聚硅酸氯化铝对焦化废水脱色效果的研究

2014-12-02刘智峰

杭州化工 2014年1期

刘智峰

（陕西理工学院化工学院，陕西汉中723001）

焦化废水脱色一直是焦化废水处理中存在的一个难题，这主要是因为焦化废水中的某些有机化合物无法降解，这些化合物中有些含有烯键，磺酰胺基，羧基酰胺基，羰基和硝基等生色团，而且含有助色团，它们相互作用造成出水色度很高[1]。目前对焦化废水脱色处理主要采用生化法，但生化法对焦化废水色度的去除不很理想，关于焦化废水色度达标排放的报道也很少。针对生化法脱色效果不理想这一问题，通常在生化出水后加上活性炭或粉煤灰吸附、混凝等深度处理工艺对其进行脱色。活性炭脱色效果较好，但存在再生困难、运行费用高等问题；粉煤灰等成本低且达到以废治废的目的，但使用后大量粉煤灰的处置又是一个大问题。为解决这些传统方法存在的问题，众多学者致力于研究开发新的脱色技术和工艺。聚合氯化铝（缩写PAC）是一种新型无机高分子净水剂，具有混凝性能好、絮体大、效率高、用量少、沉淀快、适用范围广等优点，其中的铝主要以带正电荷的聚羟阳离子形态存在，具有吸附电中和及压缩双电层的能力，从而可实现废水的净化与脱色的效果[2]。本文采用聚硅酸氯化铝对焦化废水脱色效果进行研究，为该类废水在生产实践中的处理提供借鉴。

1 材料与方法

1.1 废水来源与性质

实验所需焦化废水取自汉中某焦化厂。废水水质情况见表1。

表1 废水水质参数表

1.2 实验仪器与试剂

仪器：722 型分光光度计；SHZ-ó 型循环水真空泵；DK-98-1 型电热恒温水浴锅；JJ-4 型六联搅拌器；PHS-3C 型pH 计；GR-205 电子天平。

试剂：硅酸钠（SiO2含量为35%）；聚合氯化铝（Al2O3含量为10%）；1 mol／L 盐酸；1 mol／L 氢氧化钠溶液。

1.3 实验方法

（1）选用pH、投加量、温度、搅拌时间四因素进行单因素实验，研究聚硅酸氯化铝对焦化废水脱色的影响。采用分光光度法测定色度。

（2）色度的测定：首先将水样过滤，将滤液在754 型紫外分光光度计上扫描，确定特征光谱为415 nm。然后用色素配制一系列模拟有色废水，使用722 型分光光度计在波长415 nm 处测定模拟有色废水的吸光度，制作标准曲线[3]。如图1 所示，横坐标表示模拟废水中色素的浓度。

图1 模拟有色废水的吸光度

（3）脱色率% ＝（色度值处理前-色度值处理后）／色度值处理前× 100%

1.4 聚硅酸氯化铝的制备

聚硅酸的制备：称取20 g 硅酸钠固体，并用去离子水将其稀释至SiO2含量为2.5%，用盐酸调节其pH 值至5 ～6，当出现淡蓝色时，停止聚合。

聚硅酸氯化铝的制备：按Al／Si 为1.0 向聚硅酸中加入聚合氯化铝固体（Al2O3含量为10%），在室温下搅拌30 min，熟化，即得聚硅酸氯化铝絮凝剂[4]（Si 的含量为7.1 mg／mL、Al 的含量为13.8 mg／mL）。

2 结果与分析

2.1 pH 对脱色率的影响

分别在7 个洁净的烧杯中各取水样50 mL，用1 mol／L 盐酸和1 mol／L 氢氧化钠调节pH 值分别为4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0，然后分别投加浓度为7.1 mg／mL 的聚硅酸氯化铝絮凝剂18 mL，反应温度为28 ℃，搅拌时间为30 min，反应完成后静置30 min，取上清液测其吸光度，并计算其脱色率。结果如图2 所示。

