鋼鐵酸洗廢液制備聚合氯化鐵及對煉油廢水應(yīng)用研究*

李 斌

（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 化學(xué)工程學(xué)院，陜西 西安710302）

近年來，伴隨著石油化工行業(yè)快速的發(fā)展，煉油過程中產(chǎn)生的廢水排放量逐年增加，煉油廢水的不僅組成復(fù)雜，而且其CODCr等污染物含量高，難降解物質(zhì)多，pH值變化較大，如處理不當(dāng)，會嚴(yán)重污染周邊的環(huán)境，帶來不可估量的損失。當(dāng)前，混凝沉淀法是煉油廢水處理常最為常用的方法之一[1,2]，廣泛應(yīng)用于煉油廢水的處理過程中，并取得了良好的效果，隨著愈加嚴(yán)格的環(huán)保及水質(zhì)處理要求的提高，高效、價廉、無毒的水處理劑的開發(fā)成為當(dāng)前研究的熱點[3]。

鋼鐵酸洗廢液是在鋼鐵加工過程中，為了提高其表面性能，使用無機(jī)酸對其進(jìn)行處理時產(chǎn)生的廢棄物，已經(jīng)被列入國家危險廢物名錄[4,5]。研究表明[6-8]，常見的鋼鐵酸洗廢液主要由鹽酸和鐵鹽組成，pH值通常低于2，如不加以合理處置，直接排放，不僅會對環(huán)境造成嚴(yán)重污染，同時也會影響人類健康，因此，鋼鐵酸洗廢液資源化處理已成為當(dāng)前研究的熱點，受到眾多環(huán)保專家的關(guān)注。本研究基于“以廢制廢”的理念，在充分分析鋼鐵酸洗廢液的組成基礎(chǔ)上，將鋼鐵酸洗廢液經(jīng)過氧化、水解、陳化后制備出新型復(fù)合無機(jī)高分子絮凝劑-聚合氯化鐵（PFC），并將其應(yīng)用到煉油廢水處理過程中，該絮凝劑具有絮凝效果好，且原料價廉易得，處理費用低，是鋼鐵酸洗廢液及煉油廢水經(jīng)濟(jì)有效的處理途徑。

1PFC制備

1.1 主要試劑及儀器

預(yù)處理后鋼鐵酸洗廢液：其中Fe2+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.86%，F(xiàn)e3+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.95%；K2Cr2O7、NaClO3、HCl等，均為分析純；

754N分光光度計；JJ－4型電動六聯(lián)攪拌器；HHM-6型恒溫水浴。

1.2 制備方法

采用NaClO3氧化法制備聚合氯化鐵。以某鋼鐵廠鹽酸酸洗廢液為主要的鐵源，先向廢液中投入鐵粉，同時加入部分的鹽酸將原廢液中的Fe3+還原為Fe2+，充分?jǐn)嚢韬?，過濾得到FeCl2溶液。后采用直接氧化法[9]向廢液中投加NaClO3（NaClO3和Fe2+離子摩爾比0.16），穩(wěn)定劑KH2PO40.1g，反應(yīng) 0.5h后補(bǔ)充一定量的鹽酸，待氧化反應(yīng)結(jié)束后，將溶液pH值調(diào)至2～3，后水解1h，陳化反應(yīng)12h后即可得到聚合氯化鐵（PFC）。聚氯化鐵中鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.04%，鹽基度為10.2%，滿足水處理劑聚氯化鐵標(biāo)準(zhǔn)HG/T 4672-2014的要求。

2 實驗部分

2.1 廢水水質(zhì)

試驗廢水取自某煉油廠浮選后進(jìn)水水樣，水質(zhì)指標(biāo)為：pH 值 7～9，CODCr150～730mg·L-1，濁度 240～390NTU，SS 100～200mg·L-1，石油類物質(zhì)含量 200～500mg·L-1。在常溫下，pH值為6～8條件下考察PFC混凝劑（鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.04%，鹽基度為10.2%）對煉油廢水的處理效果。

2.2 試驗方法

用JJ-4型六聯(lián)電動攪拌器，在250mL燒杯中同時進(jìn)行試驗。在燒杯先加入煉油廢水150mL，再加入一定量的絮凝劑（PFC），先以250r·min-1的速度攪拌3min，使混凝劑充分分散在煉油廢水中，再以50r·min-1的速度慢速攪拌10min，靜置20min后取上清液，測定CODCr、濁度、SS和石油類物質(zhì)含量等指標(biāo)。

3 結(jié)果與討論

3.1 攪拌速度對處理效果的影響

添加絮凝劑后，一般先用較快速度進(jìn)行攪拌，使絮凝劑與廢水充分接觸，當(dāng)產(chǎn)生絮體時，降低攪拌速度，避免破壞已形成的絮團(tuán)。本試驗采用快速（250r·min-1）攪拌與慢速（50r·min-1）攪拌相結(jié)合的方式，可取得較好的絮凝效果。

