鸡毛角蛋白助剂与聚合硫酸铁组成复配体系处理选煤废水的研究

选煤废水是原煤洗选加工时产生的工业尾水，其中含有大量的煤粉、泥砂、悬浮物以及少量有机药剂和金属离子等。选煤废水由于具有色度高、pH值偏高、出水量大，颗粒表面带有较强的负电荷，SS浓度和CODcr浓度都很细小颗粒含量高、黏度大、污泥比阻大、过滤性能差等特点，使其处理非常困难。

选煤废水的处理方法有生化法、电渗透析法、絮凝沉降法、吸附法、化学氧化法、离子交换法等，目前国内选煤厂主要采用电化学处理法、絮凝沉降法、气浮法、混凝沉降法、重力浓缩沉淀法等。絮凝剂处理是一种常用选煤废水处理方法，其中，化学絮凝沉淀法是较基本的方法。常用的化学絮凝剂分为无机盐类絮凝剂和有机高分子絮凝剂，一般将二者复配使用。如电石渣与PAM的混凝沉降法处理选煤废水具有良好的效果，处理后选煤废水的各项指标均能达到国家排放标准，且能满足选煤工艺的用水要求。

近年来，天然高分子改性吸附剂、絮凝剂的研究取得很大发展，中国从20世纪80年代开始重视羽毛废弃物的资源利用，且正在向水处理领域应用的方向发展，如韩庆利利用羽毛鸡毛）作为净化油烟的过滤材料，邵坚等用不同方法制备改性羽毛用于Cr2O72-吸附，徐锁洪等用稀碱液及CS2将羽毛改性，用于处理含金属离子的废水，郑庆康等将改性后的水解角蛋白质用于印染废水脱色，均取得了良好的应用效果。实验前期研究了角蛋白助剂用于选煤废水处理，取得了良好的效果，但存在废水处理pH值低、处理投药量大等缺点。因此，寻求将鸡毛角蛋白助剂与聚合硫酸铁组成复配体系，开发其在选煤废水处理方面的应用价值。

1实验

1.1实验药品及仪器

角蛋白助剂（自制）；选煤废水：陕西省榆林富民选煤厂；化学试剂盐酸、亚硫酸氢钠、氢氧化钠、冰乙酸等，均为分析纯）：西安化学试剂厂生产。

GKC-11-CR2电子恒温水浴锅（上海金桥科仪器厂）；PhS-3C型精密酸度计（上海雷磁仪器厂）；SHZ-D（Ⅲ）循环水式真空泵（巩义市予华仪器有限责任公司）；2K-82B电热真空干燥箱（上海实验仪器厂有限公司）等。

1.2实验方法

取等量的选煤废水分别置于烧杯中，调节废水pH值，一定温度下加入助剂，搅拌一定时间后静置30min，取上清液抽滤，抽滤后将滤纸烘干，再干燥至室温，称量。

1.3SS去除率测定

按照GB11901-1989《水质悬浮物的测定重量法》测定。

SS去除率按式（1）计算

SS去除率=（mO-mi）/mv×100%(1）式中，mo为原废水抽滤干燥后滤纸的质量，g；mi为经处理后废水抽滤干燥后滤纸的质量，g。

2结果与讨论

2.1角蛋白助剂与聚合硫酸铁处理选煤废水对比

室温下，对同浓度的a，b两组选煤废水分别调节废水pH值为4，a组投加不同量的角蛋白助剂，b组投加不同量的聚合硫酸铁助剂，比较角蛋白助剂用量和聚合硫酸铁用量的变化对SS去除率的影响，结果如图1所示。

由图1可知，不同用量的鸡毛角蛋白助剂和聚合硫酸铁处理选煤废水，随着投加量的增加，SS去除率都呈先增加后逐渐下降的趋势。当鸡毛角蛋白助剂和聚合硫酸铁投加量分别为0．01g/L时，SS去除率为16.7%和65.3%；当用量增加至0.05g/L时，SS去除率分别为45.1%和90.2%，此时，聚合硫酸铁处理选煤废水的SS去除率达到较高值。当鸡毛角蛋白助剂和聚合硫酸铁投加量分别为0.2g/L时，SS去除率分别达到89%和83%，这时鸡毛角蛋白助剂处理选煤废水的SS去除率达到峰值，随后SS去除率逐渐下降，这可能是由于过量助剂破坏了煤泥胶团，导致絮体太小、难以沉降，致使SS去除率下降。综上分析，聚合硫酸铁处理选煤废水整体用量较少，效果明显，但角蛋白助剂也具有成本低廉、效果良好的优势，因此，考虑将二者复配组成复配体系，以达到处理条件优化、用量更少、以废制废的目的。

2.2角蛋白助剂与聚合硫酸铁复配

室温下，将鸡毛角蛋白助剂和聚合硫酸铁组成复配体系，分别对选煤废水保持原废水pH值为7—8)进行处理，研究不同配比的复配体系对SS去除率的影响，结果见表1。

由表1可见，在不调节选煤废水pH值的情况下，即碱性条件下，不同配比的复配体系对选煤废水处理，SS去除率均在80%左右。当鸡毛角蛋白助剂用量为0.2g/L，聚合硫酸铁用量为0.025g/L时，SS去除率达到较高值85.5%，实现了在碱性条件下高效处理废水。

