聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺复合处理焦化二沉池废水的研究

炼焦、煤气净化及化产品回收过程中产生的一种难生物降解的有毒工业废水，有机物物浓度高、成分复杂，主要含有氨氮、酚类、氰类以及单环或多环芳香化合物及杂环化合物等。目前，国内焦化废水普遍采用以A/O或以A/O工艺改进后的A/O/O、A/A/0、0/A/0等生物强化工艺为基础的生物处理方法，但由于焦化废水的难降解性，经生化处理后出水还不能直接排放，必须辅以混凝沉淀处理。

铁系混凝剂是无机混凝剂的一种，是焦化废水处理过程中较常用的混凝剂之一，其原理为铁盐水解后可对水中胶体发挥压缩双电层及网捕作用，但由于其分子量较小，在发挥絮凝作用时存在投药量较高的缺点，往往会引起废水色度的升高和出水pH值的降低，这也是焦化企业在采用聚合硫酸铁混凝时面临的较大问题；有机高分子絮凝剂具有分子链长、用量小、絮凝效果好的特点，但其价格比较昂贵，制约了其在焦化废水领域的广泛应用。由无机高分子和有机高分子复合絮凝处理废水，既利用了无机絮凝剂强的电中和能力，又发挥了有机絮凝剂的吸附架桥作用，从而达到了较好的絮凝处理效果。为了克服聚合硫酸铁和PAM固有缺点，及本文选用聚合硫酸铁和PAM复合处理焦化废水，对影响焦化废水混凝效果的各因素进行了研究，探索较优混凝条件下经济有效的组合工艺参数，为焦化废水处理领域混凝剂的选择及实际应用提供切实可行的方案，从而指导生产。

1实验部分

1.1试剂与仪器

主要试剂：聚合硫酸铁（工业品，液态，其全铁含量11.0%～11.5%，盐基度10.5%～11.5%，pH值1．0～2.0），聚丙烯酰胺（阳离子型，分子量500万），盐酸(1：1)，NaOH。实验时将聚丙烯酰胺配制成0.3g/L溶液备用。

主要仪器：上海精科PHS3B型pH值测定仪，SHIMADZU电子天平，国华JJ-4型搅拌器，MultiN/C2IOOTOC/TN测定仪（德国耶拿）等。

1.2实验废水及方法

实验用水采自华中某焦化公司O/A/O生化后二沉池废水，其水质指标如下：TOC80-150mg/L，pH值7～8，电导率～5000μs/cm，浊度～30NTU。

采用烧杯实验。取一定量焦化二沉池废水于烧杯中，分别用HCL和NaOH调节废水至不同的pH值，将烧杯置于JJ-4型搅拌器上以200r/min速度搅拌，边搅拌加入一定量絮凝剂，继续搅拌1min后，调节转速为lOOr/min后搅拌lOmin，然后静置30min后在液面下2cm处取上清液进行TOC及浊度测量。

1.3分析方法

分析项目及方法见表1所示。

TOC去除率用下式表示：

式中：R表示TOC去除率，TOCo为原始水样TOC值，mg/L;TOCt为絮凝静置后上清液TOC值，mg/L。

2实验结果及讨论

2.1聚合硫酸铁用量对絮凝效果的影响

取1L焦化二沉池废水置于烧杯中，将烧杯置于JJ-4搅拌器上以200r/min速度搅拌，边搅拌加入一定聚合硫酸铁絮凝剂，继续搅拌1min后，调节转速为100r/min后搅拌10min，然后静置30min后取上清液测量TOC和浊度等，观察所形成絮体的大小、沉降快慢等。结果如图1所示。

絮凝剂的投加量是影响絮凝过程的重要因素之一。从图1中可以看出，聚铁投加量为1.4ml/L时，TOC的去除率为68.91%，此后随着聚铁投加量的不断增加，TOC的去除率有轻微下降；此外，在1.4ml/L投加量下，混凝后出水浊度可达较低为7.98NTU，聚铁投加量继续增加，出水浊度增加较快。一般来说，在絮凝过程中高分子絮凝剂通过电中和、架桥、网捕等作用，与水中微粒吸附在一起，若投加量过小，胶体离子表面没有足够的絮凝分子就不能形成大的絮体，废水中的胶体不能完全脱稳，因此达不到较好的絮凝效果；但投加量过大，离子表面活性降低，会发生再稳现象，絮凝效果变差，出水浊度增加，药剂费用也会相应增加。在实验过程中，投加0.2mL聚铁时，水中已经出现了絮体。因此，在单独使用聚合硫酸铁时，其较佳投加量为1.4mL/L。

2.2助凝剂PAM投加量对絮凝效果的影响

取1L焦化二沉池废水置于烧杯中，将烧杯置于JJ-4搅拌器上以200r/min速度搅拌，投加1.4ml聚铁溶液，然后再投加浓度聚丙烯酰胺溶液，100r/min转速搅拌10min后静置30min，测上清液TOC浓度。结果如图2所示。

