聚合硫酸铁（聚铁）与壳聚糖复配用于焦化废水的混凝处理

焦化废水是在煤干馏、煤气净化及化工产品回收精制过程中产生的1种高浓度、高污染、难降解废水，其有机物浓度高、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。目前国内多采用生化法处理焦化废水，由于焦化废水的难降解性，经生化处理后出水还远不能达到排放标准，因此，后端常辅以混凝沉淀处理，聚合硫酸铁（聚铁）(聚铁)是较常用的混凝剂之一，聚合硫酸铁（聚铁）经水解后可对水中胶体发挥压缩双电层及网捕作用，且价格便宜。

近年来，无机有机复合絮凝剂的研究开发逐渐成为热点。无机有机复合絮凝剂可以利用无机絮凝剂压缩双电层作用和有机高分子絮凝剂的吸附架桥作用，两者可产生协同作用而取得更好的絮凝效果。用于焦化废水常见的无机有机复合絮凝剂主要是聚合硫酸铁（聚铁）聚丙烯酰胺(聚合硫酸铁（聚铁）-PAM)复合絮凝剂，由于丙烯酰胺单体具有毒性，且聚丙烯酰胺溶解过程较难控制，因此制约了其使用。壳聚糖(Chitosan)是甲壳素脱乙酰基的产物，在自然界来源非常丰富，酸性介质中可表现出阳离子聚合电解质性质，且无毒、易生物降解。本文采用焦化废水处理过程中常用的聚合硫酸铁（聚铁）与壳聚糖进行复配，制备复合絮凝剂聚合硫酸铁（聚铁）-CTS，并用于焦化废水的混凝处理，探讨了其组成、用量、pH值等因素对絮凝效果的影响及其合理性和可行性，以期为聚合硫酸铁（聚铁）-CTS复合絮凝剂工程应用提供借鉴。

1实验部分

1.1试剂与仪器

聚合硫酸铁（聚铁）（工业品，液态，其全铁含量11.O%～11.5%，盐基度10.5%～11.5%，pH值1.0～2.O），壳聚糖，脱乙酰度94%，邻苯二甲酸氢钾、重铬酸钾、浓盐酸、氢氧化钠等都为分析纯。

仪器：上海精科PHS-3B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），HaCH2lOOp型浊度分析仪及其他常规实验仪器等。

实验水样：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，电导率约5000μs/cm，浊度约30NTU。

1.2壳聚糖絮凝剂的制备

配置0.5%乙酸溶液，称取19壳聚糖，将壳聚糖溶于0.5%乙酸溶液中，配置成1g/L的壳聚糖溶液。将该溶液在70℃水浴下加热搅拌2h，冷却后备用。

1.3实验方法

采用烧杯模拟对焦化二沉池废水进行絮凝实验。取一定量二沉池废水于烧杯中，调节pH后加入一定量絮凝剂，再以300r/min速度搅拌30s后以100r/min的速度搅拌一定时间，静沉30min后用移液管在液面下3cm处取上清液，测量TOC浓度及浊度，并计算其去除率。

2实验结果及讨论

2.1聚合硫酸铁（聚铁）投加量对絮凝效果的影响

为了找出聚合硫酸铁（聚铁）和CTS的较佳投加量，先确定聚合硫酸铁（聚铁）投加量，然后再确定CTS的较佳投加量，从而确定复合絮凝剂合适的加量配方。这是因为在絮凝过程中以聚合硫酸铁（聚铁）为絮凝主体，CTS的加入作为助凝剂。在室温条件下取1L焦化二沉池废水，在搅拌条件下投加不同量聚合硫酸铁（聚铁）溶液，以300r/min的速度搅拌30s后以100r/min的速度搅拌5min，静沉30min后用移液管在液面下3cm处取上清液测量TOC浓度和浊度，结果如图1所示。

由图1可以看出，聚合硫酸铁（聚铁）投加量为1.2mL/L时，TOC去除率可达70%，出水浊度可达较低为7.98nut，此后随着聚合硫酸铁（聚铁）投加量的不断增加，TOC的去除率有轻微下降，出水浊度则增加较快。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，投加量0.2ml/L时，水中已经出现了絮体。因此，可以确定较佳投加量为1.2ml/L。

2.2壳聚糖投加量对絮凝效果的影响在聚合硫酸铁（聚铁）较佳投加量为1.2mL/L基础上确定复合絮凝剂的较佳投加量。设计5组不同CTS加量配方，在同等条件下对等量焦化废水进行混凝实验，待静置沉淀后，取上清液测定各水样TOC及浊度值，计算去除率。结果如图2所示。