2.3复配体系处理选煤废水影响因素研究

2.3.1选煤废水pH值对SS去除率的影响

室温下，分别调节选煤废水pH值，然后加入等量角蛋白、聚合硫酸铁复配体系，研究废水pH值变化对SS去除率的影响，结果如图2所示。

由图2可知，当废水pH值从2增至9时，SS去除率呈逐渐下降趋势，但均未低于75%。当pH值为4时，SS去除率较大，可达92.2%，当pH值在6—8时，SS去除率在85%左右。这可能是由于一方面角蛋白助剂是大分子絮凝剂，其大分子链具有吸附架桥作用一“桥联”作用，使煤粒脱稳、絮凝、沉降除去；另一方面在碱性条件下，角蛋白助剂逐步转化为带负电荷的大分子，与煤泥胶团负离子产生静电斥力，使分散的小絮凝颗粒无法絮凝沉降，导致SS去除率降低。本实验中较佳处理pH值为4，但因原选煤废水出水pH值为7—8，此时，SS去除率也在85%以上，因此实际应用中，可以不调废水pH值直接进行处理。

2.3.2选煤废水温度对SS去除率的影响

保持选煤废水原水pH值，然后加入等量复配体系，分别调节温度，研究温度对SS去除率的影响，结果如图3所示。

由图3可知，随着温度的升高，SS去除率先增大而后略有下降。20℃时，选煤废水的SS去除率为92.3%，30℃时，SS去除率为93.5%，在温度升至50℃时，SS去除率达到较大94.5%，而后随着温度的升高，SS去除率略微下降。这是因为在低温状况下，聚合硫酸铁水解速度慢，水黏度变大，布朗运动减弱，煤泥粒子与絮凝剂不能充分接触，导致絮体不易形成。而温度过高又导致角蛋白助剂中大分子的肽链部分断裂，致使角蛋白助剂对煤泥胶团的吸附、絮凝等作用减弱。本实验中较佳处理温度为50℃，实际处理时，因选煤废水出水温度在20~30℃，可以不考虑废水温度，直接处理。

2.3.3搅拌速度对SS去除率的影响

保持选煤废水原水pH值，在室温20℃左右时，分别加入等量复配体系，控制选煤废水处理的搅拌速度，研究搅拌速度对SS去除率的影响，结果如图4所示。

由图4可知，随着搅拌速度的增大，SS去除率呈先增大后逐渐减小的趋势。当搅拌速度为30r/min时，SS去除率为79.5%，当速度为120r/min时，SS去除率达到较高86.6%，随着搅拌速度的加快，SS去除率逐渐降低。这可能是由于搅拌速度太慢，煤泥胶团与复配助剂不能充分接触，不利于絮体的形成，而搅拌速度过大，则会导致煤泥胶团与絮凝剂被解析甚至破坏絮体，使絮体无法顺利沉降，导致SS去除率降低。本实验选取较佳搅拌速度为120r/min。

2.3.4处理时间对SS去除率的影响

保持选煤废水原水pH值，室温20℃左右时，加入等量复配体系对选煤废水进行处理，调节搅拌速度为120r/min，研究沉降时间对SS去除率的影响，结果如图5所示。

由图5可知，随着沉降时间的增加，SS去除率先增大而后趋于平缓。当沉降时间为5min时SS去除率仅为42.3%，当沉降时间为15min时SS去除率为86%，而当沉降时间达到45min时，SS去除率达到较高92.9%，之后，随着沉降时间的延长，SS去除率变化不大。这是因为合适的沉降时间可以保证絮凝剂与煤泥胶团充分接触反应，使形成的大絮体带着小絮凝体充分沉降，较终使SS达到良好的去除效果。本实验中选择较佳沉降时间为30min。

3结论

1)当复配体系中鸡毛角蛋白助剂为0.2g/L，聚合硫酸铁为0.025g/L时，将该角蛋白聚合硫酸铁复配体系直接用于选煤废水处理，SS去除率达到85.5%，实现了在碱性条件下高效处理废水。该复配体系处理选煤废水较佳工艺条件为：室温条件下，不考虑出水温度和废水pH值，即保持选煤废水原水pH值（7—8），投加角蛋白、聚合硫酸铁复配体系并搅拌，搅拌速度为120r/min，反应后沉降45min，此时，SS去除率达到92.9%。

2)选煤厂处理选煤废水时，考虑到设备、能耗等问题，可以不考虑出水温度和废水pH值，直接投加角蛋白复配体系反应沉降15~30min即可达到良好的SS去除效果。

3)角蛋白、聚合硫酸铁复配体系用于选煤废水处理，减少了助剂用量，处理条件由酸性转变为中性、碱性条件，缩减了处理工艺步骤，既达到了高效处理选煤废水，又实现了以废治废的研究目的。