图2 pH 值对脱色率的影响

由图2 可知，在pH 值为7 ～9 时，脱色率的值较高，这是因为当废水的pH 值较小时絮凝剂处于酸性条件下，聚硅酸氯化铝聚合沉积，失去絮凝特性，故其絮凝效果较差；而当pH 值较高时，聚硅酸氯化铝电离出的Al3+发生水解作用而降低絮凝效果。因此，选择该絮凝剂的最佳的pH值为8。

2.2 投加量对脱色率的影响

分别在9 个洁净的烧杯中各取水样50 mL，用1 mol／L 氢氧化钠调节pH 值为8.0，分别投加浓度为7.1 mg／mL 聚硅酸氯化铝（以Si 的量计）10、12、14、16、18、20、22 mL，搅拌时间为30 min，反应温度为28 ℃，反应完成后静置30 min，取上清液测其吸光度，并计算其脱色率。结果如图3 所示。

图3 投加量对脱色率的影响

由图3 可知：随着投加量的增加，脱色率也随之增加，聚硅酸氯化铝絮凝剂投加体积为16 ～20 mL 时（此时投加量为2.272 ～2.840 mg／mL），焦化废水的色度去除率较高。当投加体积为18 mL（投加量为2.556 mg／mL）时，色度的去除率达最大。但随着投加量的再增加，脱色率又开始下降，这是因为过量的Al3+使悬浮颗粒物所带电荷为正电荷发生逆转，导致水中某些污染粒子的重新悬浮，发生再稳定，混凝效果反而下降[5]。综合考虑，最佳投加体积为18 mL（投加量为2.556 mg／mL）。

2.3 温度对脱色率的影响

分别在8 个洁净的烧杯中各取水样50 mL，用1 mol／L 氢氧化钠调节pH 值为8.0，搅拌时间为30 min，投加浓度为7.1 mg／mL 的聚硅酸氯化铝18 mL，然后分别控制反应温度为20、22、24、26、28、30、32、34 ℃，反应完成后静置30 min，取上清液测其吸光度，并计算其脱色率。结果如图4所示。

图4 温度对脱色率的影响

由图4 可知，随着温度的增加脱色率也随之增加，当温度在26 ～28 ℃时脱色效果较好，当温度为28 ℃时，脱色率达到最大值为63%，随着温度的增加脱色率趋于稳定不变，这是因为聚硅酸氯化铝水解是一个吸热过程[6]，水温高有助于聚硅酸氯化铝的水解，温度继续升高，水解达到饱和，所以综合考虑最佳反应温度为28 ℃。

2.4 搅拌时间对脱色率的影响

分别在8 个洁净的烧杯中各取水样50 mL，用1 mol／L 氢氧化钠调节pH 值为8.0，调节温度为28 ℃，投加浓度为7.1 mg／mL 的聚硅酸氯化铝18 mL，然后分别控制搅拌时间为5、10、15、20、25、30、35、40 min，反应完成后静置30 min，取上清液测其吸光度，并计算其脱色率。结果如图5 所示。

图5 搅拌时间对脱色率的影响

由图5 可知，随着搅拌时间的增加脱色率也随之增加，当搅拌时间为30 min 时，达到最大脱色率值为67%，但随着搅拌时间的再增加脱色率又开始下降，这是因为所有絮状物在过度搅拌下都会破裂。如果搅拌时间过长，絮体破裂后，暴露出新的吸附位置，吸附溶液中过量的聚合物。由于吸附的过量聚合物产生斥力，不能使絮体重新结合，则会将能够沉降的颗粒被搅碎后又变成不可沉降的颗粒。如果搅拌时间过短，则会使絮凝剂和固体颗粒不能充分接触，不利于絮凝剂捕集胶体颗粒，而且絮凝剂的浓度分布也不均匀，不利于发挥絮凝作用。所以得出最佳搅拌时间为30 min。