3.2 投加量對CODCr的影響

圖1為絮凝劑投加量對CODCr的影響。

圖1 投加量對CODCr的影響Fig.1 Influence of adding amount on CODCr

由圖1可知，在開始時，隨著絮凝劑聚合氯化（PFC）的投加量逐漸增加，廢水中CODCr顯著下降，在投加量為 315mg·L-1時，CODCr降至 87mg·L-1；繼續(xù)增加絮凝劑的投加量，廢水中的CODCr值逐漸升高。這主要是因為投加絮凝劑后，其與廢水中的膠體物質(zhì)充分反應(yīng)，CODCr快速下降，繼續(xù)增大投加量，絮凝效果逐漸達(dá)到最佳，廢水中的CODCr降至最低值；當(dāng)繼續(xù)增加絮凝劑的投加量，廢水中的膠體顆粒被絮凝劑包圍，體系趨于飽和狀態(tài)，結(jié)合能力顯著降低，凝聚沉降變差。此外，絮凝劑自身也會導(dǎo)致廢水中的CODCr值增大。

3.3 投加量對濁度的影響

圖2為絮凝劑投加量對濁度的影響。

圖2 投加量對濁度的影響Fig.2 Influence of adding amount on turbidity

由圖2可知，隨著絮凝劑聚合氯化（PFC）的投加量逐漸增加，廢水的濁度逐漸下降，當(dāng)絮凝劑投加量為315mg·L-1時，廢水濁度降至7FTU，繼續(xù)增加投加量，濁度值幾乎無變化。這主要是因為在剛開始投加時，絮凝劑與廢水中的膠體顆粒形成絮體較小，大量懸浮在水中，少量的絮體能夠沉降，導(dǎo)濁度值較高；繼續(xù)增加投加量后，廢水中的絮凝體會逐漸增大增多，同時會聚集在一起引發(fā)共沉降，使得廢水濁度降低，并趨于穩(wěn)定，繼續(xù)增加絮凝劑的投加量，濁度的去除率也不再增加，同時會加大處理的費用。因此，絮凝劑聚合氯化（PFC）的最佳投加量為315mg·L-1。

3.4 投加量對SS的影響

圖3為絮凝劑投加量對SS的影響。

圖3 投加量對SS的影響Fig.3 Influence of adding amount on SS

由圖3可知，隨著絮凝劑聚合氯化（PFC）的投加量逐漸增加，廢水中的SS明顯降低，在315mg·L-1時，SS 值降至 14mg·L-1，繼續(xù)增加投加量，SS 值基本維持不變。這是主要是因為向廢水中加入絮凝劑后，降低了廢水中的懸浮物的穩(wěn)定性，從而實現(xiàn)快速凝聚，SS值明顯降低，當(dāng)絮凝劑超過最佳用量后，繼續(xù)增大絮凝劑的投加量，SS去除率趨于穩(wěn)定。

3.5 投加量對石油類物質(zhì)的影響

圖4為絮凝劑投加量對石油類物質(zhì)的影響。

圖4 投加量對石油類物質(zhì)的影響Fig.4 Influence of addition amount on petroleum substances

由圖4可知，隨著絮凝劑聚合氯化（PFC）的投加量逐漸增加，煉油廢水中的石油類物質(zhì)含量逐漸降低，當(dāng)絮凝劑的投加量超過205mg·L-1后，繼續(xù)增加絮凝劑的投加量，變化趨勢逐漸減緩。這主要是因為，絮凝劑通常具有吸附、電中和及架橋作用，加入絮凝劑后降低了煉油廢水界面張力、界面膜的強(qiáng)度及油水混合物粘度，加速了油水分離，從而降低了廢水中的石油類物質(zhì)含量。因此，綜合處理成本和效果，絮凝劑的最佳投加量為315mg·L-1，此時煉油廢水中的石油類物質(zhì)含量可降至62mg·L-1。

4 結(jié)論

（1）常溫下，絮凝劑聚合氯化鐵（PFC）最佳混凝條件為：pH 值為 6～8，投加量為 315mg·L-1，先快速攪拌（轉(zhuǎn)速 250r·min-1）3min，再慢速攪拌（轉(zhuǎn)速 50r·min-1）10min，靜置沉降 20min。

（2）在絮凝劑的投加量為315mg·L-1時，煉油廢水的CODCr、濁度，SS及石油類物質(zhì)含量分別降為：87mg·L-1、7FTU、14mg·L-1、62mg·L-1，出水水質(zhì)符合GB31571-2015《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》。

（3）絮凝劑聚合氯化鐵（PFC）制備原料來源豐富、工藝簡單、生產(chǎn)成本較低，且用量少，是處理煉油廢水的一種良好的無機(jī)高分子絮凝劑。