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采用聚合氯化铝和聚丙烯酰胺对钢铁厂焦化废水混凝预处理实验研究

聚合氯化铝 发布时间:2017年12月14日

摘 要: 采用聚合氯化铝和聚丙烯酰胺对钢铁厂焦化废水混凝预处理效果进行了试验研究, 考察了混凝剂种类、投加量、反应温度和时间对处理效果的影响。结果表明, 在焦化废水水温35℃, 采用300mg/L的聚合氯化铝和10mg/L的聚丙烯酰胺作为预处理混凝剂, 处理时间120min, 焦化废水浊度去除率达到80%。试验证明, 混凝预处理工艺对焦化废水色度、浊度去除效果较好, 能够达到预处理要求, 为后续树脂吸附工艺提供原水。

1 引言

焦化废水是钢铁企业焦化厂炼焦所有环节生产废水的统称, 其成分复杂, 污染物较多, 会严重污染环境。焦化废水处理工艺包括生化处理技术、絮凝沉降技术以及催化氧化处理技术等, 目前, 国内大部分钢铁企业焦化厂采用生化处理工艺处理焦化废水, 焦化废水经一二级生化处理后, 水中的酚、氰、BOD基本能达到排放标准, 但色度、浊度仍然较高, 难以达到废水排放标准[1-4]。

笔者所在研究团队长期致力于树脂脱除焦化废水色度技术的研究和推广, 在实验中, 所用水样浊度较高, 导致树脂吸附效率降低、树脂再生频率增加等问题, 为了降低深度处理成本, 提高处理效率, 需要在深度处理前选择较为有效的预处理方式。本实验选择混凝的方式预处理进水水样, 以期水样的浊度降至30NTU以下, 减少浊度对后期树脂吸附深度处理焦化废水的影响。

2 实验材料与方法

2.1 实验材料及仪器

实验仪器:DF-101Z型集热式恒温加热磁力搅拌器 (河南省予华仪器有限公司) ;FA2204B电子天平 (上海精科天美科学仪器有限公司) ;哈希1900C浊度仪 (美国哈希) ;哈希快速测定仪 (美国哈希) ;FTIR-650型 (天津港东科技发展股份有限公司) 。

实验材料:聚合氯化铝、聚丙烯酰胺 、硫酸亚铁、硫酸铝

实验用水:废水取自四川某钢铁企业焦化厂废水处理站, 是生化处理后的出水经无阀滤池过滤后的出水, 其中氨氮和总氰指标已满足排放标准, 经直接测定, 实验用水的pH为7.8、CODCr为308 mg/L、色度为800倍, 浊度100NTU。

2.2 实验方法

2.2.1 分析方法

CODCr:采用COD快速测定仪进行测定, 并用标准方法进行校正;色度:稀释倍数法;浊度:哈希1900C快速测定。 2.2.2 实验方法

分别量取500mL水样, 置于烧杯中, 按不同投加量将上述絮凝剂分别加入水样中, 搅拌3 min, 静置一段时间后, 取清液, 检测水质浊度、色度。

3 结果与讨论

3.1 焦化废水红外光谱特征

焦化废水化学性质主要由其中的有机基团所表达, 傅立叶转换红外 (FT-IR) 光谱图可用于表征特征分子基团及其结构信息, 焦化废水红外光谱见图1, 分别在3453cm、1637cm、1388cm、1085cm处焦化废水出现了明显的振动吸收峰, 3453cm可能是COOH、醇和苯酚中OH的伸缩振动吸收峰, 1637cm可能芳香C=C骨架振动、酰胺Ⅰ带C=O振动及醌C=O振动吸收峰, 1388cm可能是芳香族NO2对称吸收峰[5], 说明焦化废水中存在有不饱和结构双键和芳香族化合物, 也表明焦化废水主要组分为不饱和结构双键化合物和芳香类化合物。

图1

图1 焦化废水的FT-IR红外光谱图

3.2 常用工业絮凝剂的效果对比

取若干250mL烧杯, 置入100mL焦化废水生化出水, 分别加入聚合氯化铝、硫酸亚铁、硫酸铝、PAM进行混凝试验, 混凝剂聚合氯化铝、硫酸亚铁、硫酸铝投加量均为500mg/L, PAM投加量为10mg/L, 浊度去除效果见图2。

图2

图2 不同混凝剂对废水浊度的去除效果

在废水的处理中, 混凝剂的选择直接影响废水处理效果, 由图2中可知, 聚合氯化铝的浊度去除效果优于其它几种絮凝剂, 这是因为无机高分子絮凝剂聚合氯化铝水解后可形成大的矾花, 具有强的卷扫网捕能力, 而硫酸铝、硫酸亚铁等絮凝后形成的絮体沉淀较为细小, 容易飘散, 故浊度的去除效果不如聚合氯化铝明显[6,7]。在工业水处理中, PAM主要用做助凝剂, 通过电中和、架桥、网捕等作用, 可快速与微粒吸附在一起。综合考虑到不同药品的实验效果, 选择混凝作为前端预处理方式, 聚合氯化铝作为混凝剂, PAM作为实验助凝剂。

