钢铁酸洗废液制备聚合氯化铁及对炼油废水应用研究*

2020-03-11李斌

化学工程师 2020年2期

李斌

（陕西国防工业职业技术学院化学工程学院，陕西西安710302）

近年来，伴随着石油化工行业快速的发展，炼油过程中产生的废水排放量逐年增加，炼油废水的不仅组成复杂，而且其CODCr等污染物含量高，难降解物质多，pH值变化较大，如处理不当，会严重污染周边的环境，带来不可估量的损失。当前，混凝沉淀法是炼油废水处理常最为常用的方法之一[1,2]，广泛应用于炼油废水的处理过程中，并取得了良好的效果，随着愈加严格的环保及水质处理要求的提高，高效、价廉、无毒的水处理剂的开发成为当前研究的热点[3]。

钢铁酸洗废液是在钢铁加工过程中，为了提高其表面性能，使用无机酸对其进行处理时产生的废弃物，已经被列入国家危险废物名录[4,5]。研究表明[6-8]，常见的钢铁酸洗废液主要由盐酸和铁盐组成，pH值通常低于2，如不加以合理处置，直接排放，不仅会对环境造成严重污染，同时也会影响人类健康，因此，钢铁酸洗废液资源化处理已成为当前研究的热点，受到众多环保专家的关注。本研究基于“以废制废”的理念，在充分分析钢铁酸洗废液的组成基础上，将钢铁酸洗废液经过氧化、水解、陈化后制备出新型复合无机高分子絮凝剂-聚合氯化铁（PFC），并将其应用到炼油废水处理过程中，该絮凝剂具有絮凝效果好，且原料价廉易得，处理费用低，是钢铁酸洗废液及炼油废水经济有效的处理途径。

1PFC制备

1.1 主要试剂及仪器

预处理后钢铁酸洗废液：其中Fe2+质量分数为11.86%，Fe3+质量分数为 0.95%；K2Cr2O7、NaClO3、HCl等，均为分析纯；

754N分光光度计；JJ－4型电动六联搅拌器；HHM-6型恒温水浴。

1.2 制备方法

采用NaClO3氧化法制备聚合氯化铁。以某钢铁厂盐酸酸洗废液为主要的铁源，先向废液中投入铁粉，同时加入部分的盐酸将原废液中的Fe3+还原为Fe2+，充分搅拌后，过滤得到FeCl2溶液。后采用直接氧化法[9]向废液中投加NaClO3（NaClO3和Fe2+离子摩尔比0.16），稳定剂KH2PO40.1g，反应 0.5h后补充一定量的盐酸，待氧化反应结束后，将溶液pH值调至2～3，后水解1h，陈化反应12h后即可得到聚合氯化铁（PFC）。聚氯化铁中铁质量分数为11.04%，盐基度为10.2%，满足水处理剂聚氯化铁标准HG/T 4672-2014的要求。

2 实验部分

2.1 废水水质

试验废水取自某炼油厂浮选后进水水样，水质指标为：pH 值 7～9，CODCr150～730mg·L-1，浊度 240～390NTU，SS 100～200mg·L-1，石油类物质含量 200～500mg·L-1。在常温下，pH值为6～8条件下考察PFC混凝剂（铁质量分数为11.04%，盐基度为10.2%）对炼油废水的处理效果。

2.2 试验方法

用JJ-4型六联电动搅拌器，在250mL烧杯中同时进行试验。在烧杯先加入炼油废水150mL，再加入一定量的絮凝剂（PFC），先以250r·min-1的速度搅拌3min，使混凝剂充分分散在炼油废水中，再以50r·min-1的速度慢速搅拌10min，静置20min后取上清液，测定CODCr、浊度、SS和石油类物质含量等指标。

3 结果与讨论

3.1 搅拌速度对处理效果的影响

添加絮凝剂后，一般先用较快速度进行搅拌，使絮凝剂与废水充分接触，当产生絮体时，降低搅拌速度，避免破坏已形成的絮团。本试验采用快速（250r·min-1）搅拌与慢速（50r·min-1）搅拌相结合的方式，可取得较好的絮凝效果。

3.2 投加量对CODCr的影响

图1为絮凝剂投加量对CODCr的影响。

图1 投加量对CODCr的影响Fig.1 Influence of adding amount on CODCr

由图1可知，在开始时，随着絮凝剂聚合氯化（PFC）的投加量逐渐增加，废水中CODCr显著下降，在投加量为 315mg·L-1时，CODCr降至 87mg·L-1；继续增加絮凝剂的投加量，废水中的CODCr值逐渐升高。这主要是因为投加絮凝剂后，其与废水中的胶体物质充分反应，CODCr快速下降，继续增大投加量，絮凝效果逐渐达到最佳，废水中的CODCr降至最低值；当继续增加絮凝剂的投加量，废水中的胶体颗粒被絮凝剂包围，体系趋于饱和状态，结合能力显著降低，凝聚沉降变差。此外，絮凝剂自身也会导致废水中的CODCr值增大。

3.3 投加量对浊度的影响

图2为絮凝剂投加量对浊度的影响。

图2 投加量对浊度的影响Fig.2 Influence of adding amount on turbidity

由图2可知，随着絮凝剂聚合氯化（PFC）的投加量逐渐增加，废水的浊度逐渐下降，当絮凝剂投加量为315mg·L-1时，废水浊度降至7FTU，继续增加投加量，浊度值几乎无变化。这主要是因为在刚开始投加时，絮凝剂与废水中的胶体颗粒形成絮体较小，大量悬浮在水中，少量的絮体能够沉降，导浊度值较高；继续增加投加量后，废水中的絮凝体会逐渐增大增多，同时会聚集在一起引发共沉降，使得废水浊度降低，并趋于稳定，继续增加絮凝剂的投加量，浊度的去除率也不再增加，同时会加大处理的费用。因此，絮凝剂聚合氯化（PFC）的最佳投加量为315mg·L-1。

3.4 投加量对SS的影响

图3为絮凝剂投加量对SS的影响。

图3 投加量对SS的影响Fig.3 Influence of adding amount on SS

由图3可知，随着絮凝剂聚合氯化（PFC）的投加量逐渐增加，废水中的SS明显降低，在315mg·L-1时，SS 值降至 14mg·L-1，继续增加投加量，SS 值基本维持不变。这是主要是因为向废水中加入絮凝剂后，降低了废水中的悬浮物的稳定性，从而实现快速凝聚，SS值明显降低，当絮凝剂超过最佳用量后，继续增大絮凝剂的投加量，SS去除率趋于稳定。

3.5 投加量对石油类物质的影响

图4为絮凝剂投加量对石油类物质的影响。

图4 投加量对石油类物质的影响Fig.4 Influence of addition amount on petroleum substances

由图4可知，随着絮凝剂聚合氯化（PFC）的投加量逐渐增加，炼油废水中的石油类物质含量逐渐降低，当絮凝剂的投加量超过205mg·L-1后，继续增加絮凝剂的投加量，变化趋势逐渐减缓。这主要是因为，絮凝剂通常具有吸附、电中和及架桥作用，加入絮凝剂后降低了炼油废水界面张力、界面膜的强度及油水混合物粘度，加速了油水分离，从而降低了废水中的石油类物质含量。因此，综合处理成本和效果，絮凝剂的最佳投加量为315mg·L-1，此时炼油废水中的石油类物质含量可降至62mg·L-1。