PAC和PAM混凝深度处理焦化废水的研究

PAC和PAM混凝深度处理焦化废水的研究袁茂彪马雄风王书萍颜家保(武汉科技大学化学工程与技术学院，武汉430081)摘要：以无机高分子絮凝剂PAC和有机絮凝剂PAM组成的混凝剂对焦化废水深度处理。分析了废水初始pH值，絮凝剂PAC投加量，絮凝剂PAM投加量，沉降时间对COD、色度和浊度的影响。研究表明：絮凝的最佳工艺条件为：废水初始pH值8，聚合氯化铝投加200mg/L，聚丙烯酰胺投加量3mg/L，沉降时间25min。在此条件下，二沉池废水COD、色度、浊度去除率分别为76.20%，83.00%，97.49%。处理后的出水COD为86.90mg/L，色度为10倍，2.25NTU。废水COD、色度和浊度明显的降低。废水COD、色度和浊度达到国家一级排放标准。关键字：混凝；焦化废水；PAC；PAM；深度处理StudyonadvancedtreatmentofcokingwastewaterbyPACandPAMYuanMaobiaoMaXiongfengWangShupingYanJiabao(DepartmentofChemicalEngineeringandTechnology,WuhanUniversityofScienceandTechnologyWuhan430081,China；)AbstractCokingwastewateristreatedfurtherbycoagulantofPACwithainorganicpolymerflocculantsandPAMwithaorganicpolymerflocculants.TheeffectsofthefactorssuchastheinitialpHvalueofeffluent,thedosingquantityofflocculantsPAC,thedosingquantityofflocculantsPAM,thetimeofsedimentationonCOD，turbidityandcolourityareanalyzed．ThestudyshowsthatthebestprocessconditionsofflocculationarethattheinitialpHvalueis8，thedosingquantityofflocculantsPACis200mg/L,thedosingquantityofflocculantsPAMis3mg/L,thetimeofsedimentationis25minutes.TheremovalrateofCOD,turbidityandcolourityindischargedwateraftertreatmentis76.20%,83.00%,97.49%.COD,turbidityandcolourityareclearlyreducedbycoagulation.COD,turbidityandcolourityofthecokingwastewateraftertreatmentaremetedNationalemissionstandards.Keywords:Coagulant;Cokingwastewater;PAC;PAM;Furthertreatment0前言焦化废水是煤制焦炭、煤气净化和焦化产品回收等焦化工艺产生的废水。焦化废水的组成复杂、多变，这取决于原煤性质、碳化温度、焦化产品回收工序与方法等因素。焦化废水不仅含有大量的氨、氰、硫氰酸盐等无机污染物，还含有酚、萘、喹啉、吡啶、蒽等杂环及多环芳香族化合物[1-2]。目前，国内外的焦化废水处理方法为A-O、A-A-O和SBR等活性污泥法。经生化处理后的焦化废水，COD在300mg／L～400mg／L，色度为200～300倍，浊度为80～100NTU，很难达到国家排放标准（GB8978-1996污水综合排放标准）。近年来，国内外学者进行了大量的研究工作，采用物理、化学手段，进一步去除废水中的COD、色度、浊度等。