在煉焦、化工產(chan) 品回收和氣體(ti) 淨化過程中，焦化廠會(hui) 產(chan) 生焦化廢水。這種廢水的汙染物成分複雜，含有揮發性酚類、多環芳烴和氧硫氮等雜環化合物，是一種高濃度的有機工業(ye) 廢水，難以進行生化降解，目前焦化企業(ye) 大多采用生化法處理焦化廢水‚但處理效果差‚出水常常不能達標。我們(men) 以鋁酸鈣粉和硫酸亞(ya) 鐵為(wei) 主要原料‚通過酸溶、氧化、熟化和聚合過程製備了無機高分子複合絮凝劑聚合氯化鋁鐵‚並與(yu) 氧化劑配合使用‚深度處理經生化處理後的焦化廢水‚，使‚出水水質達到《汙水綜合排放標準》（GB8978—1996）中的一級排放標準。

實驗過程

主要試劑：鋁酸鈣粉（氧化鋁質量分數55％）；硫酸亞(ya) 鐵（化學純）；質量分數為(wei) 30％的鹽酸（化學純）；氧化劑高錳酸鉀複合藥劑；聚合氯化鋁（PAC‚市售‚固體(ti) ‚氧化鋁質量分數30％）；聚合硫酸鐵（PFS‚市售‚固體(ti) ‚全鐵質量分數20％）；硫酸鋁（市售‚分析純）；天然高分子化合物絮凝劑（市售‚固體(ti) ）。

聚合氯化鋁鐵的製備

將鋁酸鈣粉與(yu) 鹽酸按一定比例置於(yu) 三口燒瓶中‚在水浴鍋中恒溫攪拌進行酸溶‚再加入一定量的硫酸亞(ya) 鐵和少量雙氧水氧化‚攪拌反應一定時間‚使物料中鋁和鐵進行複合聚合‚然後趁熱過濾‚熟化12h‚烘幹後即得黃色聚合氯化鋁鐵固體(ti) 。

試驗廢水

高嶺土懸濁液：采用高嶺土與(yu) 自來水配製‚濁度為(wei) 105NTU；焦化廢水：取自某焦化廠生化出水‚水質狀況為(wei) 氨氮8～12mg／L‚COD180～230mg／L‚色度100～110倍‚pH6．5～7．0。

混凝試驗

取一定量高嶺土懸濁液或焦化廢水加入到1L燒杯中並置於(yu) 六聯混凝試驗攪拌儀(yi) 上‚加入自製聚合氯化鋁鐵絮凝劑‚快速攪拌（250r／min）1min‚然後慢速攪拌（80r／min）10min‚靜置30min後‚取上清液進行分析測試。在氧化混凝試驗中‚在水樣中先加入氧化劑並快速攪拌（250r／min）2min‚後再加入絮凝劑‚其他步驟均與(yu) 單獨投加絮凝劑相同。

實驗結果

1、　聚合氯化鋁鐵製備工藝的優選

采用正交試驗‚優(you) 選聚合氯化鋁鐵的製備工藝‚以高嶺土懸濁液的除濁率為(wei) 指標評價(jia) 絮凝劑絮凝效果（投加量為(wei) 80mg／L）‚選定反應時間（A）、反應溫度（B）、硫酸亞(ya) 鐵投加量（C）（以每100g鋁酸鈣粉計‚下同）、鹽酸投加量（D）4個(ge) 因素進行試驗‚確定因素水平表（見表1）‚按L9（34）正交表設計試驗‚結果如表2所示。
 

　　從(cong) 表2的極差分析結果可以看出‚各因素對除濁率影響的次序為(wei) ：D＞A＞B＞C‚即鹽酸投加量＞反應時間＞反應溫度＞硫酸亞(ya) 鐵投加量。聚合氯化鋁鐵絮凝劑最佳製備條件為(wei) ：硫酸亞(ya) 鐵投加量10g、鹽酸投加量400mL、反應溫度80℃、反應時間2．5h。在此條件下‚製得的產(chan) 品為(wei) 紅棕色液體(ti) ‚將液體(ti) 烘幹‚得到黃色聚合氯化鋁鐵固體(ti) ‚氧化鋁質量分數為(wei) 30．5％‚全鐵質量分數為(wei) 1．2％。

2、聚合氯化鋁鐵與其他絮凝劑對比

取同批焦化廢水‚COD為(wei) 207mg／L‚色度為(wei) 100倍‚pH為(wei) 6．7。分別加入PAC、PFS、硫酸鋁、天然高分子化合物絮凝劑和自製聚合氯化鋁鐵進行絮凝試驗‚各絮凝劑投加量均為(wei) 200mg／L‚絮凝效果如圖1所示。

　由圖1可知‚自製聚合氯化鋁鐵絮凝劑對COD、色度的去除效果均優(you) 於(yu) 其他絮凝劑。這是因為(wei) 自製絮凝劑是在PAC基礎上引入鐵鹽‚同時具備了鋁鹽絮凝性能好、鐵鹽絮凝劑沉降速度快、絮體(ti) 密實等優(you) 點。另外‚絮凝劑的聚合度及分子質量是影響絮凝效果的重要因素‚隨著聚合度及分子質量的提高‚絮凝劑的吸附架橋能力大大提高。綜合分析‚自製聚合氯化鋁鐵絮凝劑中含有鋁、鐵等元素‚在絮凝過程中2種因素協同增效‚因此在焦化廢水的絮凝處理中表現出優(you) 異的性能。

