摘 要： 采用聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺對鋼鐵廠焦化廢水混凝預處理效果進行了試驗研究, 考察了混凝劑種類、投加量、反應溫度和時間對處理效果的影響。結果表明, 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處理混凝劑, 處理時間120min, 焦化廢水濁度去除率達到80%。試驗證明, 混凝預處理工藝對焦化廢水色度、濁度去除效果較好, 能夠達到預處理要求, 為后續樹脂吸附工藝提供原水。

1 引言

焦化廢水是鋼鐵企業焦化廠煉焦所有環節生產廢水的統稱, 其成分復雜, 污染物較多, 會嚴重污染環境。焦化廢水處理工藝包括生化處理技術、絮凝沉降技術以及催化氧化處理技術等, 目前, 國內大部分鋼鐵企業焦化廠采用生化處理工藝處理焦化廢水, 焦化廢水經一二級生化處理后, 水中的酚、氰、BOD基本能達到排放標準, 但色度、濁度仍然較高, 難以達到廢水排放標準[1-4]。

筆者所在研究團隊長期致力于樹脂脫除焦化廢水色度技術的研究和推廣, 在實驗中, 所用水樣濁度較高, 導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處理方式。本實驗選擇混凝的方式預處理進水水樣, 以期水樣的濁度降至30NTU以下, 減少濁度對后期樹脂吸附深度處理焦化廢水的影響。

2 實驗材料與方法

2.1 實驗材料及儀器

實驗儀器: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 (上海精科天美科學儀器有限公司) ;哈希1900C濁度儀 (美國哈希) ;哈希快速測定儀 (美國哈希) ;FTIR-650型 (天津港東科技發展股份有限公司) 。

實驗材料:聚合氯化鋁、聚丙烯酰胺 、硫酸亞鐵、硫酸鋁

實驗用水:廢水取自四川某鋼鐵企業焦化廠廢水處理站, 是生化處理后的出水經無閥濾池過濾后的出水, 其中氨氮和總氰指標已滿足排放標準, 經直接測定, 實驗用水的pH為7.8、CODCr為308 mg/L、色度為800倍, 濁度100NTU。

2.2 實驗方法

2.2.1 分析方法

CODCr:采用COD快速測定儀進行測定, 并用標準方法進行校正;色度:稀釋倍數法;濁度:哈希1900C快速測定。 2.2.2 實驗方法

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, 靜置一段時間后, 取清液, 檢測水質濁度、色度。

3 結果與討論

3.1 焦化廢水紅外光譜特征

焦化廢水化學性質主要由其中的有機基團所表達, 傅立葉轉換紅外 (FT-IR) 光譜圖可用于表征特征分子基團及其結構信息, 焦化廢水紅外光譜見圖1, 分別在3453cm、1637cm、1388cm、1085cm處焦化廢水出現了明顯的振動吸收峰, 3453cm可能是COOH、醇和苯酚中OH的伸縮振動吸收峰, 1637cm可能芳香C=C骨架振動、酰胺Ⅰ帶C=O振動及醌C=O振動吸收峰, 1388cm可能是芳香族NO2對稱吸收峰[5], 說明焦化廢水中存在有不飽和結構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構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 常用工業絮凝劑的效果對比

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進行混凝試驗, 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于其它幾種絮凝劑, 這是因為無機高分子絮凝劑聚合氯化鋁水解后可形成大的礬花, 具有強的卷掃網捕能力, 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]。在工業水處理中, PAM主要用做助凝劑, 通過電中和、架橋、網捕等作用, 可快速與微粒吸附在一起。綜合考慮到不同藥品的實驗效果, 選擇混凝作為前端預處理方式, 聚合氯化鋁作為混凝劑, PAM作為實驗助凝劑。

3.3 時間對處理效果的影響

時間對絮凝物的沉降影響較大, 沉降時間會直接影響濁度的預處理效果, 實驗分別研究了不同的沉降時間 (15min、30min、60min、90min, 120 min和150min) 對預處理效果的影響。以濁度去除率為指標, 取若干250mL燒杯, 置入100 mL焦化廢水生化出水, 在20℃實驗條件下, 添加聚合氯化鋁100mg/L, PAM投加量為10mg/L, 攪拌3 min, 靜置一段時間后, 取上清液測其濁度, 計算濁度去除率, 混凝效果見圖3。從圖3中可知, 隨著時間的增加, 濁度去除效果明顯增加, 說明本實驗沉降時間的增加有利于絮凝物的形成以及沉淀徹底, 但是當沉降時間大于120 min后, 進一步增加沉降時間效果變化不明顯, 因此實驗中選用120 min為較佳沉降時間。

圖3 沉降時間對濁度去除效果的影響

3.4 聚合氯化鋁投加量對絮凝效果的影響

取若干250mL燒杯, 置入100mL焦化廢水生化出水, 在20℃實驗條件下, 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, 取上清液測其濁度, 計算濁度去除率, 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的增大, 混凝效果越來越好, 當聚合氯化鋁的投加量增加到300 mg/L時, 其濁度去除率接近較大, 繼續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生電中和, 并壓縮擴散層厚度, 降低膠體顆粒表面動電位.使膠體脫穩而絮凝沉降, 而當聚合氯化鋁用量過大時, 過多的聚合氯化鋁包圍在廢水微粒周圍, 微粒之間接觸機會變小, 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, 此時濁度的去除率為75%。

3.5 溫度對處理效果的影響

取若干250mL燒杯, 置入100 mL焦化廢水, 在不同的實驗溫度 (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, 取上清液測其濁度, 計算濁度去除率, 探討溫度對絮凝效果的影響, 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, 在25~35℃區間范圍內, 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過一個水解過程, 而溫度升高有利于聚合氯化鋁水解的進行。焦化廢水經過二級生化處理后, 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混凝預處理工藝較佳溫度條件。

圖5 溫度對混凝效果影響

3.6 中試情況

針對四川某鋼鐵廠生化尾水系統出水濁度高、色度高的特點, 此次生化尾水深度處理工程采用絮凝預處理和樹脂吸附組合處理工藝, 在實驗中, 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作為預處理混凝劑, 攪拌靜置120min后, 進入樹脂柱吸附, 混凝預處理中試實驗結果見圖6, 從圖6中可以看出混凝處理效率基本穩定, 但是當廢水濁度較低時, 低于20NTU, 濁度去除率出現了較低值, 僅有35%, 色度去除率基本不受影響, 經過混凝預處理后, 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水水質穩定, 減少了樹脂吸附處理的負擔和解析再生頻率, 從而降低了整個工藝成本。

圖6 中試預處理效果

4 結論

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

(2) 中試現場水溫25~35℃, 滿足預處理較佳溫度條件, 采用絮凝預處理焦化生化出水, 保證樹脂吸附處理工藝進水水質穩定, 減少了樹脂吸附處理的負擔和解析再生頻率, 從而降低了整個工藝成本。

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