摘 要： 采用聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺對(duì)鋼鐵廠焦化廢水混凝預(yù)處理效果進(jìn)行了試驗(yàn)研究, 考察了混凝劑種類、投加量、反應(yīng)溫度和時(shí)間對(duì)處理效果的影響。結(jié)果表明, 在焦化廢水水溫35℃, 采用300mg/L的聚合氯化鋁和10mg/L的聚丙烯酰胺作為預(yù)處理混凝劑, 處理時(shí)間120min, 焦化廢水濁度去除率達(dá)到80%。試驗(yàn)證明, 混凝預(yù)處理工藝對(duì)焦化廢水色度、濁度去除效果較好, 能夠達(dá)到預(yù)處理要求, 為后續(xù)樹脂吸附工藝提供原水。

1 引言

焦化廢水是鋼鐵企業(yè)焦化廠煉焦所有環(huán)節(jié)生產(chǎn)廢水的統(tǒng)稱, 其成分復(fù)雜, 污染物較多, 會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境。焦化廢水處理工藝包括生化處理技術(shù)、絮凝沉降技術(shù)以及催化氧化處理技術(shù)等, 目前, 國(guó)內(nèi)大部分鋼鐵企業(yè)焦化廠采用生化處理工藝處理焦化廢水, 焦化廢水經(jīng)一二級(jí)生化處理后, 水中的酚、氰、BOD基本能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn), 但色度、濁度仍然較高, 難以達(dá)到廢水排放標(biāo)準(zhǔn)[1-4]。

筆者所在研究團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于樹脂脫除焦化廢水色度技術(shù)的研究和推廣, 在實(shí)驗(yàn)中, 所用水樣濁度較高, 導(dǎo)致樹脂吸附效率降低、樹脂再生頻率增加等問題, 為了降低深度處理成本, 提高處理效率, 需要在深度處理前選擇較為有效的預(yù)處理方式。本實(shí)驗(yàn)選擇混凝的方式預(yù)處理進(jìn)水水樣, 以期水樣的濁度降至30NTU以下, 減少濁度對(duì)后期樹脂吸附深度處理焦化廢水的影響。

2 實(shí)驗(yàn)材料與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器

實(shí)驗(yàn)儀器:DF-101Z型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器 (河南省予華儀器有限公司) ;FA2204B電子天平 (上海精科天美科學(xué)儀器有限公司) ;哈希1900C濁度儀 (美國(guó)哈希) ;哈希快速測(cè)定儀 (美國(guó)哈希) ;FTIR-650型 (天津港東科技發(fā)展股份有限公司) 。

實(shí)驗(yàn)材料:聚合氯化鋁、聚丙烯酰胺 、硫酸亞鐵、硫酸鋁

實(shí)驗(yàn)用水:廢水取自四川某鋼鐵企業(yè)焦化廠廢水處理站, 是生化處理后的出水經(jīng)無閥濾池過濾后的出水, 其中氨氮和總氰指標(biāo)已滿足排放標(biāo)準(zhǔn), 經(jīng)直接測(cè)定, 實(shí)驗(yàn)用水的pH為7.8、CODCr為308 mg/L、色度為800倍, 濁度100NTU。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1 分析方法

CODCr:采用COD快速測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)定, 并用標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行校正;色度:稀釋倍數(shù)法;濁度:哈希1900C快速測(cè)定。 2.2.2 實(shí)驗(yàn)方法

分別量取500mL水樣, 置于燒杯中, 按不同投加量將上述絮凝劑分別加入水樣中, 攪拌3 min, 靜置一段時(shí)間后, 取清液, 檢測(cè)水質(zhì)濁度、色度。

