn)品回收過程中產(chǎn)生的一種難生物降解的有毒工業(yè)廢水，有機(jī)物物濃度高、成分復(fù)雜，主要含有氨氮、酚類、氰類以及單環(huán)或多環(huán)芳香化合物及雜環(huán)化合物等。目前，國內(nèi)焦化廢水普遍采用以A/O或以A/O工藝改進(jìn)后的A/O/O、A/A/0、0/A/0等生物強(qiáng)化工藝為基礎(chǔ)的生物處理方法，但由于焦化廢水的難降解性，經(jīng)生化處理后出水還不能直接排放，必須輔以混凝沉淀處理。

鐵系混凝劑是無機(jī)混凝劑的一種，是焦化廢水處理過程中較常用的混凝劑之一，其原理為鐵鹽水解后可對水中膠體發(fā)揮壓縮雙電層及網(wǎng)捕作用，但由于其分子量較小，在發(fā)揮絮凝作用時(shí)存在投藥量較高的缺點(diǎn)，往往會(huì)引起廢水色度的升高和出水pH值的降低，這也是焦化企業(yè)在采用聚合硫酸鐵混凝時(shí)面臨的較大問題；有機(jī)高分子絮凝劑具有分子鏈長、用量小、絮凝效果好的特點(diǎn)，但其價(jià)格比較昂貴，制約了其在焦化廢水領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。由無機(jī)高分子和有機(jī)高分子復(fù)合絮凝處理廢水，既利用了無機(jī)絮凝劑強(qiáng)的電中和能力，又發(fā)揮了有機(jī)絮凝劑的吸附架橋作用，從而達(dá)到了較好的絮凝處理效果。為了克服聚合硫酸鐵和PAM固有缺點(diǎn)，及本文選用聚合硫酸鐵和PAM復(fù)合處理焦化廢水，對影響焦化廢水混凝效果的各因素進(jìn)行了研究，探索較優(yōu)混凝條件下經(jīng)濟(jì)有效的組合工藝參數(shù)，為焦化廢水處理領(lǐng)域混凝劑的選擇及實(shí)際應(yīng)用提供切實(shí)可行的方案，從而指導(dǎo)生產(chǎn)。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1試劑與儀器

主要試劑：聚合硫酸鐵（工業(yè)品，液態(tài)，其全鐵含量11.0%～11.5%，鹽基度10.5%～11.5%，pH值1．0～2.0），聚丙烯酰胺（陽離子型，分子量500萬），鹽酸(1：1)，NaOH。實(shí)驗(yàn)時(shí)將聚丙烯酰胺配制成0.3g/L溶液備用。

主要儀器：上海精科PHS3B型pH值測定儀，SHIMADZU電子天平，國華JJ-4型攪拌器，MultiN/C2IOOTOC/TN測定儀（德國耶拿）等。

1.2實(shí)驗(yàn)廢水及方法

實(shí)驗(yàn)用水采自華中某焦化公司O/A/O生化后二沉池廢水，其水質(zhì)指標(biāo)如下：TOC80-150mg/L，pH值7～8，電導(dǎo)率～5000μs/cm，濁度～30NTU。

采用燒杯實(shí)驗(yàn)。取一定量焦化二沉池廢水于燒杯中，分別用HCL和NaOH調(diào)節(jié)廢水至不同的pH值，將燒杯置于JJ-4型攪拌器上以200r/min速度攪拌，邊攪拌加入一定量絮凝劑，繼續(xù)攪拌1min后，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為lOOr/min后攪拌lOmin，然后靜置30min后在液面下2cm處取上清液進(jìn)行TOC及濁度測量。

1.3分析方法

分析項(xiàng)目及方法見表1所示。

TOC去除率用下式表示：

式中：R表示TOC去除率，TOCo為原始水樣TOC值，mg/L;TOCt為絮凝靜置后上清液TOC值，mg/L。

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1聚合硫酸鐵用量對絮凝效果的影響

取1L焦化二沉池廢水置于燒杯中，將燒杯置于JJ-4攪拌器上以200r/min速度攪拌，邊攪拌加入一定聚合硫酸鐵絮凝劑，繼續(xù)攪拌1min后，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為100r/min后攪拌10min，然后靜置30min后取上清液測量TOC和濁度等，觀察所形成絮體的大小、沉降快慢等。結(jié)果如圖1所示。

