用聚合硫酸鐵—?dú)ぞ厶菑?fù)合絮凝劑處理焦化廢水的效果研究

焦化廢水是在煤干餾、煤氣凈化及化工產(chǎn)品回收精制過(guò)程中產(chǎn)生的１種高濃度、高污染、難降解廢水，其有機(jī)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(guó)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(yuǎn)不能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，因此，后端常輔以混凝沉淀處理，聚合硫酸鐵是較常用的混凝劑之一，聚合硫酸鐵經(jīng)水解后可對(duì)水中膠體發(fā)揮壓縮雙電層及網(wǎng)捕作用，且價(jià)格便宜。近年來(lái)，無(wú)機(jī)—有機(jī)復(fù)合絮凝劑的研究開(kāi)發(fā)逐漸成為熱點(diǎn)。無(wú)機(jī)—有機(jī)復(fù)合絮凝劑可以利用無(wú)機(jī)絮凝劑壓縮雙電層作用和有機(jī)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(jiàn)的無(wú)機(jī)有機(jī)復(fù)合絮凝劑主要是聚合硫酸鐵—聚丙烯酰胺（聚合硫酸鐵ＰＡＭ）復(fù)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(guò)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(lái)源非常豐富，酸性介質(zhì)中可表現(xiàn)出陽(yáng)離子聚合電解質(zhì)性質(zhì)，且無(wú)毒、易生物降解。本文采用焦化廢水處理過(guò)程中常用的聚合硫酸鐵與殼聚糖進(jìn)行復(fù)配，制備復(fù)合絮凝劑聚合硫酸鐵—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(duì)絮凝效果的影響及其合理性和可行性，以期為聚合硫酸鐵—ＣＴＳ復(fù)合絮凝劑工程應(yīng)用提供借鑒。

２　實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

２．１　聚合硫酸鐵投加量對(duì)絮凝效果的影響為了找出聚合硫酸鐵和ＣＴＳ的較佳投加量，先確定聚合硫酸鐵投加量，然后再確定ＣＴＳ的較佳投加量，從而確定復(fù)合絮凝劑合適的加量配方。這是因?yàn)樵谛跄^(guò)程中以聚合硫酸鐵為絮凝主體，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(cè)量ＴＯＣ濃度和濁度，結(jié)果如圖１所示?！?/p>

由圖１可以看出，聚合硫酸鐵投加量為１．２ｍＬ／Ｌ時(shí)，ＴＯＣ去除率可達(dá)７０％，出水濁度可達(dá)較低為７．９８ｎｕｔ，此后隨著聚合硫酸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(lái)說(shuō)，在絮凝過(guò)程中高分子絮凝劑通過(guò)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(guò)小，膠體離子表面沒(méi)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)不到理想的絮凝效果；但投加量過(guò)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(guò)程中，投加量０．２ｍＬ／Ｌ時(shí)，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(duì)絮凝效果的影響

在聚合硫酸鐵較佳投加量為１．２ｍＬ／Ｌ基礎(chǔ)上確定復(fù)合絮凝劑的較佳投加量。設(shè)計(jì)５組不同ＣＴＳ加量配方，在同等條件下對(duì)等量焦化廢水進(jìn)行混凝實(shí)驗(yàn)，待靜置沉淀后，取上清液測(cè)定各水樣ＴＯＣ及濁度值，計(jì)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(duì)聚合硫酸鐵的混凝作用有一定的促進(jìn)作用，ＴＯＣ的去除率較單獨(dú)使用聚合硫酸鐵時(shí)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(shì)，ＣＴＳ投加量為１．６ｍｇ／Ｌ時(shí)，ＴＯＣ去除率可達(dá)７４．３７％左右，這比單獨(dú)使用等量的聚合硫酸鐵時(shí)可提高了５．４％左右。此外，在實(shí)驗(yàn)中觀察到，投加ＣＴＳ后產(chǎn)生的絮體較單獨(dú)使用聚合硫酸鐵時(shí)還要密實(shí)，沉降速度更快。分析其原因，是因?yàn)榫酆狭蛩徼F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(wú)機(jī)絮體，電中和能力和架橋作用都得到了進(jìn)一步增強(qiáng)，但隨著ＣＴＳ投加量的增加，ＣＴＳ溶液中乙酸分子會(huì)貢獻(xiàn)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。