3、氧化劑投加量對絮凝效果的影響

取同批焦化廢水‚COD為(wei) 224mg／L‚色度為(wei) 108倍‚分別加入氧化劑高錳酸鉀複合藥劑5、10、20、30、40、50、60mg／L‚聚合氯化鋁鐵投加量為(wei) 200mg／L‚絮凝效果如圖2所示。　　

由圖2可知‚氧化劑最佳投加量為(wei) 10mg／L‚其COD去除率達68％‚色度去除率達60％。當氧化劑投加量低於(yu) 10mg／L時‚COD和色度去除情況都較差‚這是因為(wei) 氧化劑的投加量不足‚不能充分降解水中易被氧化物質；當氧化劑投加量高於(yu) 10mg／L時‚隨著氧化劑投加量的不斷增加‚色度去除率緩慢上升‚但COD去除率呈下降趨勢‚這主要是因為(wei) 當氧化劑過量時‚絮體(ti) 沉降性能變差‚部分溶解性COD重新溶解到水中‚從(cong) 而使COD去除率下降‚而過量的氧化劑繼續與(yu) 水中有機物作用‚色度去除率緩慢上升。　

氧化劑主要通過2個(ge) 途徑來提高絮凝效果：首先‚由於(yu) 氧化劑不僅(jin) 能改變和破壞水中有機物結構‚可使水中難降解有機物分解成小分子有機物‚同時還可減輕有機物對混凝的阻礙。氧化劑會(hui) 破壞有機物酚、羥基等酸性基團‚減少有機物與(yu) 鋁、鐵離子的絡合‚使水中膠體(ti) 顆粒易於(yu) 脫穩。其次‚氧化劑在氧化過程中可生成中間產(chan) 物‚並能通過吸附作用促進絮體(ti) 成長‚進而形成密實的絮體(ti) 。

4、　絮凝劑投加量對絮凝效果的影響

取同批焦化廢水‚COD為(wei) 230mg／L‚色度為(wei) 110倍‚分別加入聚合氯化鋁鐵80、100、150、200、250、300、400、500mg／L‚氧化劑投加量均為(wei) 10mg／L。絮凝效果如圖3所示。　

由圖3可知‚當絮凝劑投加量為(wei) 200mg／L時‚COD去除率為(wei) 70％‚色度去除率為(wei) 63％‚即絮凝後出水COD為(wei) 69mg／L‚色度為(wei) 44倍‚出水水質達到《汙水綜合排放標準》（GB8978—1996）中的一級排放標準。　

　從(cong) 圖3還可以看出‚隨著絮凝劑投加量的增加‚COD去除率先上升後下降‚當投加量為(wei) 200mg／L時‚COD去除率最高。這是由於(yu) 投加初始階段‚絮凝劑中的Fe、Al成分會(hui) 迅速在水中形成各種帶不同電荷的羥基產(chan) 物‚這些金屬離子的水解形態能夠降低膠體(ti) 的表麵電位‚使膠體(ti) 間的表麵斥力下降發生絮凝。隨著投加量的增大‚膠體(ti) 的表麵電位逐漸降至為(wei) 零‚使絮凝速度加快‚此時的投加量為(wei) 最優(you) 投加量‚COD去除率最高。繼續投加絮凝劑‚使膠體(ti) 表麵易被由羥基配位離子形成的高聚物包裹‚膠體(ti) 表麵電位上升‚相近膠體(ti) 間斥力增加‚形成另一種穩定狀態‚從(cong) 而使絮凝效果下降。

5、費用分析

以鋁酸鈣粉、硫酸亞(ya) 鐵為(wei) 主要原料生產(chan) 聚合氯化鋁鐵絮凝劑‚生產(chan) 成本約為(wei) 1600元／t‚氧化劑約為(wei) 1500元／t‚混凝試驗中按氧化劑投加量10mg／L、絮凝劑投加量200mg／L計‚生化處理後的焦化廢水處理成本為(wei) 0．335元／m3。

結　論

（1）自製聚合氯化鋁鐵絮凝劑與(yu) 氧化劑複配後‚能有效去除焦化廢水生化出水的COD和色度‚當絮凝劑投加量為(wei) 200mg／L、氧化劑投加量為(wei) 10mg／L時‚COD去除率可達70％‚色度去除率可達63％‚處理後的出水水質達到GB8978—1996中的一級排放標準。

（2）在聚合氯化鋁鐵絮凝劑製備過程中‚各工藝條件對絮凝效果的影響順序為(wei) ：鹽酸投加量＞反應時間＞反應溫度＞硫酸亞(ya) 鐵投加量‚聚合氯化鋁鐵絮凝劑最佳製備條件為(wei) ：硫酸亞(ya) 鐵投加量10g、鹽酸投加量400mL、反應溫度80℃、反應時間2．5h。在此條件下‚製得聚合氯化鋁鐵固體(ti) ‚產(chan) 品呈黃色‚氧化鋁質量分數為(wei) 30．5％‚全鐵質量分數為(wei) 1．2％。

（3）通過將自製聚合氯化鋁鐵與(yu) PAC、PFS、硫酸鋁和天然高分子化合物絮凝劑作對比‚發現聚合氯化鋁鐵對焦化廢水的處理效果最佳。