处理高炉煤气洗涤废水的工业试验*

李传常，唐爱东

(1.中南大学资源加工与生物工程学院，湖南长沙 410083;2.中南大学化学化工学院，湖南长沙 410083)

处理高炉煤气洗涤废水的工业试验*

李传常1，2，唐爱东2

(1.中南大学资源加工与生物工程学院，湖南长沙 410083;2.中南大学化学化工学院，湖南长沙 410083)

为了满足高炉煤气洗涤废水循环使用的需要，采用聚合氯化铝与聚丙烯酰胺复配处理高炉煤气洗涤废水，探索了其最佳工艺条件，并比较了固、液体聚合氯化铝的性能.结果表明，液体聚合氯化铝的絮凝性能优于固体的，且与聚丙烯酰胺具有更好的配伍性能;液体聚合氯化铝的投加量小，复配处理效果更好.

聚合氯化铝;聚丙烯酰胺;复配处理;高炉煤气洗涤废水;工业试验

钢铁生产过程中会产生大量的高炉煤气，而高炉煤气中含有大量的粉尘，不能直接排放到大气中.企业一般采用水洗涤，洗涤后的水就是高炉煤气洗涤废水［1］.此废水中含有毒物质，必须通过处理后才能排放.出于节能减排和循环利用需求［2］，通过一定的水处理方法可使高炉煤气废水达到循环利用要求［3］.目前主要有2种处理高炉煤气废水的方法，即自然沉降法和絮凝沉降法，其中絮凝沉淀法因其占地面积少、工艺简单、效率高、费用较低等优点而得到广泛应用［4-5］.

某钢铁生产企业，日均高炉废水量为6万m3，处理量大，废水回用指标要求高.水处理车间采用无机和有机水处理剂复配处理废水，但是回用水各项指标不稳定，严重影响企业的连续生产.对于已建设几十年的钢铁企业，若对现有水处理设备进行改造，则项目成本高、工程量大.因此，在不改变已有水处理设备的前提下，对水处理剂进行升级，增强其与有机水处理剂的配伍性能，增强其处理效果、减少其处理时间，是非常符合实际生产的.

聚合氯化铝(Polyaluminium Chloride，PAC)，由于它具有投加量小、净化效率高、成本低，特别是对环境无污染、对人体无害等优点，成为无机高分子絮凝剂中的主流产品，已被广泛应用于生活饮用水和工业废水等的处理［6-7］.笔者用2种聚合氯化铝进行现场对比试验，考察它与聚丙烯酰胺(Polyacrylamide，PAM)的配伍性能，之后通过工业试验评价其絮凝效率.

1 材料与方法

1.1 试剂

聚丙烯酰胺(巩义市拓普净水材料有限公司)，固体聚合氯化铝(Al2O3质量分数为30%，巩义市华通滤材厂)，液体聚合氯化铝(自制产品)，指标如表1所示.

表1 液体聚合氯化铝指标Table 1 Index of Liquid PAC

1.2 测定方法

浊度:SGZ-1A数显浊度仪.pH值:pHSJ-4A精密pH计.总碱度:酸碱指示剂滴定法.总硬度:EDTA滴定法.

1.3 现场试验

絮凝剂配置:分别配制氧化铝质量浓度为1.65 g/L的固体聚合氯化铝溶液和液体聚合氯化铝溶液;聚丙烯酰胺质量浓度为50 mg/L.

PAC试验:从现场取高炉废水(水温约为60℃)，分别置于9个900 mL烧杯中，每个烧杯的废水量均为500 mL，依次投加配制的固体聚合氯化铝(PAC)2，4，6，8 mL，配制的液体聚合氯化铝(PAC)2，4，6，8 mL，最后一个为空白样品.加样后依次迅速搅拌9个样品，沉淀5 min后，取上清液，用SGZ-1A数显浊度仪测其浊度.