3 結(jié)果與討論

3.1 焦化廢水紅外光譜特征

焦化廢水化學(xué)性質(zhì)主要由其中的有機(jī)基團(tuán)所表達(dá), 傅立葉轉(zhuǎn)換紅外 (FT-IR) 光譜圖可用于表征特征分子基團(tuán)及其結(jié)構(gòu)信息, 焦化廢水紅外光譜見圖1, 分別在3453cm、1637cm、1388cm、1085cm處焦化廢水出現(xiàn)了明顯的振動(dòng)吸收峰, 3453cm可能是COOH、醇和苯酚中OH的伸縮振動(dòng)吸收峰, 1637cm可能芳香C=C骨架振動(dòng)、酰胺Ⅰ帶C=O振動(dòng)及醌C=O振動(dòng)吸收峰, 1388cm可能是芳香族NO2對(duì)稱吸收峰[5], 說明焦化廢水中存在有不飽和結(jié)構(gòu)雙鍵和芳香族化合物, 也表明焦化廢水主要組分為不飽和結(jié)構(gòu)雙鍵化合物和芳香類化合物。

圖1 焦化廢水的FT-IR紅外光譜圖

3.2 常用工業(yè)絮凝劑的效果對(duì)比

取若干250mL燒杯, 置入100mL焦化廢水生化出水, 分別加入聚合氯化鋁、硫酸亞鐵、硫酸鋁、PAM進(jìn)行混凝試驗(yàn), 混凝劑聚合氯化鋁、硫酸亞鐵、硫酸鋁投加量均為500mg/L, PAM投加量為10mg/L, 濁度去除效果見圖2。

圖2 不同混凝劑對(duì)廢水濁度的去除效果

在廢水的處理中, 混凝劑的選擇直接影響廢水處理效果, 由圖2中可知, 聚合氯化鋁的濁度去除效果優(yōu)于其它幾種絮凝劑, 這是因?yàn)闊o機(jī)高分子絮凝劑聚合氯化鋁水解后可形成大的礬花, 具有強(qiáng)的卷掃網(wǎng)捕能力, 而硫酸鋁、硫酸亞鐵等絮凝后形成的絮體沉淀較為細(xì)小, 容易飄散, 故濁度的去除效果不如聚合氯化鋁明顯[6,7]。在工業(yè)水處理中, PAM主要用做助凝劑, 通過電中和、架橋、網(wǎng)捕等作用, 可快速與微粒吸附在一起。綜合考慮到不同藥品的實(shí)驗(yàn)效果, 選擇混凝作為前端預(yù)處理方式, 聚合氯化鋁作為混凝劑, PAM作為實(shí)驗(yàn)助凝劑。

3.3 時(shí)間對(duì)處理效果的影響

時(shí)間對(duì)絮凝物的沉降影響較大, 沉降時(shí)間會(huì)直接影響濁度的預(yù)處理效果, 實(shí)驗(yàn)分別研究了不同的沉降時(shí)間 (15min、30min、60min、90min, 120 min和150min) 對(duì)預(yù)處理效果的影響。以濁度去除率為指標(biāo), 取若干250mL燒杯, 置入100 mL焦化廢水生化出水, 在20℃實(shí)驗(yàn)條件下, 添加聚合氯化鋁100mg/L, PAM投加量為10mg/L, 攪拌3 min, 靜置一段時(shí)間后, 取上清液測(cè)其濁度, 計(jì)算濁度去除率, 混凝效果見圖3。從圖3中可知, 隨著時(shí)間的增加, 濁度去除效果明顯增加, 說明本實(shí)驗(yàn)沉降時(shí)間的增加有利于絮凝物的形成以及沉淀徹底, 但是當(dāng)沉降時(shí)間大于120 min后, 進(jìn)一步增加沉降時(shí)間效果變化不明顯, 因此實(shí)驗(yàn)中選用120 min為較佳沉降時(shí)間。

圖3 沉降時(shí)間對(duì)濁度去除效果的影響

3.4 聚合氯化鋁投加量對(duì)絮凝效果的影響

取若干250mL燒杯, 置入100mL焦化廢水生化出水, 在20℃實(shí)驗(yàn)條件下, 分別添加聚合氯化鋁50mg/L、100mg/L、300mg/L、500mg/L, PAM投加量為10 mg/L, 攪拌3 min, 靜置120 min后, 取上清液測(cè)其濁度, 計(jì)算濁度去除率, 混凝效果見圖4所示。

