混凝-氣浮法處理煤化工廢水的試驗(yàn)研究

羅 文

(太原市環(huán)境科學(xué)研究院，山西 太原 030002)

我國(guó)能源結(jié)構(gòu)為富煤、貧油、少氣，新型煤化工技術(shù)綜合應(yīng)用先進(jìn)的技術(shù)，以創(chuàng)造清潔能源和生產(chǎn)以煤炭為原料的產(chǎn)品為目標(biāo)，低成本的巨大優(yōu)勢(shì)使其正逐漸取代傳統(tǒng)的石油、天然氣產(chǎn)品，在當(dāng)今能源市場(chǎng)上更具競(jìng)爭(zhēng)力[1]。但是，我國(guó)煤炭資源和水資源的分布呈逆向關(guān)系，新型煤化工也面臨用水量大、污水排放量大的嚴(yán)峻問(wèn)題，可以說(shuō)，新型煤化工可能會(huì)造成水資源匱乏及嚴(yán)重的環(huán)境污染。而且，煤化工廢水具有色度大、COD值高、成分復(fù)雜、有毒有害等特點(diǎn)[2]。因此，對(duì)于煤化工廢水處理進(jìn)行試驗(yàn)研究，進(jìn)而通過(guò)經(jīng)濟(jì)有效的處理工藝降低其廢水排放量的意義重大。

1 廢水來(lái)源及水質(zhì)

試驗(yàn)原水取自某鋼鐵公司調(diào)節(jié)池出水，其水質(zhì)狀況如表1所示。

表1 試驗(yàn)用煤化工廢水水質(zhì)

2 試驗(yàn)試劑及儀器

2.1 試驗(yàn)試劑

聚合氯化鋁(PAC)，廣州市寶萬(wàn)化工有限公司；聚合硫酸鐵(PFS)，廣州和興化工有限公司；陽(yáng)離子聚丙烯酰胺(CPAM)，廣州中貝環(huán)?？萍加邢薰?；陰離子聚丙烯酰胺(APAM)，鄭州普爾化工產(chǎn)品有限公司；聚二甲基二烯丙基氯化銨(PDMDAAC)，杭州海瑞化工有限公司；試亞鐵靈指示劑，天津市大陸化學(xué)試劑廠(chǎng)；四氯化碳、氯化鈉、重鉻酸鉀、濃硫酸、硫酸銀、溴化鉀、碘酸鉀、硫酸汞，分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司。

2.2 試驗(yàn)儀器

pHS-3C數(shù)字式pH計(jì)，金壇市精達(dá)儀器制造有限公司；FA1204B精密電子天平，上海精科天美科學(xué)儀器；HJ-6型六聯(lián)攪拌機(jī)，鞏義市予華儀器有限公司；MAI-50G 紅外測(cè)油儀，吉大小天鵝儀器有限公司；F202電熱恒溫干燥箱，濟(jì)南百戈實(shí)驗(yàn)儀器有限公司。

3 工藝流程及分析項(xiàng)目

本試驗(yàn)采用25 L的水桶充當(dāng)隔油池，首先，煤化工含油廢水在桶中靜置4 h，取水樣測(cè)定含油量；其次，利用虹吸作用將污水進(jìn)行投加藥之后吸入到絮凝池中；第三，開(kāi)啟攪拌機(jī)攪拌0.5 h，并通過(guò)進(jìn)水泵、調(diào)節(jié)閥及釋放器作用，使壓縮空氣與回流水形成的溶氣水進(jìn)入到氣浮池；最后，除渣，并運(yùn)行一段時(shí)間后取適量待測(cè)水樣[3]。隔油-混凝-氣浮工藝流程如圖1所示。

圖1 隔油-混凝-氣浮工藝流程簡(jiǎn)示圖

本試驗(yàn)主要分析項(xiàng)目有COD、總酚、pH值及含油量，其中，COD的測(cè)定采用紅外分光光度法，總酚的測(cè)定采用溴化滴定法，pH值采用pH計(jì)測(cè)定，含油量采用重鉻酸鉀法測(cè)定。

4 混凝沉淀法處理煤化工廢水

4.1 混凝沉淀燒杯試驗(yàn)