PAC与PAM复配试验:从现场取高炉废水(水温约为60℃)，分别置于9个900 mL烧杯中，每个烧杯的废水量均为500 mL，首先依次投加配制的固体聚合氯化铝(PAC)2，4，6，8 mL和配制的液体聚合氯化铝(PAC)2，4，6，8 mL，最后一个为空白样品，加样后依次迅速搅拌9个样品，2 min后，再依次加入10 mL质量浓度为50 mg/L的聚丙烯酰胺溶液，加样后依次迅速搅拌9个样品，5，10，20，35 min后依次取上清液，用SGZ-1A数显浊度仪测其浊度.

1.4 工业试验

工业试验流程见图1.在高炉废水出水口处投加PAC，首先投加固体PAC，投料速度为123 g/min，投加60 min.其后，投加液体PAC，投料速度为317 g/min，投加60 min，按Al2O3含量计2种PAC投加量是等量的.投加聚合氯化铝的同时，于混合池PAM投料口处，按10 g/min投加PAM.在回用水出水口处间隔10 min取样，检测其浊度.连续取样13次，时间130 min.

图1 工业试验流程Fig.1 Flow Chart of Industrial Test

2 结果与讨论

2.1 PAC单一试验

为确定PAC的投加量，研究了不同投加量对现场高炉煤气洗涤废水的絮凝效果.图2为系列投加量下，不同沉降时间时水样浊度的变化情况.图2a)表明，在投药之后的5 min，液体PAC絮凝性能较好，尤其在低投加量时絮凝性能明显优于固体PAC.由图2a)，可以初步确定自制液体PAC最佳投加量为6 mL，但还不能确定固体PAC的最佳投加量，因为其曲线随投加量增加，水样剩余浊度存在更小的趋势.在13 min时(图2b))，PAC2在其最佳投加量处，出现了“反弹”，水样剩余浊度反而增大(由5 min的25.7到13 min的27.7).由羟基聚合氯化铝的絮凝形态学［8］可知:PAC含有形态相对稳定的Al13，在水处理过程中，其可附着在颗粒的表面，在颗粒之间起到架桥链接和电中和作用，因此投药之后的5 min之内主要是吸附作用，高炉煤气洗涤废水颗粒物大多含有大量羟基，而Al13是羟基不饱和化合态，颗粒与Al13在界面上的吸附实际是羟基的互补和配位.此时，水样颗粒体系出现暂时的稳定状态.之后，这些絮体与溶液中的OH-发生水解反应，生成Al(OH)3沉淀，进一步起到粘结团聚作用［8］，稳定体系遭到破坏，溶液中剩余的低聚合铝形态发生水解吸附水样中上部的颗粒，此时测得的水样的剩余浊度增大，出现“反弹”现象.通过一段时间的沉降(图2c)，21 min)，体系达到再稳状态，而且随时间的推移(图2d)，2e))水样剩余浊度减小，体系越趋于稳定.

对于固体PAC，也存在“反弹”现象，较液体PAC其“反弹”现象稍后(图2b)，2c))，主要原因是Al13可在一定范围的时间内，维持其形态不水解，而且在不同制备条件下，制得的聚合氯化铝中铝形态分布也不同［8］，从而导致其在处理水中形态转化时间不同.此外，由图2可知，在单独投加PAC的情况下，自制液体PAC的最佳投加量为6 mL，而固体PAC的最佳投加量介于6～8 mL之间.因此，液体PAC的絮凝性能优于固体PAC.

图2 不同沉降时间时水样浊度Fig.2 Residual Turbidity of Water at Different Sedimentation Time

2.2 PAC与PAM复配试验

图3为PAC系列投加量下与PAM复配处理高炉煤气洗涤废水不同沉降时间时水样浊度的变化情况.图3a)(投加PAM，PAC分别为5，7 min后)中，固体PAC复配的出水浊度比较低，而图3b)(投加PAM，PAC分别为10，12 min后)中，固体PAC的出水浊度反而增大，自制液体PAC的出水浊度明显降低.此段时间内，也存在一种“反弹”现象，只是较单一PAC处理废水时，反弹时间明显提前(固体PAC:由13～21 min提前至7～12 min;液体PAC:由5～13 min提前至2～7 min)，提前时间大致为6～9 min.反弹时间的提前表明:加入PAM后，通过高分子的桥联作用，有效地将PAC处理过程中形成絮体粒子联结在一起，从而形成较大的颗粒加速沉淀［9］;而且加入的PAM，其分子量较大，结构呈线型，这在一定程度上有利于促进絮体的形成，提高沉降速度［10］.因此，PAC与PAM复配使用，可进一步提高废水中悬浮物的沉降速度［11］.同时从反弹时间上，可以得出自制液体PAC与PAM的配伍性能较固体PAC与PAM配伍性能好.随着沉降时间的延长(图3c)，3d))，沉降的絮体趋于稳定，最低出水浊度自制液体PAC较固体PAC低(液体PAC为15.3 FTU，固体PAC为20.7 FTU).因此，可以初步确定自制液体PAC与PAM复配使用效果较好，最终结果通过工业试验评价.

