pH值对酸处理脱除焦化废水色度的影响

张人元

(四川省工业环境检测研究院，成都 610000)

· 试验研究 ·

pH值对酸处理脱除焦化废水色度的影响

张人元

(四川省工业环境检测研究院，成都 610000)

对pH值在酸处理脱除焦化废水色度的影响进行了试验研究，考察了酸种类、pH值、反应温度和反应时间对酸处理的影响。结果表明，在焦化废水pH值调节至1.0左右，反应温度为40℃下反应120min，焦化废水色度去除率达到83%。试验证明，pH值对焦化废水色度具有显著的影响，能够达到预处理效果，为后续吸附树脂处理提供原水。

焦化废水；pH值；色度；沉淀

1 前 言

煤炭是我国的主要能源，随经济发展，其需求量与日剧增，焦化废水的大量产生和排放，给环境造成了极大的压力。

焦化废水含有大量酚、氰、COD及氨氮等有机或无机污染物，生物可降解性较差[1]。传统的焦化废水处理方法为活性污泥法，焦化废水经过一、二级处理后，水中的酚、氰、BOD基本能达到排放标准，可水中依然含有大量的有机物，其成分相当复杂，造成出水色度很难达到出水标准[2]。焦化厂中二次沉淀池出水色度一般在500(稀释倍数)以上，而根据《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中二级标准，不能达标排放[3]。色度是水体质量的重要指标，对焦化废水进行深度处理，高效脱除焦化废水的色度是目前行业的迫切需求。

笔者所在科研团队长期致力于树脂脱除焦化废水色度技术的研究和推广。试验所用焦化废水水样浊度很高，严重影响吸附树脂的吸附效率，增加了吸附树脂再生难度和成本[4]。

该研究发现，焦化废水在酸性条件下会析出一种高色度絮状沉淀，使其色度和浊度大大降低，可作为预处理方法为后续吸附树脂处理提供原水。

2 试验材料及方法

2.1 试验仪器及材料

该研究所用焦化废水为川威集团新宇化工公司焦化废水生化处理系统出水，水样色度较高，为600～900，色度组成物质成分复杂。其水质基本参数如表1。

表1 焦化废水参数Tab.1 The parameters of coking wastewater

针对实验所用水样，委托中国科学院成都分院对水样进行了分析，GC-MS(78900型，费尔伯恩精密仪器(上海)有限公司生产)检测确定了焦化废水中的有机物种类，分析结果如表2所示。

表2 焦化废水有机物定性分析结果Tab.2 The qualitative analysis of organics in coking wastewater

试验中所使用的盐酸、硫酸、硝酸等均为分析纯。

试验中使用到的仪器设备主要有H-6型数显恒温水浴锅、PHS-3C型pH计、FTIR-650型傅里叶变换红外光谱仪(高配)、GC-MSD、DHZT-9076A型电热恒温鼓风干燥箱。

2.2 试验方法

将装有100mL焦化废水的烧杯至于恒温环境中，添加一定量的酸溶液进行沉淀反应，经一定时间后过滤得到酸性焦化废水，用稀释倍数法测定其色度，计算出该条件下焦化废水色度去除率，确定最优条件。

添加一定量酸溶液对焦化废水有稀释作用，故在采用稀释倍数法测定反应后酸性焦化废水时应排除添加酸溶液稀释作用的影响，对色度进行校正。文中所用色度去除率数据均为校正值。

3 试验结果与分析

3.1 焦化废水有机物红外光谱分析

焦化废水中含有的有机污染物成分复杂，其具体为何物，目前缺乏全面的光谱学表征数据[5]。各有机物化学性质主要是由有机基团所表达的，傅立叶转换红外(FT-IR)光谱(FTIR-650型，天津港东科技发展股份有限公司生产)能够表征特征分子基团及其结构信息，焦化废水中有机物FT-IR红外光谱如图1所示。焦化废水中有机物的FT-IR红外光谱有多个特征吸收峰， 结合文献[5]和扫描光谱的结果，列出对应官能团和化合物如表3所示。

1-酸处理沉淀 2-酸处理焦化废水 3-焦化废水原水图1 焦化废水的FT-IR红外光谱Fig.1 FT-IR infrared spectra of coking wastewater

从图1可以1、2、3号样的特征吸收峰发生一定变化。三条光谱图有两处共同的吸收峰：3 600～3 300 cm-1是COOH、 醇和苯酚中OH的伸缩振动吸收峰， 1 690～1 580 cm-1是芳香C=C骨架振动、酰胺Ⅰ带C=O振动及醌C=O振动吸收峰，且吸收强度依次为1>2>3；1 690～1 580 cm-1是芳香C=C骨架振动、酰胺Ⅰ带C=O振动及醌C=O振动峰。两处相似吸收峰表明1、2、3号样中存在具有不饱和结构的双键类和芳香类化合物， 这与GC-MS(见表2)检测出的酚类、喹啉类等芳香性有机物相吻合[6]。1、3号样在2 368 cm-1附近处出现峰值，可能为C=C=C或C=C=O等的累积双键的不对称伸缩振动，而2号样在此处波峰不明显，可以推断经酸处理后此类物质从废水中析出进入沉淀。1号样在1 413 cm-1处出现的吸收峰，可归属为CH3的贡献，吸收峰出现分叉，表明可能有偕二甲基的存在，沉淀中新的复杂络合化合物生成。

表3 焦化废水FT-IR特征峰对应官能团Tab.3 Functional group corresponding to the FT-IR peak of coking wastewater