近年来，混凝剂品种很多，例如PAC，AS，氧化铁(FC)，聚合硫酸铁(PFS)、聚合氯化铝铁(PAFC)等。带有Fe2+、Fe3+的混凝剂本身具有颜色，对废水色度的去除率有一定影响。无机絮凝剂的絮凝速度慢，絮凝稳定性差，絮状体小，有机絮凝剂的絮凝速度快，絮凝稳定性好，但水解的单体对环境有一定影响。无机-有机絮凝剂不但可以提高絮凝效果，降低无极絮凝剂和有机絮凝剂的投加量，而且有机絮凝剂的网捕作用还可以提高无机絮凝剂的絮凝效果，降低有机絮凝剂成的二次污染。同时，混凝的物理化学过程十分复杂，混凝效果与混凝剂种类、水中杂质、浑浊度、pH值、药剂的投加量以及水力条件等因素紧密相关。选择合适的混凝剂，确定相应的最佳工艺甚为关键。本文以聚合氯化铝和聚丙烯酰胺为絮凝剂混凝处理焦化废水，考察混凝时间、聚合氯化铝用量、聚丙烯酰胺用量和混凝的pH值对焦化废水混凝处理的影响。以期为焦化废水深度处理研究提供技术参考。1实验试剂与仪器试剂：聚合氯化铝、聚丙烯酰胺、重铬酸钾、硫酸亚铁铵、硫酸银、硫酸、氢氧化钠、邻菲罗啉。实验所用试剂均为分析纯。仪器：AL204型电子天平；T6新世纪紫外可见分光光计；pHS-25型pH计；JJ-4A六联同步自动搅拌机；电子万用炉。废水水质：废水样品取自某焦化公司生化处理后的焦化废水，主要指标见表1。表1焦化废水生化出水水质ρ(COD)/(mg/L）ρ(NH3-N)/(mg/L）ρ(酚)/(mg/L）色度(倍)浊度(NTU)pH温度颜色300-400无检测出无检测出200-30080-1006-730-35深褐色2实验方法2.1絮凝剂配制方法聚合氯化铝配制：用电子天平准确称取固态聚合氯化铝10g，置于200mL的烧杯中，再加入少量的蒸馏水，在水浴锅内50℃下搅拌至溶解，移入1000mL的容量瓶中。在常温下静置8h。聚丙烯酰胺配制：用电子天平准确称取液态聚丙烯酰胺1g，置于200mL的烧杯中，再加入少量的蒸馏水，常温下搅拌至溶解，移入1000mL的容量瓶中。在常温下静置8h。2.2絮凝处理聚合氯化铝(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)混凝剂的混凝试验：量取400mL的废水置于500mL烧杯中．以试验条件分别投加一定量的絮凝剂聚合氯化铝(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)。在六联同步自动升降搅拌机上以120r/min的搅拌速度快速搅拌1min，再以40r/min的搅拌速率慢速搅拌10min，搅拌完毕后，静置一段时间，取上层清液并测定COD、色度和浊度。2.3测定方法COD：重铬酸钾法；色度：铂钴比色法（分光光度计）；浊度：硫酸肼-六次甲基四胺法（分光光度计）。3结果与讨论3.1pH值的影响PAC的投加量为250mg/L，PAM的投加量为3mg/L。以120r/min的搅拌速度快速搅拌1min，再以40r/min的搅拌速度慢速搅拌10min，静置40min，pH值的影响见图1。COD去除率■色度去除率●浊度去除率▲剩余COD★图1pH对去除率的影响从图1可以看出，当废水的pH值为4～7时，废水的浊度去除率随着pH的增大而逐渐增加；当废水的pH值为7～11时，废水的浊度去除率随着pH的增大而降低。当废水的pH值为4～5和7～8时，废水的色度去除率随着pH的增大而增加；当废水的pH值为5～7和8～11时，废水的色度去除率逐渐降低。当废水的pH值为4～5和6～7时，废水的COD去除率随着pH的增大而增加；当废水的pH值为5～6和7～11时，废水的COD去除率逐渐降低。当废水的pH值由8至11，废水的COD、色度和浊度随着pH增大而逐渐降低。当pH7时，聚合氯化铝水解产物主要为Al(H2O)63-等阳离子和羟基聚合物[3]，这些水解产物的络合作用和电中和能力决定了絮凝剂的吸附性能。废水中H+浓度随着pH值增大时而降低，废水的负电性逐渐增加，PAC的中和能力增强，矾花变大，沉降速度加快。