从图2可以看出，壳聚糖溶液的加入对聚合硫酸铁（聚铁）的混凝作用有一定的促进作用，TOC的去除率较单独使用聚合硫酸铁（聚铁）时都有不同程度提高，且随着壳聚糖投加量的增加，TOC去除率呈现出先增加后略微降低的趋势，CTS投加量为1.6mg/L时，TOC去除率可达74.37%左右，这比单独使用等量的聚合硫酸铁（聚铁）时可提高了5.4%左右。此外，在实验中观察到，投加CTS后产生的絮体较单独使用聚合硫酸铁（聚铁）时还要密实，沉降速度更快。分析其原因，是因为聚合硫酸铁（聚铁）多聚体中的羟基与壳聚糖分子链上的氨基之间发生了氢键作用，在壳聚糖高分子链上节枝了很多羟基无机絮体，电中和能力和架桥作用都得到了进一步增强，但随着CTS投加量的增加，CTS溶液中乙酸分子会贡献小部分TOC值，引起其去除率的下降。因此，可以确定1.6mg/l为壳聚糖的较佳投加量。

2.3pH值对絮凝效果的影响

废水的pH值也是影响絮凝效果的1个重要因素。在确定了聚合硫酸铁（聚铁）和CTS较佳投加量的基础上，在室温条件下，调节焦化废水pH值在4～9的范围，在同等条件下进行混凝实验，待静置沉淀后，取上清液测定各水样TOC及浊度值。结果见图3所示。

由图3可以看出，在pH值为6时，TOC去除率较高可达72.74%；在pH值为7.5时，其浊度去除率较大可达92%。pH值超过8时，TOC的去除率急剧下降，浊度去除率反而升高。分析其原因，可能是因为在聚合硫酸铁（聚铁）的水解絮凝过程中，若pH值降低，则Fe3+水解过程受阻，对废水中悬浮性胶粒的脱稳作用下降，影响其絮凝效果，pH值升高时，水中碱性物质会促使[Fe2(OH)3]3+、[Fe2(OH)2]4+、[Fe3(OH)4]5+等多核羟基络离子转化为Fe(OH)3沉淀物，因此，TOC去除率会下降；对于壳聚糖来说，pH值较低时，其所携带的氨基质子化后削弱了与聚合硫酸铁（聚铁）中羟基之间的作用力，因此会降低其助凝作用，pH值升高时，由于絮凝主体聚合硫酸铁（聚铁）效果下降，因此，壳聚糖助凝作用也不再显现。浊度的去除率随pH值的升高而逐渐升高，但考虑到TOC的去除率，因此，复合絮凝剂较好的pH值范围为中性，即6～8的范围。焦化废水经前端生物法处理后二沉池出水一般在7.5左右，因此，在使用该复合絮凝剂对焦化废水二沉池废水进行絮凝实验时无需进行pH值调节。

2.4搅拌速度对絮凝效果的影响

在确定了聚合硫酸铁（聚铁）、CTS较佳投加量及废水较佳pH值的基础上，取一定量焦化废水二沉池出水，快速混合过程搅拌速度一样，改变不同的混凝阶段搅拌速度，在同等条件下进行混凝实验，待静置沉淀后，取上清液测定各水样TOC及浊度值。结果见图4所示。

从图4可以看出，搅拌速度对TOC和浊度的去除都有一定的影响。搅拌速度在100r/min时，TOC去除率较大可达73.51%，此时浊度去除率为92.5%。在搅拌速度大于100r/min后，废水TOC的去除率下降较快；浊度较佳去除速度为200r/min，较大去除率为95.75%，搅拌速度为200r/min时，TOC去除率下降至68.54%。分析其原因，对于TOC来说，在絮凝阶段，要求水流有适宜的水流剪切力，即适宜的紊动性，使得絮体能够进一步碰撞聚集，较后形成尺寸较大的絮凝体，若搅拌速度过高，水流剪切力较大，絮凝体在长时间高强度的搅拌作用下会发生破碎，高分子絮凝剂的长链也易因高强度搅拌而被打碎，从而导致混凝效果下降。对于浊度来说，搅拌速度过大时，絮凝体被打碎后自然不易沉降，出水浊度反而升高。对于聚合硫酸铁（聚铁）-CTS复合絮凝剂来说，为了获得较好的有机物去除效果，在保证出水浊度满足要求的条件下，可以选择100r/min作为较佳搅拌速度。

3结论

采用聚合硫酸铁（聚铁）和CTS复合絮凝剂处理焦化二沉池废水时，絮凝效果与絮凝剂的用量、废水pH值及搅拌速度等有密切的关系。在聚合硫酸铁（聚铁）用量为1.2mL/L、CTS用量为1.6mg/L、搅拌速度100r/min条件下，经混凝后废水TOC去除率可达70%以上，较单独使用聚合硫酸铁（聚铁）絮凝剂可提高5%左右，且使用时无需调节废水pH值。此外，聚合硫酸铁（聚铁）和CTS制备原料来源广泛，价格低廉，由其制备的复合絮凝剂无二次污染，是1种新型的绿色环保型水处理剂，应用前景广阔。