3.2 酸种类对酸处理的影响

取若干250mL烧杯，置入100mL焦化废水，分别添加一定量的盐酸、硫酸和硝酸溶液，控制3种添加酸溶液的焦化废水在pH值于7.0～0.5梯度区间的同一值，在室温环境中反应4h。反应完成后过滤得到酸性焦化废水，用稀释倍数法测定其色度，计算出各pH值条件下，3种pH调节剂对焦化废水色度去除率的影响，结果见图2。

由图2可看出，3条曲线斜率均为先增大，后降低；在7～6及1～0.5的pH区间，斜率变化很小，前者可视为影响尚未开始，后者可视为影响趋于完成；3种pH调节剂对焦化废水色度去除率的影响曲线接近，在7～6及1.5～0.5的pH区间趋于重合。综合以上讨论，考虑到试剂成本及工业酸耗量，选择硫酸配制酸溶液作为本试验的pH调节剂。

图2 不同种类酸的pH对色度去除率的影响Fig.2 Effect of different kinds of acids on removal of chroma

3.3 酸处理工艺优化

3.3.1 pH对酸处理去除色度的影响

可以明确，pH为本研究影响去除色度最为关键的因素。以硫酸为pH调节剂，研究pH对酸处理去除色度的影响，找到色度去除的最佳条件，如图2中H2SO4曲线所示。可以看出，pH值越小，色度去除率越大。在pH达到1.0以下时，曲线趋于平缓，色度去除率约为80%，由此推断在此条件下，pH的继续降低失去了去除色度的效力。故以去除色度为首要考虑，选择1.0作为酸处理去除色度的最优pH条件较为合理。

3.3.2 反应温度对酸处理去除色度的影响

取若干250mL烧杯，置入100mL焦化废水，添加一定量的硫酸溶液，控制添加酸溶液的焦化废水在pH于1.0，分别置于不同反应温度中，反应4h。反应完成后过滤得到酸性焦化废水，用稀释倍数法测定其色度，计算出各反应温度条件下，反应温度对焦化废水色度去除率的影响，结果见图3。

图3 反应温度对色度去除率的影响Fig.3 Effect of reaction temperature on removal of chroma

由图3可看出，在反应温度为40℃时，色度去除率达到最高值，约为83%；在反应温度高于40℃时，色度去除率降低明显。由此推断，反应完成后，焦化废水中析出的高色度絮状沉淀在反应温度为40℃左右时，这种物质溶解度最低，色度去除效果最佳。故选择40℃作为酸处理去除色度的最优反应温度条件较为合理。

3.3.3 反应时间对酸处理去除色度的影响

取若干250mL烧杯，置入100mL焦化废水，添加一定量的硫酸溶液，控制添加酸溶液的焦化废水在pH于1.0，在40℃反应温度下，分别反应不同时间。反应完成后过滤得到酸性焦化废水，用稀释倍数法测定其色度，计算出各反应时间条件下，反应时间对焦化废水色度去除率的影响，结果见图4。

图4 反应时间对色度去除率的影响Fig.4 Effect of reaction time on removal of chroma

由图4可看出，在反应时间低于120min时，色度去除率逐渐增大；在反应时间高于120min时，色度去除率保持不变。由此推断，酸处理反应在120min左右完成，反应时间的延长对酸处理去除色度不再产生影响。故选择120min作为酸处理去除色度的最优反应时间条件较为合理。

4 结 论

对焦化废水酸性条件下除色度预处理进行了实验研究，由研究结果得到如下结论：(1)将焦化废水pH值调节至酸性，析出一种高色度絮状沉淀，大大降低焦化废水色度，达到预处理目的。(2)以硫酸作为pH调节剂，将焦化废水pH值调节至1.0左右，在温度为40℃的环境中反应120min，焦化废水的色度去除率最高，为本试验的最优反应条件。(3)酸处理所得焦化废水可能对后续树脂吸附脱除色度试验有一定影响，须进一步试验进行研究。

[1] 杨利均,周 丹,罗仙平,等.焦化废水及其处理技术现状研究 [J].四川有色金属,2011,(4):55-58.

[2] 张昌鸣,余长舜.焦化废水净化及回用技术研究 [J].环境工程,1999,(1):16-19.

[3] GB8978-1996.污水综合排放标准 [S].

[4] 于庆满,严家保,褚华宁,等.混凝-Fenton试剂氧化联合处理焦化废水的试验研究 [J].工业水处理,2007,27(3):40-43.

[5] 贺润升,徐荣华,韦朝海,等.焦化废水生物出水溶解性有机物特性光谱表征 [J].环境化学,2015,(1):129-136.

[6] 唐 海,欧阳龙.焦化废水处理剩余污泥热解特性分析 [J].给水排水,2013,39(7):142-145.

The Effect of pH on Removal of Chroma from Coking Wastewater by Acid Treatment

ZHANG Ren-yuan

(SichuanProvinceAcademyofIndustrialEnvironmentalMonitoring,Chengdu610000,China)

The effect of pH value on removal of chroma from coking wastewater by acid treatment was experimentally studied, the effect of acid type, pH value, reaction temperature and reaction time on acid treatment were investigated. The results showed that the chroma removal rate of coking wastewater reached 83% at the pH value of coking wastewater was adjusted to 1.0 and reaction temperature 40℃ for 120 min. The experiments confirmed that pH value has a significant effect on the chroma of coking wastewater, which meets the requirements of pretreatment and can provide the raw water for subsequent adsorption resin treatment.

Coking wastewater; pH value; chroma; precipitation

2016-11-14

四川省公益性科研院所基本科研项目(2016YSKY00 44)。

张人元(1988-)，男，四川广元人，2015年毕业于四川大学化学工程学院冶金工程专业，硕士研究生，主要研究方向为污水处理技术。

X703.1

A

1001-3644(2017)02-0030-04