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絮凝劑投加量及PH值對洗煤廢水處理效果的影響
網(wǎng)站編輯：發(fā)表時間：2018-02-26
本研究考察了絮凝劑聚合氯化鋁(PAC)和絮凝劑聚丙烯酰胺(PAM)投加量對洗煤廢水以及水樣初始pH值對混凝出水濁度及SS濃度的影響。此外，通過檢測混凝出水Zeta電位及電導率，進一步討論聚合氯化鋁及聚丙烯酰胺的混凝機理。研究結(jié)果對于洗煤廢水處理及資源化利用具有較好的理論及實踐意義。
一、 材料與方法
1儀器與藥品：儀器：凝試驗攪拌儀、PH計、電導率儀、電位分析儀、聚合氯化鋁、陰離子聚丙烯酰胺（四奧化工提供）。
2絮凝劑的配制：稱取2.0 g聚合氯化鋁加入到100 mL蒸餾水中攪拌至充分溶解。制得質(zhì)量濃度為20 g/L的聚合氯化鋁溶液；稱取0.02 g聚丙烯酰胺加入到100ml加蒸餾水中，在磁力攪拌器中攪拌60min至充分溶解，制得質(zhì)量濃度為0.2/L的聚丙烯酰胺溶液。
3試驗方法：混凝試驗在燒杯中進行，將洗煤廢水樣品搖勻，用燒杯分別取300 mL水樣，并將燒杯放置于混凝試驗攪拌器上；設置攪拌器快速攪拌(200 r/min)2 min，開啟攪拌器的同時用吸管向燒杯中快速加入PAC或PAM溶液：混凝試驗快速攪拌和慢速攪拌完成后，燒杯靜置澄清3 min；用吸管在液面下約1～2 cm處取上清液，進行Zeta電位、pH值、濁度、SS、電導率等水質(zhì)參數(shù)的測定。
4分析方法：濁度采用多參數(shù)水質(zhì)分析儀測定；pH值、色度、電導率分別采用pH計、色度儀以及電導率儀測定：水樣Zeta電位檢測時向300 mL配制好的水樣中投加一定量混凝劑，快速攪拌使混凝劑充分混勻后，立即用注射器取適量水樣于電位測量池中，在Zeta分析儀(馬爾文)上測定電位值；SS濃度采用重量法測定。
二、結(jié)果與討論
1.水樣初始oH值對混凝效果的影響：調(diào)節(jié)水樣初始pH值至一定值，考察水樣初始pH值對PAC混凝效果的影響，結(jié)果如圖1所示。
從圖1可以看出，水樣初始pH值在2.35～8.58范圍內(nèi)時，混凝出水濁度和SS濃度隨水樣初始pH值的增加逐漸升高，但增加幅度較?。划斔畼映跏紁H值大于8.58時，混凝出水濁度和SS濃度隨水樣初始pH值的增加有較顯 著的上升，即PAC在酸性條件下的混凝效果優(yōu)于堿性環(huán)境。
pH值對混凝效果的影響主要與不同pH值條件下鋁鹽水解產(chǎn)物不同有關(guān)。低pH值(pH≤5.0)條件下鋁鹽主要以帶正電的水解產(chǎn)物為主，如AI(OH)2+、A12(OH)2+、A13(0H)45+等。這些帶正電的水解產(chǎn)物能夠?qū)︻w粒發(fā)揮良好的壓縮雙電層和吸附電中和作用，從而使膠體顆粒脫穩(wěn)；pH值為6.0～8.5時，水中主要存在AI(OH)，活性溶膠和一些具有較高聚合度的帶正電水解產(chǎn)物。這些水解產(chǎn)物由于其本身的溶解性小或者具有較大的比表面積，易與顆粒物產(chǎn)生粘附架橋、網(wǎng)捕等作用。pH值大于8.5時，鋁水解產(chǎn)物向A1(OH)4一等負離子形式轉(zhuǎn)化，系統(tǒng)脫穩(wěn)困難，混凝效果較差。在實際應用過程中,雖然偏酸性有助于PAC混凝效果的發(fā)揮．但增加幅度不大，且預先調(diào)節(jié)水樣pH值會消耗一定酸，并增加工藝的復雜性，造成運行成本增加。所以在水樣堿性不太強(pH<9)的情況下，無需通過預先調(diào)節(jié)水樣酸堿性以增強混凝效果。
2 .PAC投加量對混凝效果的影響：混凝劑投加量是影響混凝特性的重要因素之一，通過檢測混凝后出水濁度、SS濃度考察混凝劑投加量對混凝效果的影響，結(jié)果如圖2所示。
從圖2可以看出，PAC投加量對出水濁度和SS濃度的影響表現(xiàn)出較為一致的變化趨勢．這是因為對于性質(zhì)相同或相近的水樣，濁度與SS濃度之間存在較好的相關(guān)性。隨著PAC投加量增至40m#L時。出水濁度和SS濃度隨著PAC投加量的增加迅速降低：當PAC投加量在40～200 mg/L時，出水濁度以及SS濃度變化不顯 著；此后，繼續(xù)增加PAC投加量，水樣逐漸出現(xiàn)濁度及SS濃度逐漸升高的反穩(wěn)現(xiàn)象。
根據(jù)GB 20426--2006中對SS的排放限值要求，在PAC的投加量為20～400 mg/L范圍內(nèi)時，出水SS濃度均能達到要求。而從混凝效果考慮．最 優(yōu)混凝效果出現(xiàn)在PAC投加量為100 mg/L時，此時．出水濁度、SS去除率分別達到99.3%和95.5%。
