強(qiáng)化混凝處理磷化清洗廢水的研究

王浩，王敏，喬瑞平，馬研，段東洋(上海泓濟(jì)環(huán)?？萍脊煞萦邢薰荆虾?200433)

0 引言

磷化主要是由易氧化的金屬產(chǎn)品通過(guò)與含鋅、錳、鐵等元素的磷酸鹽溶液進(jìn)行接觸，在其表面產(chǎn)生一層保護(hù)膜。這種對(duì)金屬進(jìn)行的磷酸鹽處理方法稱為磷化，它是對(duì)金屬材料及其制件表面進(jìn)行的一種化學(xué)再加工工藝[1-2]。

而在稀土永磁性材料生產(chǎn)過(guò)程中，加工產(chǎn)生的磷化清洗廢水中含大量有機(jī)污染物、懸浮物、重金屬及含磷化合物等污染物質(zhì)，色度也比較高。因此，此類廢水若不經(jīng)處理直接排入水體，將直接影響水體的自凈，導(dǎo)致水質(zhì)惡化和水體中污染物的增加，并且人們?cè)絹?lái)越意識(shí)到環(huán)境水體污染帶來(lái)的嚴(yán)重危害[3-4]。

因此磷化清洗廢水的處理亟待解決，其處理方法有：凝聚法、吸附法、電化學(xué)法、離子交換法和混凝沉淀法等[5-6]。其中混凝沉淀工藝處理磷化清洗廢水，可有效降低有機(jī)物的含量[7-10]。并且混凝劑種類繁多，實(shí)際工程中處理磷化清洗廢水時(shí)常用的混凝劑主要有聚合氯化鋁(PAC)、聚合硫酸鐵(PFS)、聚丙烯酰胺(PAM)等[11-13]。在實(shí)際工程中，可以按照比例使用多種混凝劑，這樣既可以節(jié)約成本，又可以達(dá)到良好的混凝效果。

因而，本試驗(yàn)研究強(qiáng)化混凝處理磷化清洗廢水，對(duì)比考察了兩元和三元復(fù)配藥劑對(duì)磷化清洗廢水中COD、色度、UV254等的去除效果，優(yōu)化了反應(yīng)條件，為工程項(xiàng)目提供技術(shù)支撐。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 主要儀器和試劑

實(shí)驗(yàn)所需用到的儀器如表1所示。實(shí)驗(yàn)所用藥劑：市售無(wú)機(jī)絮凝劑聚合氯化鋁(PAC)、聚合氯化鋁鐵(PAFC)及聚合硫酸鐵(PFS)，市售有機(jī)助凝劑陽(yáng)離子聚丙烯酰胺(CPAM)、陰離子聚丙烯酰胺(APAM)及非離子聚丙烯酰胺(NPAM)，市售強(qiáng)化絮凝脫色助劑DCA01、DCA02、DCA03等，硫酸(0.1 mol·L-1)，氫氧化鈉(0.1 mol·L-1)。

表1 實(shí)驗(yàn)所用儀器名稱、型號(hào)及廠家

1.2 分析方法

實(shí)驗(yàn)中所采用的分析方法如表2所示。

表2 實(shí)驗(yàn)中采用的分析方法

1.3 廢水水質(zhì)

本實(shí)驗(yàn)水樣取自某永磁材料廢水調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)池廢水主要由磷化清洗組成，有少量機(jī)加工和倒角廢水匯入，水質(zhì)指標(biāo)如表3所示。

表3 磷化清洗廢水水質(zhì)指標(biāo)

1.4 試驗(yàn)方法

強(qiáng)化混凝處理磷化清洗廢水，分別量取100 mL水樣置于錐形瓶?jī)?nèi)，首先用0.1 mol·L-1的H2SO4或0.1 mol·L-1的NaOH溶液調(diào)節(jié)反應(yīng)液的初始pH，再依次加入不同種類的無(wú)機(jī)絮凝劑、有機(jī)助凝劑和強(qiáng)化絮凝助劑以及改變不同的投加量后，置于六聯(lián)電動(dòng)攪拌儀上，在200 r/min轉(zhuǎn)速下快攪30 s，然后在60～80 r/min轉(zhuǎn)速下慢攪10 min，靜置后取上清液測(cè)定COD、UV254及色度等水質(zhì)指標(biāo)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 考察不同pH值對(duì)混凝沉淀效果的影響