图2为聚合硫酸铁投加量为1.4ml/L、pH值为7.5条件下，TOC去除率随PAM投加量变化而变化的曲线图。可以看出，在PAM投加量为1.2～2.4mg/L时，PAM可以起到很好的架桥作用，使生成的矾花大且快速沉降，水中TOC去除率都在70%以上。PAM用量过少或过多，TOC去除效果都会降低，分析其原因，PAM投加量较少时，能够提供吸附架桥作用的长链分子量较少，起不到助凝作用，而当PAM投加量过多时，PAM也能产生胶体保护作用而使刚好脱稳而又转向再悬浮，导致TOC去除率下降。因此，可以确定聚丙烯酰胺的较佳投加量为1.2mg/L。

2.3pH值对絮凝过程絮凝效果的影响

实验一：取同一批次焦化二沉池废水6份各IL，用HCL和NaOH调节废水pH值分别为4、5、6、7.5（原水的pH值）、8、9，置于JJ-4六联搅拌器上，以200r/min速度搅拌，投加1.4ml聚铁溶液，然后以100r/min搅拌10min;

实验二：取另一组水样在相同的条件下分别投加1.Oml聚铁溶液和4ml聚丙烯酰胺溶液(0.3g/L)，投加后溶液的PAM浓度为1.2mg/L。

两组实验搅拌结束后静置30min取上清液测TOC浓度和浊度。结果见图3所示。率随pH值的变化曲线；2——投加1.4mL聚合硫酸铁条件下TOC去除率随pH值的变化曲线；3一一投加1.OmL聚合硫酸铁和1.2mg/LPAM条件下反应后浊度随pH值的变化曲线。

图3不同pH值条件下混凝效果对比

从图3中可以看出，在投加1．Oml聚合硫酸铁和1.2mg/LPAM的混凝反应过程中，在废水pH值在58范围内，TOC去除率较好，可以达70%左右。但在pH值<7时，混凝反应后溶液浊度较原液上升，在碱性范围内，pH值越高，反应后液体浊度越低，反应后絮体沉降速度越快。因此，二沉池混凝反应可选择pH值78范围。考虑到焦化二沉池出水pH值一般在78时问，在投加聚合硫酸铁和PAM进行絮凝反应时，在利用聚合硫酸铁+PAM对焦化废水进行絮凝反应时可以不调节废水pH值。

此外，从图3中还可以看出，在相同的条件下，聚合硫酸铁的投加量由1.4ml/L降低为1．0ml/L，但在此过程中投加了1.2mg/L的助凝剂聚丙烯酰胺，水样中TOC去除率较未投加聚丙烯酰胺时升高，可达70%以上，即在混凝反应时投加一定量的PAM可以有效提高水中有机物的去除效率，即在相同的TOC去除效果情况下，加助凝剂比不加助凝剂时聚合硫酸铁投加量要节约很多。此外，由于聚合硫酸铁为强酸性液体，在投加量过大的情况下常会导致排口出水pH值呈酸性而不满足排放标准，在合理调配聚合硫酸铁及聚丙烯酰胺用量的情况下可有效改善出水pH值．

2.4碱化水解对聚丙烯酰胺的絮凝效果影响

为了验证碱化水解对聚丙稀酰胺絮凝效果的影响，配置相同浓度(0.3g/L)PAM溶液，其中一份以1：0.2比例投加NaOH固体于PAM溶液中，两份溶液都放置过夜（陈化）后使用。实验时取两份1L焦化二沉池废水，各投加1.0mL聚合硫酸铁溶液，然后再投加4ml水解和未水解的PAM溶液，在相同的实验条件下进行混凝实验，结果如表2所示。

从表2中可以看出，碱化水解的PAM在使用时TOC去除率较未碱化水解有了不同程度的提高。分析其原因，是因为经水解后的PAM分子链充分展开，伸展开的PAM高分子长链大大增加了和细小矾花颗粒碰撞和吸附的机会，可以使PAM得吸附架桥和网捕作用得到充分的发挥，从而提高助凝效果。在实际生产使用时，如果每月PAM用量为1吨，则水解碱化时所需NaOH用量为0.2吨，所需用量微乎其微，但由于PAM溶液加碱溶解时溶液pH值会有所升高，因此在使用时要格外注意。

3结论

采用聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺复合处理焦化二沉池废水，絮凝效果与絮凝剂的用量、废水pH值等有密切的关系。当聚合硫酸铁用量为1．0ml/L、PAM用量为1.2mg/L下，经混凝后废水TOC去除率较高可达70%，且使用时无需调节废水pH值，且适当的碱化水解可促进聚丙烯酰胺的絮凝作用。此外，在同样的处理效果下，采用聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺复合处理废水相较于单独使用聚合硫酸铁，聚合硫酸铁用量可降低30左右%。