聚合硫酸鐵（聚鐵）與殼聚糖復配用于焦化廢水的混凝處理

焦化廢水是在煤干餾、煤氣凈化及化工產(chǎn)品回收精制過程中產(chǎn)生的1種高濃度、高污染、難降解廢水，其有機物濃度高、成分復雜，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)多采用生化法處理焦化廢水，由于焦化廢水的難降解性，經(jīng)生化處理后出水還遠不能達到排放標準，因此，后端常輔以混凝沉淀處理，聚合硫酸鐵（聚鐵）(聚鐵)是較常用的混凝劑之一，聚合硫酸鐵（聚鐵）經(jīng)水解后可對水中膠體發(fā)揮壓縮雙電層及網(wǎng)捕作用，且價格便宜。

近年來，無機有機復合絮凝劑的研究開發(fā)逐漸成為熱點。無機有機復合絮凝劑可以利用無機絮凝劑壓縮雙電層作用和有機高分子絮凝劑的吸附架橋作用，兩者可產(chǎn)生協(xié)同作用而取得更好的絮凝效果。用于焦化廢水常見的無機有機復合絮凝劑主要是聚合硫酸鐵（聚鐵）聚丙烯酰胺(聚合硫酸鐵（聚鐵）-PAM)復合絮凝劑，由于丙烯酰胺單體具有毒性，且聚丙烯酰胺溶解過程較難控制，因此制約了其使用。殼聚糖(Chitosan)是甲殼素脫乙?；漠a(chǎn)物，在自然界來源非常豐富，酸性介質(zhì)中可表現(xiàn)出陽離子聚合電解質(zhì)性質(zhì)，且無毒、易生物降解。本文采用焦化廢水處理過程中常用的聚合硫酸鐵（聚鐵）與殼聚糖進行復配，制備復合絮凝劑聚合硫酸鐵（聚鐵）-CTS，并用于焦化廢水的混凝處理，探討了其組成、用量、pH值等因素對絮凝效果的影響及其合理性和可行性，以期為聚合硫酸鐵（聚鐵）-CTS復合絮凝劑工程應用提供借鑒。

1實驗部分

1.1試劑與儀器

聚合硫酸鐵（聚鐵）（工業(yè)品，液態(tài)，其全鐵含量11.O%～11.5%，鹽基度10.5%～11.5%，pH值1.0～2.O），殼聚糖，脫乙酰度94%，鄰苯二甲酸氫鉀、重鉻酸鉀、濃鹽酸、氫氧化鈉等都為分析純。

儀器：上海精科PHS-3B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），HaCH2lOOp型濁度分析儀及其他常規(guī)實驗儀器等。

實驗水樣：采自華中某焦化公司O/A/O生化后二沉池廢水，其水質(zhì)指標如下：TOC80～150mg/L，pH值7～8，電導率約5000μs/cm，濁度約30NTU。

1.2殼聚糖絮凝劑的制備

配置0.5%乙酸溶液，稱取19殼聚糖，將殼聚糖溶于0.5%乙酸溶液中，配置成1g/L的殼聚糖溶液。將該溶液在70℃水浴下加熱攪拌2h，冷卻后備用。

1.3實驗方法

采用燒杯模擬對焦化二沉池廢水進行絮凝實驗。取一定量二沉池廢水于燒杯中，調(diào)節(jié)pH后加入一定量絮凝劑，再以300r/min速度攪拌30s后以100r/min的速度攪拌一定時間，靜沉30min后用移液管在液面下3cm處取上清液，測量TOC濃度及濁度，并計算其去除率。

2實驗結(jié)果及討論

2.1聚合硫酸鐵（聚鐵）投加量對絮凝效果的影響

為了找出聚合硫酸鐵（聚鐵）和CTS的較佳投加量，先確定聚合硫酸鐵（聚鐵）投加量，然后再確定CTS的較佳投加量，從而確定復合絮凝劑合適的加量配方。這是因為在絮凝過程中以聚合硫酸鐵（聚鐵）為絮凝主體，CTS的加入作為助凝劑。在室溫條件下取1L焦化二沉池廢水，在攪拌條件下投加不同量聚合硫酸鐵（聚鐵）溶液，以300r/min的速度攪拌30s后以100r/min的速度攪拌5min，靜沉30min后用移液管在液面下3cm處取上清液測量TOC濃度和濁度，結(jié)果如圖1所示。

由圖1可以看出，聚合硫酸鐵（聚鐵）投加量為1.2mL/L時，TOC去除率可達70%，出水濁度可達較低為7.98nut，此后隨著聚合硫酸鐵（聚鐵）投加量的不斷增加，TOC的去除率有輕微下降，出水濁度則增加較快。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)，因此達不到較好的絮凝效果；但投加量過大，離子表面活性降低，會發(fā)生再穩(wěn)現(xiàn)象，絮凝效果變差，出水濁度增加，藥劑費用也會相應增加。在實驗過程中，投加量0.2ml/L時，水中已經(jīng)出現(xiàn)了絮體。因此，可以確定較佳投加量為1.2ml/L。

2.2殼聚糖投加量對絮凝效果的影響在聚合硫酸鐵（聚鐵）較佳投加量為1.2mL/L基礎上確定復合絮凝劑的較佳投加量。設計5組不同CTS加量配方，在同等條件下對等量焦化廢水進行混凝實驗，待靜置沉淀后，取上清液測定各水樣TOC及濁度值，計算去除率。結(jié)果如圖2所示。