PAM是大分子量的有机絮凝剂，水解产生长链的高分子聚合物以网捕、吸附、架桥等作用去除废水中的胶体[4]。PAM的水解作用增大，吸附架桥能力也提高，废水COD、浊度和色度去除率增加。当pH=7~8时，PAC水解产生多核多羟基络合物和吸附作用较强的电中性Al(OH)3[3]，这些水解产物以电性中和、吸附架桥和卷扫网捕作用，使分散的胶体颗粒结合成大而密实的矾花，加快沉降速度。当pH值继续增大时，水解产物主要为Al(OH)4-等阴离子[5-6]。废水中的大多数胶体带负电，PAC水解的阴离子与胶体相互排斥，絮凝效果降低，不利于废水的絮凝处理。pH为5～10时，经过混凝处理后的废水，剩余COD满足国家二级排放标准，废水最低COD为108.43mg/L。废水色度明显降低，浊度去除率相对较高。废水的pH为7-8，从废水处理成本上考虑，确定pH为7-9是PAC和PAM絮凝处理的最佳pH值。3.2聚合氯化铝的影响PAM的投加量为3mg/L，废水pH值为7，以120r/min的搅拌速度快速搅拌1min，再以40r/min的搅拌速度慢速搅拌10min，静置40min，聚合氯化铝的影响见图2。3456789101112405060708090100降解率(%)pH值100120140160180200220剩余COD(mg/L)05010015020025030035040045060708090100降解率(%)聚合氯化铝(mg/L)110120130140150160170剩余COD(mg/L)COD去除率■色度去除率●浊度去除率▲剩余COD★图2聚合氯化铝对去除率的影响从图2可以看出，当聚合氯化铝的投加量为50～400mg/L时，废水的浊度去除率在90%。聚合氯化铝的投加量为50～200mg/L时，废水色度和COD去除率随聚合氯化铝的投加量增大而增加。聚合氯化铝的投加量为200～4200mg/L时，废水色度和COD去除率稍有降低。絮凝剂投加初始阶段，PAC中的Al迅速水解生成带不同电荷的羟基化合物，降低胶体的表面电位[7]，胶体间的表面斥力减弱，发生絮凝现象。当PAC的投加量逐渐增大，胶体的表面电位逐渐降低，矾花生成的速度、数量不断增大，矾花生长的速度加快，促进絮凝体的增大，增大絮凝速度。当胶体表面电位接近零时，PAC的投加量为最优用量，COD去除率、色度去除率和浊度去除率最高。聚合氯化铝的投加量为150～400mg/L时，经过混凝处理后的废水，剩余COD大奥国家二级排放标准，废水最低COD为116mg/L。废水色度去除率明显提高明显，浊度去除率相对较高。从废水处理成本上考虑，确定絮凝剂PAC的最佳投加量为150-250mg/L。3.3聚丙烯酰胺的影响PAC的投加量为250mg/L，废水pH值为7，以120r/min的搅拌速度快速搅拌1min，再以40r/min的搅拌速度慢速搅拌10min，静置时间为40min，聚丙烯酰胺的影响见图3。COD去除率■色度去除率●浊度去除率▲剩余COD★图3聚丙烯酰胺对去除率的影响从图2可以看出，当聚丙烯酰胺的投加量为2～16mg/L时，废水的浊度去除率都在90%以上，当聚丙烯酰胺的投加量为4～6mg/L浊度稍有降低，酰胺的投加量为6～16mg/L时，浊度去除率没有明显的变化。当聚丙烯酰胺的投加量为8～12mg/L时，废水的浊度去除率有明显的降低。当聚丙烯酰胺的投加量为6～10mg/L时，废水的COD去除率有明显的降低。当聚丙烯酰胺的投加量为10～14mg/L时，废水的COD去除率随聚丙烯酰胺的投加量增加而增大。絮凝剂PAM主要以吸附架桥作用[8]去除废水中的有机物。PAM可将PAC电中和作用下的小颗粒连接成大的絮体。当聚丙烯酰胺的投加量低于3mg/L时，随着PAM的增加，PAM大分子链长得到提高增加，PAM的架桥作用[9]不断增强，废水的COD去除率、色度去除率和浊度去除率增加。当聚丙烯酰胺的投加量在6～10mg/L和10～14mg/L时，随着PAM的增加，PAM的分子链过长，在沉降过程中，发生链段、重叠作用，导致絮凝效果降低[10]。聚丙烯