圖4 聚合氯化鋁投加量對(duì)混凝效果影響

由圖4可知, 隨著聚合氯化鋁投加量的增加, 其濁度去除率也相應(yīng)的增大, 混凝效果越來越好, 當(dāng)聚合氯化鋁的投加量增加到300 mg/L時(shí), 其濁度去除率接近較大, 繼續(xù)增大聚合氯化鋁的投加量, 濁度的去除率變化不大。主要原因是隨著聚合氯化鋁添加量增加, 廢水中帶正電荷的Al 濃度增加, 與廢水中大量的陰離子發(fā)生電中和, 并壓縮擴(kuò)散層厚度, 降低膠體顆粒表面動(dòng)電位.使膠體脫穩(wěn)而絮凝沉降, 而當(dāng)聚合氯化鋁用量過大時(shí), 過多的聚合氯化鋁包圍在廢水微粒周圍, 微粒之間接觸機(jī)會(huì)變小, 不易凝聚, 處理效率不再隨投加量的增加而增大[8-10]。因此, 聚合氯化鋁的較佳投加量為300mg/L, 此時(shí)濁度的去除率為75%。

3.5 溫度對(duì)處理效果的影響

取若干250mL燒杯, 置入100 mL焦化廢水, 在不同的實(shí)驗(yàn)溫度 (20℃、25℃、30℃、35℃、40℃) 下, 添加聚合氯化鋁300mg/L, PAM投加量為10mg/L, 攪拌3min, 靜置120min后, 取上清液測(cè)其濁度, 計(jì)算濁度去除率, 探討溫度對(duì)絮凝效果的影響, 混凝效果見圖5。從圖5可知, 隨著溫度的增加, 效果呈先增加后減小的趨勢(shì), 在25~35℃區(qū)間范圍內(nèi), 濁度去除效果較好, 這是由于聚合氯化鋁在絮凝過程中需要經(jīng)過一個(gè)水解過程, 而溫度升高有利于聚合氯化鋁水解的進(jìn)行。焦化廢水經(jīng)過二級(jí)生化處理后, 出水水溫在25~35℃之間, 不需通過其他方式加熱便可滿足聚合氯化鋁+PAM混凝預(yù)處理工藝較佳溫度條件。

圖5 溫度對(duì)混凝效果影響

3.6 中試情況

針對(duì)四川某鋼鐵廠生化尾水系統(tǒng)出水濁度高、色度高的特點(diǎn), 此次生化尾水深度處理工程采用絮凝預(yù)處理和樹脂吸附組合處理工藝, 在實(shí)驗(yàn)中, 廢水溫25~35℃, 濁度80~192 NTU, 色度700~800倍, 選用300mg/L的聚合氯化鋁和10mg/L的PAM作為預(yù)處理混凝劑, 攪拌靜置120min后, 進(jìn)入樹脂柱吸附, 混凝預(yù)處理中試實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖6, 從圖6中可以看出混凝處理效率基本穩(wěn)定, 但是當(dāng)廢水濁度較低時(shí), 低于20NTU, 濁度去除率出現(xiàn)了較低值, 僅有35%, 色度去除率基本不受影響, 經(jīng)過混凝預(yù)處理后, 色度可降至200~400倍, 濁度將至20NTU以下, 保證樹脂吸附處理工藝進(jìn)水水質(zhì)穩(wěn)定, 減少了樹脂吸附處理的負(fù)擔(dān)和解析再生頻率, 從而降低了整個(gè)工藝成本。

圖6 中試預(yù)處理效果

4 結(jié)論

(1) 聚合氯化鋁優(yōu)于硫酸鋁、硫酸亞鐵的絮凝效果, 較佳用量為300mg/L, 結(jié)合10mg/L的PAM絮凝效果, 適合處理焦化廢水, 處理前可以不用調(diào)節(jié)pH。

(2) 中試現(xiàn)場(chǎng)水溫25~35℃, 滿足預(yù)處理較佳溫度條件, 采用絮凝預(yù)處理焦化生化出水, 保證樹脂吸附處理工藝進(jìn)水水質(zhì)穩(wěn)定, 減少了樹脂吸附處理的負(fù)擔(dān)和解析再生頻率, 從而降低了整個(gè)工藝成本。

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