混凝沉淀燒杯試驗(yàn)主要考察的是藥劑種類(lèi)、投加量等對(duì)除油脫酚效果的影響。具體試驗(yàn)條件及步驟為：首先，加無(wú)機(jī)絮凝劑，快速(450 r/min)攪拌1 min；其次，加有機(jī)高分子絮凝劑，慢速(100 r/min)攪拌5 min；第三，靜置30 min；最后；取距液面2 cm處清液，測(cè)定分析項(xiàng)目。

4.2 混凝沉淀法處理煤化工廢水試驗(yàn)結(jié)果及討論

4.2.1 無(wú)機(jī)絮凝劑影響

本試驗(yàn)無(wú)機(jī)絮凝劑包括聚合氯化鋁、聚合氯化鐵、硫酸鋁和破乳劑F-01。不同無(wú)機(jī)絮凝劑種類(lèi)和投加量處理煤化工廢水試驗(yàn)結(jié)果顯示：1) 在一定投加量范圍內(nèi)，廢水污染物去除率隨投加量增加而顯著增強(qiáng)，之后，隨著無(wú)機(jī)絮凝劑投加量的繼續(xù)增加，廢水污染物去除率反而出現(xiàn)下降的趨勢(shì)。此現(xiàn)象出現(xiàn)的原因可能是，絮凝劑的過(guò)量投加導(dǎo)致陽(yáng)離子大量引入，出現(xiàn)抑制和阻礙作用，從而使體系脫穩(wěn)，去除率下降。2) 4種無(wú)機(jī)絮凝劑中，聚合氯化鋁(PAC)對(duì)煤化工廢水的除油、脫酚效果最好，硫酸鋁[Al2(SO4)3]最差，聚合氯化鋁(PAC)的最佳投加量為200 mg/L，去除率在40%左右。因此，本試驗(yàn)選用PAC。

4.2.2 陽(yáng)離子度影響

陽(yáng)離子度的高低會(huì)影響絮凝效果，進(jìn)而影響廢水污染物去除率。本試驗(yàn)結(jié)果顯示：1) 在一定陽(yáng)離子度范圍內(nèi)，廢水污染物去除率隨陽(yáng)離子度增加而迅速增強(qiáng)，之后，隨著陽(yáng)離子度的繼續(xù)增加，廢水污染物去除率在保持一定水平后出現(xiàn)顯著下降趨勢(shì)。原因可能是，陽(yáng)離子大量引入會(huì)導(dǎo)致聚合反應(yīng)不完全，聚合產(chǎn)物特性黏度低，且會(huì)抑制電中和作用，進(jìn)而影響煤化工廢水污染物去除率。2) 陽(yáng)離子度在15%～45%時(shí)，去除效果較好，且當(dāng)陽(yáng)離子度為15.8%時(shí)，去除效果達(dá)到最佳，可達(dá)60%左右。因此，本試驗(yàn)選擇陽(yáng)離子度為15.8%。

4.2.3 特性黏度影響

特性黏度會(huì)影響絮凝劑的吸附架橋性能，進(jìn)而影響絮凝性能。試驗(yàn)結(jié)果顯示：1) 實(shí)驗(yàn)初期，污染物的去除率均隨特性黏度的增大而增大，到一定范圍后趨于穩(wěn)定。這是因?yàn)?，隨著特性黏度增大，架橋作用越強(qiáng)，越容易形成絮體，絮凝效果越好。2) 特性黏度在400 mL/g～550 mL/g時(shí)，絮凝劑效果較好，且為443 mL/g時(shí)，去除率達(dá)到最大，為60%左右。因此，本試驗(yàn)選擇特性黏度為450 mL/g。

4.2.4 pH值影響

為了考察pH值對(duì)混凝沉淀除油脫酚的效果影響，調(diào)節(jié)pH值為2～12，并進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示：1) 隨著pH值的增加，污染物去除率表現(xiàn)出先增加后減小的趨勢(shì)，而且低pH值對(duì)去除率的影響要大于高pH值。原因可能是，在弱堿環(huán)境中，能保持混凝劑的水解反應(yīng)充分進(jìn)行，混凝效果較好，而較低的溶液pH值不利于陽(yáng)離子水解，進(jìn)而不能有效吸附水中污染物。2) 在pH值為8左右時(shí)，去除效果最佳，可達(dá)60%左右。由于試驗(yàn)原水pH值為7.5～8.5，出于經(jīng)濟(jì)性考慮，不對(duì)原水pH值進(jìn)行調(diào)整。