絮凝劑的投加量是影響絮凝過程的重要因素之一。從圖1中可以看出，聚鐵投加量為1.4ml/L時(shí)，TOC的去除率為68.91%，此后隨著聚鐵投加量的不斷增加，TOC的去除率有輕微下降；此外，在1.4ml/L投加量下，混凝后出水濁度可達(dá)較低為7.98NTU，聚鐵投加量繼續(xù)增加，出水濁度增加較快。一般來說，在絮凝過程中高分子絮凝劑通過電中和、架橋、網(wǎng)捕等作用，與水中微粒吸附在一起，若投加量過小，膠體離子表面沒有足夠的絮凝分子就不能形成大的絮體，廢水中的膠體不能完全脫穩(wěn)，因此達(dá)不到較好的絮凝效果；但投加量過大，離子表面活性降低，會(huì)發(fā)生再穩(wěn)現(xiàn)象，絮凝效果變差，出水濁度增加，藥劑費(fèi)用也會(huì)相應(yīng)增加。在實(shí)驗(yàn)過程中，投加0.2mL聚鐵時(shí)，水中已經(jīng)出現(xiàn)了絮體。因此，在單獨(dú)使用聚合硫酸鐵時(shí)，其較佳投加量為1.4mL/L。

2.2助凝劑PAM投加量對絮凝效果的影響

取1L焦化二沉池廢水置于燒杯中，將燒杯置于JJ-4攪拌器上以200r/min速度攪拌，投加1.4ml聚鐵溶液，然后再投加濃度聚丙烯酰胺溶液，100r/min轉(zhuǎn)速攪拌10min后靜置30min，測上清液TOC濃度。結(jié)果如圖2所示。

圖2為聚合硫酸鐵投加量為1.4ml/L、pH值為7.5條件下，TOC去除率隨PAM投加量變化而變化的曲線圖?？梢钥闯觯赑AM投加量為1.2～2.4mg/L時(shí)，PAM可以起到很好的架橋作用，使生成的礬花大且快速沉降，水中TOC去除率都在70%以上。PAM用量過少或過多，TOC去除效果都會(huì)降低，分析其原因，PAM投加量較少時(shí)，能夠提供吸附架橋作用的長鏈分子量較少，起不到助凝作用，而當(dāng)PAM投加量過多時(shí)，PAM也能產(chǎn)生膠體保護(hù)作用而使剛好脫穩(wěn)而又轉(zhuǎn)向再懸浮，導(dǎo)致TOC去除率下降。因此，可以確定聚丙烯酰胺的較佳投加量為1.2mg/L。

2.3pH值對絮凝過程絮凝效果的影響

實(shí)驗(yàn)一：取同一批次焦化二沉池廢水6份各IL，用HCL和NaOH調(diào)節(jié)廢水pH值分別為4、5、6、7.5（原水的pH值）、8、9，置于JJ-4六聯(lián)攪拌器上，以200r/min速度攪拌，投加1.4ml聚鐵溶液，然后以100r/min攪拌10min;

實(shí)驗(yàn)二：取另一組水樣在相同的條件下分別投加1.Oml聚鐵溶液和4ml聚丙烯酰胺溶液(0.3g/L)，投加后溶液的PAM濃度為1.2mg/L。

兩組實(shí)驗(yàn)攪拌結(jié)束后靜置30min取上清液測TOC濃度和濁度。結(jié)果見圖3所示。率隨pH值的變化曲線；2——投加1.4mL聚合硫酸鐵條件下TOC去除率隨pH值的變化曲線；3一一投加1.OmL聚合硫酸鐵和1.2mg/LPAM條件下反應(yīng)后濁度隨pH值的變化曲線。