3.3 时间对处理效果的影响

时间对絮凝物的沉降影响较大, 沉降时间会直接影响浊度的预处理效果, 实验分别研究了不同的沉降时间 (15min、30min、60min、90min, 120 min和150min) 对预处理效果的影响。以浊度去除率为指标, 取若干250mL烧杯, 置入100 mL焦化废水生化出水, 在20℃实验条件下, 添加聚合氯化铝100mg/L, PAM投加量为10mg/L, 搅拌3 min, 静置一段时间后, 取上清液测其浊度, 计算浊度去除率, 混凝效果见图3。从图3中可知, 随着时间的增加, 浊度去除效果明显增加, 说明本实验沉降时间的增加有利于絮凝物的形成以及沉淀彻底, 但是当沉降时间大于120 min后, 进一步增加沉降时间效果变化不明显, 因此实验中选用120 min为最佳沉降时间。

图3

图3 沉降时间对浊度去除效果的影响

3.4 聚合氯化铝投加量对絮凝效果的影响

取若干250mL烧杯, 置入100mL焦化废水生化出水, 在20℃实验条件下, 分别添加聚合氯化铝50mg/L、100mg/L、300mg/L、500mg/L, PAM投加量为10 mg/L, 搅拌3 min, 静置120 min后, 取上清液测其浊度, 计算浊度去除率, 混凝效果见图4所示。

图4

图4 聚合氯化铝投加量对混凝效果影响

由图4可知, 随着聚合氯化铝投加量的增加, 其浊度去除率也相应的增大, 混凝效果越来越好, 当聚合氯化铝的投加量增加到300 mg/L时, 其浊度去除率接近最大, 继续增大聚合氯化铝的投加量, 浊度的去除率变化不大。主要原因是随着聚合氯化铝添加量增加, 废水中带正电荷的Al 浓度增加, 与废水中大量的阴离子发生电中和, 并压缩扩散层厚度, 降低胶体颗粒表面动电位.使胶体脱稳而絮凝沉降, 而当聚合氯化铝用量过大时, 过多的聚合氯化铝包围在废水微粒周围, 微粒之间接触机会变小, 不易凝聚, 处理效率不再随投加量的增加而增大[8-10]。因此, 聚合氯化铝的最佳投加量为300mg/L, 此时浊度的去除率为75%。

3.5 温度对处理效果的影响

取若干250mL烧杯, 置入100 mL焦化废水, 在不同的实验温度 (20℃、25℃、30℃、35℃、40℃) 下, 添加聚合氯化铝300mg/L, PAM投加量为10mg/L, 搅拌3min, 静置120min后, 取上清液测其浊度, 计算浊度去除率, 探讨温度对絮凝效果的影响, 混凝效果见图5。从图5可知, 随着温度的增加, 效果呈先增加后减小的趋势, 在25~35℃区间范围内, 浊度去除效果最好, 这是由于聚合氯化铝在絮凝过程中需要经过一个水解过程, 而温度升高有利于聚合氯化铝水解的进行。焦化废水经过二级生化处理后, 出水水温在25~35℃之间, 不需通过其他方式加热便可满足聚合氯化铝+PAM混凝预处理工艺最佳温度条件。

图5

图5 温度对混凝效果影响

3.6 中试情况

针对四川某钢铁厂生化尾水系统出水浊度高、色度高的特点, 此次生化尾水深度处理工程采用絮凝预处理和树脂吸附组合处理工艺, 在实验中, 废水温25~35℃, 浊度80~192 NTU, 色度700~800倍, 选用300mg/L的聚合氯化铝和10mg/L的PAM作为预处理混凝剂, 搅拌静置120min后, 进入树脂柱吸附, 混凝预处理中试实验结果见图6, 从图6中可以看出混凝处理效率基本稳定, 但是当废水浊度较低时, 低于20NTU, 浊度去除率出现了最低值, 仅有35%, 色度去除率基本不受影响, 经过混凝预处理后, 色度可降至200~400倍, 浊度将至20NTU以下, 保证树脂吸附处理工艺进水水质稳定, 减少了树脂吸附处理的负担和解析再生频率, 从而降低了整个工艺成本。

图6

图6 中试预处理效果

4 结论

(1) 聚合氯化铝优于硫酸铝、硫酸亚铁的絮凝效果, 最佳用量为300mg/L, 结合10mg/L的PAM絮凝效果, 适合处理焦化废水, 处理前可以不用调节pH。

(2) 中试现场水温25~35℃, 满足预处理最佳温度条件, 采用絮凝预处理焦化生化出水, 保证树脂吸附处理工艺进水水质稳定, 减少了树脂吸附处理的负担和解析再生频率, 从而降低了整个工艺成本。

参考文献

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