２．３?。穑戎祵?duì)絮凝效果的影響

廢水的ｐＨ值也是影響絮凝效果的１個(gè)重要因素。在確定了聚合硫酸鐵和ＣＴＳ較佳投加量的基礎(chǔ)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(jìn)行混凝實(shí)驗(yàn)，待靜置沉淀后，取上清液測(cè)定各水樣ＴＯＣ及濁度值。結(jié)果見(jiàn)圖３所示。

由圖３可以看出，在ｐＨ值為６時(shí)，ＴＯＣ去除率較高可達(dá)７２．７４％；在ｐＨ值為７．５時(shí)，其濁度去除率較大可達(dá)９２％。ｐＨ值超過(guò)８時(shí)，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?yàn)樵诰酆狭蛩徼F的水解絮凝過(guò)程中，若ｐＨ值降低，則Ｆｅ３＋水解過(guò)程受阻，對(duì)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(shí)，水中堿性物質(zhì)會(huì)促使［Ｆｅ２（ＯＨ）３］３＋、［Ｆｅ２（ＯＨ）２］４＋、［Ｆｅ３（ＯＨ）４］５＋等多核羥基絡(luò)離子轉(zhuǎn)化為Ｆｅ（ＯＨ）３沉淀物，因此，ＴＯＣ去除率會(huì)下降；對(duì)于殼聚糖來(lái)說(shuō)，ｐＨ值較低時(shí)，其所攜帶的氨基質(zhì)子化后削弱了與聚合硫酸鐵中羥基之間的作用力，因此也會(huì)降低其助凝作用，ｐＨ值升高時(shí)，由于絮凝主體聚合硫酸鐵效果下降，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(fù)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(fù)合絮凝劑對(duì)焦化廢水二沉池廢水進(jìn)行絮凝實(shí)驗(yàn)時(shí)無(wú)需進(jìn)行ｐＨ值調(diào)節(jié)。

２．４　攪拌速度對(duì)絮凝效果的影響

在確定了聚合硫酸鐵、ＣＴＳ較佳投加量及廢水較佳ｐＨ值的基礎(chǔ)上，取一定量焦化廢水二沉池出水，快速混合過(guò)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(jìn)行混凝實(shí)驗(yàn)，待靜置沉淀后，取上清液測(cè)定各水樣ＴＯＣ及濁度值。結(jié)果見(jiàn)圖４所示。

從圖４可以看出，攪拌速度對(duì)ＴＯＣ和濁度的去除都有一定的影響。攪拌速度在１００ｒ／ｍｉｎ時(shí)，ＴＯＣ去除率較大可達(dá)７３．５１％，此時(shí)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(shí)，ＴＯＣ去除率下降至６８．５４％。分析其原因，對(duì)于ＴＯＣ來(lái)說(shuō)，在絮凝階段，要求水流有適宜的水流剪切力，即適宜的紊動(dòng)性，使得絮體能夠進(jìn)一步碰撞聚集，較后形成尺寸較大的絮凝體，若攪拌速度過(guò)高，水流剪切力較大，絮凝體在長(zhǎng)時(shí)間高強(qiáng)度的攪拌作用下會(huì)發(fā)生破碎，高分子絮凝劑的長(zhǎng)鏈也易因高強(qiáng)度攪拌而被打碎，從而導(dǎo)致混凝效果下降。對(duì)于濁度來(lái)說(shuō)，攪拌速度過(guò)大時(shí)，絮凝體被打碎后自然不易沉降，出水濁度反而升高。對(duì)于聚合硫酸鐵－ＣＴＳ復(fù)合絮凝劑來(lái)說(shuō)，為了獲得較好的有機(jī)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

采用聚合硫酸鐵和ＣＴＳ復(fù)合絮凝劑處理焦化二沉池廢水時(shí)，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(guān)系。在聚合硫酸鐵用量為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(dá)７０％以上，較單獨(dú)使用聚合硫酸鐵絮凝劑可提高５％左右，且使用時(shí)無(wú)需調(diào)節(jié)廢水ｐＨ值。此外，聚合硫酸鐵和ＣＴＳ制備原料來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，由其制備的復(fù)合絮凝劑無(wú)二次污染，是１種新型的綠色環(huán)保型水處理劑，應(yīng)用前景廣闊。