混凝-气浮法处理煤化工废水的试验研究

罗 文

(太原市环境科学研究院，山西 太原 030002)

我国能源结构为富煤、贫油、少气，新型煤化工技术综合应用先进的技术，以创造清洁能源和生产以煤炭为原料的产品为目标，低成本的巨大优势使其正逐渐取代传统的石油、天然气产品，在当今能源市场上更具竞争力[1]。但是，我国煤炭资源和水资源的分布呈逆向关系，新型煤化工也面临用水量大、污水排放量大的严峻问题，可以说，新型煤化工可能会造成水资源匮乏及严重的环境污染。而且，煤化工废水具有色度大、COD值高、成分复杂、有毒有害等特点[2]。因此，对于煤化工废水处理进行试验研究，进而通过经济有效的处理工艺降低其废水排放量的意义重大。

1 废水来源及水质

试验原水取自某钢铁公司调节池出水，其水质状况如表1所示。

表1 试验用煤化工废水水质

2 试验试剂及仪器

2.1 试验试剂

聚合氯化铝(PAC)，广州市宝万化工有限公司；聚合硫酸铁(PFS)，广州和兴化工有限公司；阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)，广州中贝环保科技有限公司；阴离子聚丙烯酰胺(APAM)，郑州普尔化工产品有限公司；聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)，杭州海瑞化工有限公司；试亚铁灵指示剂，天津市大陆化学试剂厂；四氯化碳、氯化钠、重铬酸钾、浓硫酸、硫酸银、溴化钾、碘酸钾、硫酸汞，分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司。

2.2 试验仪器

pHS-3C数字式pH计，金坛市精达仪器制造有限公司；FA1204B精密电子天平，上海精科天美科学仪器；HJ-6型六联搅拌机，巩义市予华仪器有限公司；MAI-50G 红外测油仪，吉大小天鹅仪器有限公司；F202电热恒温干燥箱，济南百戈实验仪器有限公司。

3 工艺流程及分析项目

本试验采用25 L的水桶充当隔油池，首先，煤化工含油废水在桶中静置4 h，取水样测定含油量；其次，利用虹吸作用将污水进行投加药之后吸入到絮凝池中；第三，开启搅拌机搅拌0.5 h，并通过进水泵、调节阀及释放器作用，使压缩空气与回流水形成的溶气水进入到气浮池；最后，除渣，并运行一段时间后取适量待测水样[3]。隔油-混凝-气浮工艺流程如图1所示。

图1 隔油-混凝-气浮工艺流程简示图

本试验主要分析项目有COD、总酚、pH值及含油量，其中，COD的测定采用红外分光光度法，总酚的测定采用溴化滴定法，pH值采用pH计测定，含油量采用重铬酸钾法测定。

4 混凝沉淀法处理煤化工废水

4.1 混凝沉淀烧杯试验

混凝沉淀烧杯试验主要考察的是药剂种类、投加量等对除油脱酚效果的影响。具体试验条件及步骤为：首先，加无机絮凝剂，快速(450 r/min)搅拌1 min；其次，加有机高分子絮凝剂，慢速(100 r/min)搅拌5 min；第三，静置30 min；最后；取距液面2 cm处清液，测定分析项目。

4.2 混凝沉淀法处理煤化工废水试验结果及讨论

4.2.1 无机絮凝剂影响

本试验无机絮凝剂包括聚合氯化铝、聚合氯化铁、硫酸铝和破乳剂F-01。不同无机絮凝剂种类和投加量处理煤化工废水试验结果显示：1) 在一定投加量范围内，废水污染物去除率随投加量增加而显著增强，之后，随着无机絮凝剂投加量的继续增加，废水污染物去除率反而出现下降的趋势。此现象出现的原因可能是，絮凝剂的过量投加导致阳离子大量引入，出现抑制和阻碍作用，从而使体系脱稳，去除率下降。2) 4种无机絮凝剂中，聚合氯化铝(PAC)对煤化工废水的除油、脱酚效果最好，硫酸铝[Al2(SO4)3]最差，聚合氯化铝(PAC)的最佳投加量为200 mg/L，去除率在40%左右。因此，本试验选用PAC。

4.2.2 阳离子度影响

阳离子度的高低会影响絮凝效果，进而影响废水污染物去除率。本试验结果显示：1) 在一定阳离子度范围内，废水污染物去除率随阳离子度增加而迅速增强，之后，随着阳离子度的继续增加，废水污染物去除率在保持一定水平后出现显著下降趋势。原因可能是，阳离子大量引入会导致聚合反应不完全，聚合产物特性黏度低，且会抑制电中和作用，进而影响煤化工废水污染物去除率。2) 阳离子度在15%～45%时，去除效果较好，且当阳离子度为15.8%时，去除效果达到最佳，可达60%左右。因此，本试验选择阳离子度为15.8%。