圖3不同pH值條件下混凝效果對比

從圖3中可以看出，在投加1．Oml聚合硫酸鐵和1.2mg/LPAM的混凝反應(yīng)過程中，在廢水pH值在58范圍內(nèi)，TOC去除率較好，可以達(dá)70%左右。但在pH值<7時(shí)，混凝反應(yīng)后溶液濁度較原液上升，在堿性范圍內(nèi)，pH值越高，反應(yīng)后液體濁度越低，反應(yīng)后絮體沉降速度越快。因此，二沉池混凝反應(yīng)可選擇pH值78范圍?？紤]到焦化二沉池出水pH值一般在78時(shí)問，在投加聚合硫酸鐵和PAM進(jìn)行絮凝反應(yīng)時(shí)，在利用聚合硫酸鐵+PAM對焦化廢水進(jìn)行絮凝反應(yīng)時(shí)可以不調(diào)節(jié)廢水pH值。

此外，從圖3中還可以看出，在相同的條件下，聚合硫酸鐵的投加量由1.4ml/L降低為1．0ml/L，但在此過程中投加了1.2mg/L的助凝劑聚丙烯酰胺，水樣中TOC去除率較未投加聚丙烯酰胺時(shí)升高，可達(dá)70%以上，即在混凝反應(yīng)時(shí)投加一定量的PAM可以有效提高水中有機(jī)物的去除效率，即在相同的TOC去除效果情況下，加助凝劑比不加助凝劑時(shí)聚合硫酸鐵投加量要節(jié)約很多。此外，由于聚合硫酸鐵為強(qiáng)酸性液體，在投加量過大的情況下常會(huì)導(dǎo)致排口出水pH值呈酸性而不滿足排放標(biāo)準(zhǔn)，在合理調(diào)配聚合硫酸鐵及聚丙烯酰胺用量的情況下可有效改善出水pH值．

2.4堿化水解對聚丙烯酰胺的絮凝效果影響

為了驗(yàn)證堿化水解對聚丙稀酰胺絮凝效果的影響，配置相同濃度(0.3g/L)PAM溶液，其中一份以1：0.2比例投加NaOH固體于PAM溶液中，兩份溶液都放置過夜（陳化）后使用。實(shí)驗(yàn)時(shí)取兩份1L焦化二沉池廢水，各投加1.0mL聚合硫酸鐵溶液，然后再投加4ml水解和未水解的PAM溶液，在相同的實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行混凝實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表2所示。

從表2中可以看出，堿化水解的PAM在使用時(shí)TOC去除率較未堿化水解有了不同程度的提高。分析其原因，是因?yàn)榻?jīng)水解后的PAM分子鏈充分展開，伸展開的PAM高分子長鏈大大增加了和細(xì)小礬花顆粒碰撞和吸附的機(jī)會(huì)，可以使PAM得吸附架橋和網(wǎng)捕作用得到充分的發(fā)揮，從而提高助凝效果。在實(shí)際生產(chǎn)使用時(shí)，如果每月PAM用量為1噸，則水解堿化時(shí)所需NaOH用量為0.2噸，所需用量微乎其微，但由于PAM溶液加堿溶解時(shí)溶液pH值會(huì)有所升高，因此在使用時(shí)要格外注意。

3結(jié)論

采用聚合硫酸鐵和聚丙烯酰胺復(fù)合處理焦化二沉池廢水，絮凝效果與絮凝劑的用量、廢水pH值等有密切的關(guān)系。當(dāng)聚合硫酸鐵用量為1．0ml/L、PAM用量為1.2mg/L下，經(jīng)混凝后廢水TOC去除率較高可達(dá)70%，且使用時(shí)無需調(diào)節(jié)廢水pH值，且適當(dāng)?shù)膲A化水解可促進(jìn)聚丙烯酰胺的絮凝作用。此外，在同樣的處理效果下，采用聚合硫酸鐵和聚丙烯酰胺復(fù)合處理廢水相較于單獨(dú)使用聚合硫酸鐵，聚合硫酸鐵用量可降低30左右%。