4.3 混凝-氣浮法處理煤化工廢水試驗(yàn)結(jié)果及討論

混凝沉淀法處理煤化工廢水污染物最高去除率仍不到70%，而混凝-氣浮處理煤化工廢水可以進(jìn)一步提高廢水污染物的去除率，因此，混凝后需進(jìn)行后續(xù)的氣浮處理。本試驗(yàn)主要考察四大因素對(duì)氣浮除油效果的影響。具體氣浮時(shí)間、投藥量、溶氣壓力、原水初始含油濃度變化4種因素參數(shù)值如表2所示，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

表2 4種影響因素梯度變化

圖2 氣浮時(shí)間、投藥量、溶氣壓力、原水初始含油濃度變化對(duì)氣浮除油的影響

4.3.1 氣浮時(shí)間影響

由圖2試驗(yàn)結(jié)果可知，氣浮時(shí)間在0 min～10 min時(shí)，隨著氣浮時(shí)間的增加，煤化工廢水的除油率迅速增加，當(dāng)氣浮時(shí)間為9 min時(shí)，除油率基本達(dá)到最大，為92.5%，而后隨著氣浮時(shí)間的不斷增加，除油率不但沒(méi)有增大，反而有小幅度減小。可能是因?yàn)?，氣浮時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致形成的絮粒越來(lái)越大而下沉，因此，確定最佳氣浮時(shí)間為9 min。

4.3.2 投藥量影響

由圖2試驗(yàn)結(jié)果可知，與氣浮時(shí)間影響類(lèi)似，當(dāng)投藥量在0 mg/L～8 mg/L時(shí)，隨著投藥量的增加，煤化工廢水的除油率隨之增加，當(dāng)投藥量為8 mg/L時(shí)，除油率達(dá)到最大，為93%，而后隨著投藥量的不斷增加，除油率反而有小幅度減小，可能是大的投藥量影響了氣浮反應(yīng)所致，因此，確定P(AM-DMD-MMA)最佳投藥量為8 mg/L。

4.3.3 溶氣壓力影響

由圖2可知，溶氣壓力在0 MPa～0.4 MPa時(shí)，隨著溶氣壓力的增大，氣浮的除油率也在不斷增大，可能是由于溶氣壓力越大，溶解的氣體量越大，氣浮效率也就越高。但當(dāng)溶氣壓力在0.4 MPa～0.5 MPa時(shí)，氣浮的除油率趨于穩(wěn)定，不再增大，為93%左右。隨后，隨著溶氣壓力的繼續(xù)增大，除油率不但沒(méi)有增大，反而有小幅度減小，這可能是因?yàn)閴毫Τ^(guò)0.5 MPa后，壓力的增大并不能使氣泡粒徑繼續(xù)減小，還會(huì)出現(xiàn)氣泡數(shù)量過(guò)多而使氣浮效果變差。因此，最好將溶氣壓力控制在0.4 MPa～0.6 MPa。

4.3.4 原水初始含油濃度的影響

由圖2可知，與其他影響因素不同，煤化工廢水除油率隨著原水初始含油質(zhì)量濃度的增大而增加，只是原水初始含油質(zhì)量濃度在100 mg/L～400 mg/L時(shí)除油率增加更快，超過(guò)400 mg/L時(shí)，隨著濃度的繼續(xù)增加，除油率升高較慢。本試驗(yàn)廢水含油量為150 mg/L～200 mg/L，除油率為75%～80%。

5 結(jié)論

綜上所述，對(duì)于煤化工含油廢水，混凝-氣浮處理比單純混凝沉淀處理效果更好，混凝-氣浮處理的最佳參數(shù)選擇為：氣浮時(shí)間為9 min，P(AM-DMD-MMA)投藥量為8 mg/L，溶氣壓力控制在0.4 MPa～0.6 MPa，利用混凝-氣浮處理煤化工廢水實(shí)際原水，除油率為75%～80%，比單純混凝沉淀處理的55%～60%要高出20%，因此值得在煤化工工業(yè)推廣應(yīng)用。