4.2.3 特性黏度影响

特性黏度会影响絮凝剂的吸附架桥性能，进而影响絮凝性能。试验结果显示：1) 实验初期，污染物的去除率均随特性黏度的增大而增大，到一定范围后趋于稳定。这是因为，随着特性黏度增大，架桥作用越强，越容易形成絮体，絮凝效果越好。2) 特性黏度在400 mL/g～550 mL/g时，絮凝剂效果较好，且为443 mL/g时，去除率达到最大，为60%左右。因此，本试验选择特性黏度为450 mL/g。

4.2.4 pH值影响

为了考察pH值对混凝沉淀除油脱酚的效果影响，调节pH值为2～12，并进行试验。试验结果显示：1) 随着pH值的增加，污染物去除率表现出先增加后减小的趋势，而且低pH值对去除率的影响要大于高pH值。原因可能是，在弱碱环境中，能保持混凝剂的水解反应充分进行，混凝效果较好，而较低的溶液pH值不利于阳离子水解，进而不能有效吸附水中污染物。2) 在pH值为8左右时，去除效果最佳，可达60%左右。由于试验原水pH值为7.5～8.5，出于经济性考虑，不对原水pH值进行调整。

4.3 混凝-气浮法处理煤化工废水试验结果及讨论

混凝沉淀法处理煤化工废水污染物最高去除率仍不到70%，而混凝-气浮处理煤化工废水可以进一步提高废水污染物的去除率，因此，混凝后需进行后续的气浮处理。本试验主要考察四大因素对气浮除油效果的影响。具体气浮时间、投药量、溶气压力、原水初始含油浓度变化4种因素参数值如表2所示，试验结果如图2所示。

表2 4种影响因素梯度变化

图2 气浮时间、投药量、溶气压力、原水初始含油浓度变化对气浮除油的影响

4.3.1 气浮时间影响

由图2试验结果可知，气浮时间在0 min～10 min时，随着气浮时间的增加，煤化工废水的除油率迅速增加，当气浮时间为9 min时，除油率基本达到最大，为92.5%，而后随着气浮时间的不断增加，除油率不但没有增大，反而有小幅度减小。可能是因为，气浮时间过长，会导致形成的絮粒越来越大而下沉，因此，确定最佳气浮时间为9 min。

4.3.2 投药量影响

由图2试验结果可知，与气浮时间影响类似，当投药量在0 mg/L～8 mg/L时，随着投药量的增加，煤化工废水的除油率随之增加，当投药量为8 mg/L时，除油率达到最大，为93%，而后随着投药量的不断增加，除油率反而有小幅度减小，可能是大的投药量影响了气浮反应所致，因此，确定P(AM-DMD-MMA)最佳投药量为8 mg/L。

4.3.3 溶气压力影响

由图2可知，溶气压力在0 MPa～0.4 MPa时，随着溶气压力的增大，气浮的除油率也在不断增大，可能是由于溶气压力越大，溶解的气体量越大，气浮效率也就越高。但当溶气压力在0.4 MPa～0.5 MPa时，气浮的除油率趋于稳定，不再增大，为93%左右。随后，随着溶气压力的继续增大，除油率不但没有增大，反而有小幅度减小，这可能是因为压力超过0.5 MPa后，压力的增大并不能使气泡粒径继续减小，还会出现气泡数量过多而使气浮效果变差。因此，最好将溶气压力控制在0.4 MPa～0.6 MPa。

4.3.4 原水初始含油浓度的影响

由图2可知，与其他影响因素不同，煤化工废水除油率随着原水初始含油质量浓度的增大而增加，只是原水初始含油质量浓度在100 mg/L～400 mg/L时除油率增加更快，超过400 mg/L时，随着浓度的继续增加，除油率升高较慢。本试验废水含油量为150 mg/L～200 mg/L，除油率为75%～80%。

5 结论

综上所述，对于煤化工含油废水，混凝-气浮处理比单纯混凝沉淀处理效果更好，混凝-气浮处理的最佳参数选择为：气浮时间为9 min，P(AM-DMD-MMA)投药量为8 mg/L，溶气压力控制在0.4 MPa～0.6 MPa，利用混凝-气浮处理煤化工废水实际原水，除油率为75%～80%，比单纯混凝沉淀处理的55%～60%要高出20%，因此值得在煤化工工业推广应用。