從圖2可以看出，殼聚糖溶液的加入對聚合硫酸鐵（聚鐵）的混凝作用有一定的促進作用，TOC的去除率較單獨使用聚合硫酸鐵（聚鐵）時都有不同程度提高，且隨著殼聚糖投加量的增加，TOC去除率呈現(xiàn)出先增加后略微降低的趨勢，CTS投加量為1.6mg/L時，TOC去除率可達74.37%左右，這比單獨使用等量的聚合硫酸鐵（聚鐵）時可提高了5.4%左右。此外，在實驗中觀察到，投加CTS后產(chǎn)生的絮體較單獨使用聚合硫酸鐵（聚鐵）時還要密實，沉降速度更快。分析其原因，是因為聚合硫酸鐵（聚鐵）多聚體中的羥基與殼聚糖分子鏈上的氨基之間發(fā)生了氫鍵作用，在殼聚糖高分子鏈上節(jié)枝了很多羥基無機絮體，電中和能力和架橋作用都得到了進一步增強，但隨著CTS投加量的增加，CTS溶液中乙酸分子會貢獻小部分TOC值，引起其去除率的下降。因此，可以確定1.6mg/l為殼聚糖的較佳投加量。

2.3pH值對絮凝效果的影響

廢水的pH值也是影響絮凝效果的1個重要因素。在確定了聚合硫酸鐵（聚鐵）和CTS較佳投加量的基礎上，在室溫條件下，調(diào)節(jié)焦化廢水pH值在4～9的范圍，在同等條件下進行混凝實驗，待靜置沉淀后，取上清液測定各水樣TOC及濁度值。結(jié)果見圖3所示。

由圖3可以看出，在pH值為6時，TOC去除率較高可達72.74%；在pH值為7.5時，其濁度去除率較大可達92%。pH值超過8時，TOC的去除率急劇下降，濁度去除率反而升高。分析其原因，可能是因為在聚合硫酸鐵（聚鐵）的水解絮凝過程中，若pH值降低，則Fe3+水解過程受阻，對廢水中懸浮性膠粒的脫穩(wěn)作用下降，影響其絮凝效果，pH值升高時，水中堿性物質(zhì)會促使[Fe2(OH)3]3+、[Fe2(OH)2]4+、[Fe3(OH)4]5+等多核羥基絡離子轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀物，因此，TOC去除率會下降；對于殼聚糖來說，pH值較低時，其所攜帶的氨基質(zhì)子化后削弱了與聚合硫酸鐵（聚鐵）中羥基之間的作用力，因此會降低其助凝作用，pH值升高時，由于絮凝主體聚合硫酸鐵（聚鐵）效果下降，因此，殼聚糖助凝作用也不再顯現(xiàn)。濁度的去除率隨pH值的升高而逐漸升高，但考慮到TOC的去除率，因此，復合絮凝劑較好的pH值范圍為中性，即6～8的范圍。焦化廢水經(jīng)前端生物法處理后二沉池出水一般在7.5左右，因此，在使用該復合絮凝劑對焦化廢水二沉池廢水進行絮凝實驗時無需進行pH值調(diào)節(jié)。

2.4攪拌速度對絮凝效果的影響

在確定了聚合硫酸鐵（聚鐵）、CTS較佳投加量及廢水較佳pH值的基礎上，取一定量焦化廢水二沉池出水，快速混合過程攪拌速度一樣，改變不同的混凝階段攪拌速度，在同等條件下進行混凝實驗，待靜置沉淀后，取上清液測定各水樣TOC及濁度值。結(jié)果見圖4所示。

從圖4可以看出，攪拌速度對TOC和濁度的去除都有一定的影響。攪拌速度在100r/min時，TOC去除率較大可達73.51%，此時濁度去除率為92.5%。在攪拌速度大于100r/min后，廢水TOC的去除率下降較快；濁度較佳去除速度為200r/min，較大去除率為95.75%，攪拌速度為200r/min時，TOC去除率下降至68.54%。分析其原因，對于TOC來說，在絮凝階段，要求水流有適宜的水流剪切力，即適宜的紊動性，使得絮體能夠進一步碰撞聚集，較后形成尺寸較大的絮凝體，若攪拌速度過高，水流剪切力較大，絮凝體在長時間高強度的攪拌作用下會發(fā)生破碎，高分子絮凝劑的長鏈也易因高強度攪拌而被打碎，從而導致混凝效果下降。對于濁度來說，攪拌速度過大時，絮凝體被打碎后自然不易沉降，出水濁度反而升高。對于聚合硫酸鐵（聚鐵）-CTS復合絮凝劑來說，為了獲得較好的有機物去除效果，在保證出水濁度滿足要求的條件下，可以選擇100r/min作為較佳攪拌速度。

3結(jié)論

采用聚合硫酸鐵（聚鐵）和CTS復合絮凝劑處理焦化二沉池廢水時，絮凝效果與絮凝劑的用量、廢水pH值及攪拌速度等有密切的關系。在聚合硫酸鐵（聚鐵）用量為1.2mL/L、CTS用量為1.6mg/L、攪拌速度100r/min條件下，經(jīng)混凝后廢水TOC去除率可達70%以上，較單獨使用聚合硫酸鐵（聚鐵）絮凝劑可提高5%左右，且使用時無需調(diào)節(jié)廢水pH值。此外，聚合硫酸鐵（聚鐵）和CTS制備原料來源廣泛，價格低廉，由其制備的復合絮凝劑無二次污染，是1種新型的綠色環(huán)保型水處理劑，應用前景廣闊。