3 .PAC投加量對混凝出水Zeta電位及電導率的影響:Zeta電位表征顆粒電荷密度和擴散層的厚度，當Zeta電位絕 對值高時，說明擴散層很厚，顆粒之間由于同性相斥而不能相互碰撞脫穩(wěn)。電導率是物質(zhì)傳送電流的能力，對溶液而言，電導率是一個衡量水溶液導電能力的電學物理量。Zeta電位和電導率雖然都與帶電特性有關(guān)，但通常用Zeta電位反映廢水膠體顆粒的穩(wěn)定性，而用電導率反應膠體顆粒表面帶電特性則較少見。
在不同PAC投加量條件下?；炷鏊甖eta電位和電導率表現(xiàn)出了不一樣的變化趨勢，結(jié)果如圖3所示。
從圖3可以看出，隨著PAC投加量的增加．電導率先急速減小隨后又以較快的速度上升，至PAC投加量大于200 mg/L時，混凝出水電導率超過原水電導率，隨后PAC投加量繼續(xù)增大，電導率緩慢上升。Zeta電位隨著PAC投加量的逐漸增大先以較快的速度由原水的電負性轉(zhuǎn)為正值，當PAC投加量超過200 mg/L時，Zeta電位緩慢增大。投加PAC后，由于PAC水解產(chǎn)生多種鋁羥基化合物，對顆粒帶電特性產(chǎn)生影響。雖然電導率和Zeta電位隨PAC投加量變化趨勢不一致，但Zeta電位接近0點時的PAC投加量(40 mg/L)正好與電導率減小的最 低點吻合；且Zeta電位和電導率開始緩慢增加時的PAC投加量正好與混凝開始出現(xiàn)返穩(wěn)的PAC投加量相一致。因此，對于帶電溶膠系統(tǒng)．除了Zeta電位外，電導率隨混凝劑投加量的變化曲線也能用于判斷膠體系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在實際使用過程中。與Zeta電位檢測相比，電導率檢測無需大型設備，檢測數(shù)據(jù)更加方便易得。
4 .PAM投加量對混凝效果的影響:助凝劑是用于調(diào)節(jié)或改善混凝條件，促進凝聚作用添加的藥劑或為改善絮凝體結(jié)構(gòu)的高分子物質(zhì)。PAM是一種較為常用的有機高分子助凝劑，利用PAM較長的分子鏈結(jié)構(gòu)能夠增強水中絮體的吸附架橋作用，促進絮體的進一步生長和沉降。PAM對PAC的助凝效果如圖4所示。
從圖4可以看出，少量的PAM對PAC混凝能起到一定的助凝作用，混凝后出水濁度和SS濃度均有下降，但當PAM投加量增大至5 mg/L時，混凝出水濁度和SS濃度均有增大的趨勢?？偟膩碇v，在試驗水樣以及PAC投加量為40 mg/L條件下，PAM投加量為2 mg/L時．能使出水濁度和SS去除率分別達到99.4%和96.9%，比僅投加40 mg/L PAC時分別提高17．2%和36.4%。
5 .PAM投加量對混凝出水Zeta電位及電導率的影響:PAM投加量對混凝出水Zeta電位、電導率的影響如圖5所示。
從圖5可以看出，PAM的加入對混凝出水Zeta電位以及電導率作用不顯 著。試驗所用PAM為帶正電的陽離子型．PAM的加入對異號電荷能起到一定的吸附電中和作用，但其助凝作用主要為吸附架橋和網(wǎng)捕卷掃。
PAM具有較大的分子鏈結(jié)構(gòu)，其分子鏈上的活性基團能與膠粒表面某些部位產(chǎn)生特殊的反應而相互吸附，同一分子鏈上的多個集團吸附多個膠粒，在膠粒之間形成架橋作用，而大量的膠粒在沉降過程中對水中其他分散顆粒起到網(wǎng)捕和共沉淀作用，從而促進絮體的凝聚與沉降，起到助凝作用。
三、 結(jié)論
(1) 對多家洗煤廢水的實地采樣分析表明：洗煤廢水主要污染物為SS，有機污染和礦化度均不高，是較易被處理的廢水．混凝沉淀法是處理此類廢水的有效方法之一。
(2) 雖然偏酸性有助于PAC混凝效果的發(fā)揮，但效果增加的幅度較小，預先調(diào)節(jié)水樣pH值會消耗一定酸。并增加工藝的復雜性，造成運行成本增加。在水樣pH值小于9的情況下。無需通過預先調(diào)節(jié)水樣酸堿性以增強混凝效果。
(3) 對濁度為1395 NTU、SS的質(zhì)量濃度為448 mg/L的廢水．隨著混凝劑PAC投加量的增加，濁度和SS表現(xiàn)出較為一致的變化趨勢，即先減小后增大，其優(yōu)化投加量為40～200 mg/L。在PAC投加量為100mL時，混凝對水樣濁度、SS的去除率最 佳，分別達到99.3和95.5%。
(4) 助凝劑PAM的加入對水樣出水pH值以及Zeta電位影響不顯 著，但能通過吸附架橋作用在PAC投加量較小時促進水中顆粒的沉降。當PAC投加量為40 mg/L，PAM投加量為2 mg/L時，對濁度和SS的去除率分別為99.4%和96.9%。
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