取磷化清洗廢水100 mL至燒杯中，調(diào)節(jié)pH分別為4.05、4.97、6.04、6.73、7.41、8.55、9.64。每份水樣加入300 mg·L-1PAC1后，再加入5 mg·L-1CPAM1進(jìn)行操作，靜置后過(guò)濾測(cè)COD、UV254和色度值，用以分析不同pH值對(duì)混凝沉淀效果的影響，結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同pH值對(duì)混凝沉淀效果的影響

由圖1可知，當(dāng)pH=6.04時(shí)，COD的去除率相對(duì)較高，為31.40%，之后pH升高，COD的去除率呈逐漸降低。這是因?yàn)閜H值對(duì)膠體顆粒表面的ξ電位、絮凝劑的作用性質(zhì)等有很大影響，絮凝劑的水解與pH值關(guān)系密切，當(dāng)在最佳pH值時(shí)，混凝反應(yīng)速率最快，混凝效果最好；而UV254和色度的去除率一直保持較高的去除率。由此可見(jiàn)，pH 控制在 6左右是較好的選擇。

2.2 考察不同無(wú)機(jī)絮凝劑對(duì)混凝沉淀效果的影響

取磷化清洗廢水400 mL，分四份各100 mL(已調(diào)節(jié)pH為6.04)于錐形瓶中，改變無(wú)機(jī)絮凝劑的種類，分別加入300 mg·L-1的PAC1、PAFC1、PAFC2和PFS，再加入5 mg·L-1CPAM1進(jìn)行操作，靜置觀察現(xiàn)象，過(guò)濾測(cè)定COD、UV254和色度值，用以分析不同無(wú)機(jī)絮凝劑對(duì)混凝沉淀效果的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同無(wú)機(jī)絮凝劑對(duì)混凝沉淀效果的影響

由圖2可知，當(dāng)PAFC2投加量為300 mg·L-1時(shí)，COD去除率為32.95%，相同條件下的PAC1、PAFC1、PFS的COD的去除率分別為31.48%、28.89%、30.74%。由此可見(jiàn)，聚合氯化鋁鐵的去除效果稍好，選擇PAFC2作為后續(xù)實(shí)驗(yàn)的無(wú)機(jī)絮凝劑。

2.3 考察無(wú)機(jī)絮凝劑投加量對(duì)混凝沉淀效果的影響

取磷化清洗廢水900 mL，調(diào)節(jié)pH為6.04，分9份各100 mL于錐形瓶中，分別加入30、40、50、55、60、75、90、120、150 mg·L-1PAFC2，再加入5 mg·L-1CPAM1進(jìn)行操作，靜置觀察現(xiàn)象，過(guò)濾測(cè)定COD、UV254和色度值，用以分析無(wú)機(jī)絮凝劑投加量對(duì)混凝沉淀效果的影響。結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，隨著PAFC2投加量的增加，COD的去除率先上升，當(dāng)投加量為50 mg·L-1時(shí)，去除率達(dá)到最佳34.23%。繼續(xù)增大投加量，COD的去除率略有下降后趨于穩(wěn)定在30%左右；而UV254和色度的去除率一直保持較高的去除率，分別穩(wěn)定在80%和90%左右，因此，PAFC2投加量為50 mg·L-1時(shí)為最佳投加量。

圖3 無(wú)機(jī)絮凝劑投加量對(duì)混凝沉淀效果的影響

2.4 考察不同有機(jī)助凝劑對(duì)混凝沉淀效果的影響

取磷化清洗廢水600 mL，分6份各100 mL(已調(diào)節(jié)pH,pH=6.04)于錐形瓶中，分別加入50 mg·L-1PAFC2，再分別加入5 mg·L-1CPAM1、CPAM2、APAM1、APAM2、NPAM1、NPAM2進(jìn)行操作，靜置觀察現(xiàn)象，過(guò)濾測(cè)定COD、UV254和色度值，用以分析不同有機(jī)助凝劑對(duì)混凝沉淀效果的影響，結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同有機(jī)助凝劑對(duì)混凝沉淀效果的影響

由圖4可知，CPAM1投加量為5 mg·L-1時(shí)的COD去除率為32.35%，相同條件下的CPAM2、APAM1、APAM2、NPAM1、NPAM2對(duì)COD的 去 除 率 分 別 為31.47%、30.60%、29.73%、30.17%、27.58%。由此可見(jiàn)，陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的去除效果稍好，選擇CPAM1作為后續(xù)實(shí)驗(yàn)的有機(jī)助凝劑。