图3 不同沉降时间时水样浊度(复配试验)Fig.3 Residual Turbidity of Water at Different Sedimentation Time(Complex Experiment)

2.3 工业试验评价

表2为工业试验结果，60 min取样时间之前均为水处理车间现用产品(固体PAC)的处理效果，70～130 min的取样时间为自制产品(液体PAC)的处理效果.由表2可知:固体PAC处理时间段，出水最高浊度35.9 FTU，最小浊度15.5 FTU，浊度浮动范围为20.4 FTU;而液体PAC处理时间段，出水最高浊度27.0 FTU，最小浊度15.6 FTU，浊度浮动范围为11.4 FTU.显然，液体PAC处理废水浊度浮动范围小，其水处理过程出水浊度整体低于固体PAC处理时间段，说明自制的液体PAC具有更好絮凝性能，而且与PAM配伍性能更好.

表3为回用水处水样指标检测结果.由表3可知:在自制液体PAC处理时间段，出水指标均达到循环利用的要求，而且其总碱度、总硬度均低于水处理车间现用产品固体PAC处理废水后的指标.因此，自制液体PAC适合于处理高炉煤气洗涤废水，并进一步说明它具有更好的絮凝效果，与有机絮凝剂配伍性能更好.

表2 工业试验结果Table 2 Result of Industrial Test

表3 工业试验水质检测结果Table 3 Result of Water Quality About Industrial Test

3 结语

通过单一的PAC现场试验，发现固、液体PAC处理高炉煤气洗涤废水过程中均存在“反弹”现象，而且自制液体PAC的絮凝性能优于固体PAC.PAC与PAM的复配现场试验表明，废水处理过程中也存在“反弹”现象，而且2种PAC的反弹时间均提前，说明PAC与PAM复配使用可进一步提高废水中悬浮物的沉降速度，初步确定液体PAC与PAM复配使用效果较好.最后，通过工业试验评价，确定液体PAC与PAM复配使用效果更好.

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(责任编辑 易必武)

Industrial Test of Blast Furnace Gas Washing Wastewater Treatment

LI Chuan-chang1，2，TANG Ai-dong2
(1.School of Resources Processing and Bioengineering，Central South University，Changsha 410083，China; 2.School of Chemistry and Chemical Engineering，Central South University，Changsha 410083，China)

In order to meet the requirement of recycling use of blast furnace gas washing wastewater，the complex coagulant of Polyaluminium Chloride(PAC)and Polyscrylamide(PAM)were used to treat this wastewater.The optimum condition of treatment was explored.Also，the flocculation performances of the solid PAC and liquid PAC were compared.The results showed that the flocculation ability of liquid PAC is better than that of solid PAC，and the compatibility of liquid PAC with PAM is also better than that of solid PAC;the liquid PAC has the advantages of low dosage and better effect in complex treatment test.

Polyaluminium Chloride;Polyscrylamidecomplex treatment;blast furnace gas washing wastewater;industrial test

X703

B

10.3969/j.issn.1007-2985.2013.01.018

1007-2985(2013)01-0077-05

2012-05-21

国家科技支撑计划资助项目(2008BAC32B05)

李传常(1983-)，男，湖南娄底人，中南大学博士研究生，主要从事水处理和新能源材料研究

唐爱东(1968-)，女，湖南邵阳人，中南大学副教授，博士，主要从事新型能源材料、功能纳米材料、水处理及光催化研究;E-mail:tangaidong@126.com