絮凝法预处理含酚高浓度有机废水

摘 要: 采用聚合氯化铝铁( PAFC) 分别与 3 种电荷类型聚丙烯酰胺( 阳离子聚丙烯酰胺( CPAM) 、阴离子聚丙烯 酰胺( APAM) 、非离子聚丙烯酰胺( NPAM) ) 复配对含酚高浓度有机废水进行预处理，重点探讨复配絮凝剂对浊度、 总酚和化学耗氧量( COD) 的去除效果。对 3 种电荷类型有机絮凝剂进行筛选，研究结果证明 PAFC 与 CPAM 复配 后絮凝效果最优。采用单因素试验和正交试验探讨 PAFC 投加量、CPAM 投加量、pH 和水力条件对含酚高浓度有机废水絮凝预处理效果的影响。结果表明: 在 pH 为 5、PAFC 为 1. 5 g /L 和 CPAM 为 20 mg /L，以 300 r /min 快速搅 拌 1 min 和 50 r /min 慢速搅拌 10 min 时处理效果最佳，对浊度、总酚和 COD 最佳去除率分别为 99. 1%、37. 5% 和 51. 4%。

关键词: 含酚高浓度有机废水; 聚合氯化铝铁; 阳离子型聚丙烯酰胺; 复配; 絮凝

含酚高浓度有机废水主要来自煤化工、炼油炼焦、纺织、炼钢、化工中间体生产、污泥或垃圾焚烧、垃圾渗滤液等过程[1]。废水的成分极其复杂，其中酚类、多环芳香族化合物及氨氮、轻质油等物质大部分进入水中，形成了有机污染物浓度高、难降解工业废水[2-3]。含酚高浓度有机废水中的酚类物质及其衍生物具有较高的生物毒性，不仅对人体和水环境具有毒害作用，还对水处理生化过程中的微生物产生抑制和毒害作用。除此之外，该废水中含有大量的细小颗粒，对后续水处理单元造成一定的影响，容易堵塞装置，因此，需要进行预处理以降低其对后续单元的影响。

目前，含酚高浓度有机废水常用的预处理有除油、脱酚、去除 SS ( 初沉池、混凝沉淀等) 和有毒有害或难降解有机物等[4-5]。针对废水中悬浮物及细小颗粒的去除，一般采用絮凝沉淀法，投加合适絮凝剂使固液分离，去除废水中悬浮胶体颗粒[6]。絮凝沉淀法具有操作简便、处理效果好、成本较低等优势，用于煤制气废水的预处理阶段，可降低后续生化处理的有机负荷，已成功应用于煤气化、煤液化等废水的预处理过程中。连国奇等[7]采用聚合氯化铝( PAC) 和聚丙烯酰胺( PAM) 复合絮凝剂对含酚高浓度有机废水进行处理，絮凝处理后，化学耗氧量( COD) 去除率高达 80. 92%。

针对含酚高浓度有机废水的特点，笔者采用无机混凝剂和有机絮凝剂联合絮凝作为预处理方法，通过混凝沉淀法降低废水中有机物的浓度和除酚。对絮凝剂及复配组合进行筛选，并考察聚合氯化铝铁( PAFC) 投加量、有机絮凝剂投加量、水力条件、pH 对混凝试验的影响，采用正交试验进行优化，判断显著性影响因素，从而选定一种有效的处理方案，为含酚高浓度有机废水预处理提供一定的借鉴。

1 试验

1. 1 废水来源及性质

该含酚高浓度有机废水呈深褐色，带有刺鼻性气味，水质具体指标如表 1 所示。

1. 2 主要试剂

聚合氯化铝铁( PAFC，Fe 和 Al 的质量分数皆为 27%) 、阳离子型聚丙烯酰胺( CPAM，分子量1 000万，阳离子度 40%) 、阴离子型聚丙烯酰胺( APAM，分子量 1 000 万，阴离子度 14%) 、非离子型聚丙烯酰 胺 ( NPAM，分子量1 000万) ，分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

1. 3 试验方法

分别取一定量的含酚高浓度有机废水于烧杯中，用一定量 H₂ SO₄ 和 NaOH 调节 pH，将烧杯置于ZR4-6 型混凝试验搅拌机上，投加适量无机混凝剂，以 300 r /min 快速搅拌 1 min 后，投加一定量的有机絮凝剂，以 50 r /min 慢速搅拌 10 min，静置 30 min后，取上清液依次测定 COD、浊度、总酚质量浓度( 简称总酚) 等指标。另采用 PAFC 投加量、CPAM投加量、废水 pH、搅拌转速为影响因素开展正交试验，确定影响絮凝效果的显著性影响因素。该试验总酚质量浓度采用溴化容量法测定，在废水测定前需要排除各种干扰[8]; COD 采用哈希DR1010 型 COD 测定仪测定; 浊度采用哈希 2100Q便携式浊度仪测定; 氨氮采用纳氏试剂分光光度法测定。

2 结果与讨论

2. 1 有机絮凝剂的筛选

与聚合硫酸铁和聚合氯化铝相比，PAFC 同时具备铝盐和铁盐的性质，使其具有明显性能优势[9]，故试验选用 PAFC 作为无机混凝剂。在其他条件相同的情况下，分别研究不同投加量时单一絮凝剂和复配絮凝剂的处理效率，结果如图 1—5所示。

由图 1 和 2 可知: 随着单一无机混凝剂或有机絮凝剂投加量的增加，浊度、总酚和 COD 的去除率先增大后减小，且单独投加有机絮凝剂 NPAM 的絮凝效果优于单独投加 PAFC 的，投加 20 mg /L NPAM时总酚和 COD 的最大去除率仅为 16. 0%和 18. 6%，投加 30 mg /L NPAM 时浊度的最大去除率仅为82. 2%。因此，投加单一絮凝剂对该废水的处理效果不明显，且投加单一絮凝剂处理该废水时，絮体颗粒较小，沉降性能差。由图 3—5 可知: PAFC 与 3种电荷类型聚丙烯酰胺进行复配( PAFC +APAM、PAFC+CPAM、PAFC+NPAM) 预处理该废水，随着投加量的增加，浊度、总酚的去除率先升高后逐渐降低，COD 的去除率则先升高后逐渐趋于平稳，在投加 1. 5 g /L PAFC+30 mg /L PAM 时混凝效果最好，浊度、总酚和 COD 的去除率分别为 90. 1%、18. 4%和 28. 9%，此时混凝效果优于单独投加单一絮凝剂v> 的絮凝效果。PAFC 水解会生成具有强吸附和电中 和能力的正电荷多核羟基配位化合物，随着 PAFC 投加量的增加，带正电荷的多核羟基配位化合物增 多，与废水中带负电荷的胶体颗粒发生吸附作用和 电中和作用，使其快速脱稳，形成絮体［10］。单独投 加 PAFC 时，絮体较小且沉降较慢，随着 PAM 的投 加，PAM 的酰胺基( —CONH2 ) 可与许多物质亲和、 吸附形成氢键，吸附架桥作用增强，促进絮体的凝 聚，形成更大的絮体并快速沉淀［11］。随着絮凝剂的 继续投加，胶体颗粒被过量的絮凝剂包裹，颗粒带相反电荷而复稳，颗粒更分散，絮凝效果变差［12］。

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