2.5 考察有機(jī)助凝劑投加量對(duì)混凝沉淀效果的影響

取磷化清洗廢水1 L，分10份各100 mL(已調(diào)節(jié)pH =6.04)于錐形瓶中，分別加入50 mg·L-1PAFC2，再分別加入3、4、5、6、7、8、9、10 mg·L-1CPAM1進(jìn)行操作，靜置觀察現(xiàn)象，過(guò)濾測(cè)定COD、UV254和色度值，用以分析有機(jī)助凝劑投加量對(duì)混凝沉淀效果的影響。結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知，隨著CPAM1投加量的增大，COD的去除率上升，當(dāng)投加量為5 mg·L-1時(shí)，COD的去除率已達(dá)最佳，為34.06%，往后繼續(xù)增大投加量，COD去除率保持穩(wěn)定；而UV254和色度的去除率一直保持較高的去除率，分別穩(wěn)定在85%和95%左右，由此可見(jiàn)，CPAM1投加量為5 mg·L-1時(shí)為最佳投加量。

圖5 不同無(wú)機(jī)絮凝劑對(duì)混凝沉淀效果的影響

2.6 考察不同強(qiáng)化絮凝助劑對(duì)混凝沉淀效果的影響

取磷化清洗廢水300 mL，分三份各100 mL(已調(diào)節(jié)pH,pH=6.04)于錐形瓶中，分別加入50 mg·L-1PAC1，再分別加入15 mg·L-1DCA01、DCA02、DCA03，再分別加入5 mg·L-1CPAM1進(jìn)行操作，靜置觀察現(xiàn)象，過(guò)濾測(cè)定COD、UV254和色度值，用以分析不同強(qiáng)化絮凝助劑對(duì)混凝沉淀效果的影響。結(jié)果如圖6所示。

圖6 不同強(qiáng)化絮凝助劑對(duì)混凝沉淀效果的影響

由圖6可知，DCA01投加量為15 mg·L-1時(shí)的COD去除率為48.71%，相同條件下的DCA02、DCA03對(duì)COD的去除率分別為47.82%、46.80%，由此可見(jiàn)，DCA01的去除效果稍好，選擇DCA01作為后續(xù)實(shí)驗(yàn)的強(qiáng)化絮凝助劑。

2.7 考察強(qiáng)化絮凝助劑投加量對(duì)混凝沉淀效果的影響

取磷化清洗廢水1 L，分10份各100 mL(已調(diào)節(jié)pH, pH=6.04)于錐形瓶中，分別加入50 mg·L-1PAFC2，再分別加入5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、100 mg·L-1DCA01，再分別加入5 mg·L-1CPAM1進(jìn)行操作，靜置觀察現(xiàn)象，過(guò)濾測(cè)定COD、UV254和色度值，用以分析強(qiáng)化絮凝助劑投加量對(duì)混凝沉淀效果的影響。結(jié)果如圖7所示。

由圖7可知，隨著DCA01投加量的增大，COD去除率上升，當(dāng)投加量為15 mg·L-1時(shí)效果就已經(jīng)達(dá)到了最佳，此時(shí)COD、色度、UV254的去除率分別為53.70%、96.64%、82.50%。再繼續(xù)增大投加量至100 mg·L-1，COD去除率由53.70%緩慢降低至49.03%；而UV254和色度的去除率一直保持較高的去除率，分別穩(wěn)定在80%和95%左右，由此可見(jiàn)，DCA01投加量為15 mg·L-1時(shí)為最佳投加量。

圖7 強(qiáng)化絮凝助劑投加量對(duì)混凝沉淀效果的影響

3 結(jié)語(yǔ)

本文在不同pH條件下，對(duì)無(wú)機(jī)絮凝劑、有機(jī)助凝劑、強(qiáng)化絮凝助劑的種類和投加量進(jìn)行考察，對(duì)強(qiáng)化混凝沉淀效果進(jìn)行比較分析，得出以下結(jié)論：

(1)以強(qiáng)化混凝法去除磷化清洗廢水中的有機(jī)污染物是可行的，混凝法具有處理效果好、成本低、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)；

(2)三元復(fù)配藥劑較二元復(fù)配藥劑對(duì)磷化清洗廢水中COD、色度、UV254等的去除效果更好，且降低了加藥成本、降低了混凝沉淀量，減少了廢水綜合處理成本；

(3)三元復(fù)配藥劑最佳操作條件為pH 為6.04、無(wú)機(jī)絮凝劑PAFC2投加濃度為50 mg·L-1、有機(jī)助凝劑CPAM1投加濃度為5 mg·L-1，強(qiáng)化絮凝助劑DCA01投加濃度為15 mg·L-1，強(qiáng)化混凝處理后的COD去除率為53.70%，色度去除率為96.64%，UV254去除率為82.50%。