混凝沉淀法处理草甘膦生产废水的试验研究

2024-04-08高天号

化工设计通讯 2024年1期

高天号

（无锡汽车工程高等职业技术学校，江苏无锡 214000）

近年来，废水中的氮、磷等营养元素的排放造成了水体严重的富营养化[1]，对水体的生态环境造成了潜在的破坏，严重威胁着饮用水的安全[2]。因此世界各国都严格限制废水中总磷的排放，我国《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）之一级排放标准把外排废水中总磷的含量限定在0.5 mg/L以下。因此，减少工业废水中氮、磷等物质的排放，对保护水资源和生态环境具有重要的现实意义。

草甘膦也被称为镇草宁、磷甘酸，在农业生产中被广泛应用，是一种高效且毒性低的除草剂[3]。但在生产草甘膦的过程中会产生大量工业废水, 其有机磷的含量极高[4]，是较难处理的化工废水之一[5]。因此，必须采取合理有效的治理手段处理草甘膦生产过程产生的工业废水，做到消除或降低有机磷对环境的污染程度，保护环境，造福人类。

笔者采用混凝沉淀法对草甘膦生产过程产生的草甘膦二甲酯精酯废水以及甲醇回收残液废水进行处理，通过小试试验研究混凝剂种类、投加量、pH等参数对混凝效果的影响，探索最佳工艺参数，为草甘膦生产废水的处理提供应用参考。

1 试验部分

1.1 试验废水水质

试验所用废水为江苏南京某农药生产企业草甘膦生产中产生的二甲酯精酯废水和甲醇回收残液废水，二甲酯精酯废水COD（化学需氧量）为7 500～8 000 mg/L，TP（总磷）为12～13 mg/L；甲醇回收残液废水COD为341 mg/L，TP为14.00 mg/L。

1.2 主要仪器及药剂

主要仪器：干燥箱（重庆银河牌），称量天平（上海实验仪器厂JA2003型），搅拌器（常州国华电器JJ-4六联电动型），电热炉（天津泰斯特AC1000W型），压力锅（上海申安手提式不锈钢压力蒸汽灭菌器）。

主要药剂：硫酸银，分析纯；重铬酸钾，分析纯；硫酸亚铁铵，分析纯；硫酸，分析纯；硫酸汞，分析纯；氢氧化钙，分析纯。

1.3 测试指标及方法

主要分析指标及检测方法见表1。

表1 地质灾害统计表

2 试验结果与分析讨论

文献表明[6]，影响混凝处理效果的因素主要有混凝剂的种类、混凝剂的投加量、反应pH及反应时间等。因此，试验对混凝剂的种类、混凝剂的投加量、反应pH及反应时间四个因素对二甲酯精酯废水COD和TP去除率的影响进行了考察。由于甲醇回收残液的COD较低，因此试验仅考察混凝沉淀法对TP的去除效果。

2.1 混凝沉淀法对草甘膦二甲酯精酯废水的处理

2.1.1 混凝剂种类对废水中COD和TP去除效果的影响

取5个200 mL的小烧杯，分别加入100 mL二甲酯精酯废水，加入5种混凝剂：氯化高铁、硫酸亚铁、硫酸铝、聚合氯化铝（PAC）、聚铝铁，投加量均为1 g/L，分别调节废水pH为6～7、9～10、6～7、6～7、7～8，置于搅拌器中搅拌30 min（控制搅拌器转速为160 r/min）。反应结束后，将混合液过滤，测定滤液的COD和TP值。试验数据如图1所示。

图1 混凝剂种类对废水COD和TP去除效果的影响

从图1来看，氯化高铁和聚铝铁的处理效果比其他3种混凝剂对二甲酯精酯废水的综合处理效果要好。但从经济成本来看，氯化高铁的价格要高于聚铝铁。所以，试验选择的混凝剂是聚铝铁。

2.1.2 混凝剂的投加量对废水中COD和TP去除效果的影响

取6个200 mL的小烧杯，分别加入100 mL二甲酯精酯废水，加入混凝剂聚铝铁，投加量分别为0.3 g/L、0.5 g/L、0.7 g/L、0.9 g/L、1.1 g/L、1.3 g/L，调节废水pH为7～8，并置于搅拌器中搅拌30 min（控制搅拌器转速为160 r/min）。反应结束后，将混合液过滤，测定滤液的COD和TP值。试验结果如图2所示。

图2 混凝剂投加量对废水COD和TP去除效果的影响

从图2来看，随着混凝剂投加量的增加，二甲酯精酯废水的COD的去除率逐渐增高，在投加量为0.9 g/L时处理效果最好，其后COD去除率逐渐下降；二甲酯精酯废水的TP的去除率逐渐增高，在投加量为0.7 g/L时处理效果最好，其后TP去除率逐渐下降并趋于稳定。出现这种现象的原因是混凝剂投加量较低时，混凝剂可以提供用于中和废水中悬浮物的正电荷较少，随混凝剂投加量的增加，聚铝铁的电中和-凝聚作用增强，COD和TP的去除率增加。而达到最佳投药量之后，随着混凝剂投加量过大，混凝剂之间相互影响，使其电中和-凝聚作用改变，混凝剂对COD和TP的去除效果反而降低。综合运行成本及处理效果，优先考虑TP去除率，所以混凝剂聚铝铁的最佳投药量为0.7 g/L。

2.1.3 反应pH对废水COD和TP去除效果的影响

取6个200 mL的小烧杯，分别加入100 mL二甲酯精酯废水，加入混凝剂聚铝铁，投加量为0.7 g/L，调节废水pH分别为2、3、4、5、6、7，并置于搅拌器中搅拌30 min（控制搅拌器转速为160 r/min）。反应结束后，将混合液过滤，测定滤液的COD和TP值。试验结果如图3所示。

图3 反应pH对废水COD和TP去除效果的影响

从图3来看，随着反应pH的增大，二甲酯精酯废水的COD去除率升高，到pH为6时处理效果最佳，其后处理效果下降；随反应pH的增加，对二甲酯精酯废水的TP去除率逐渐升高，并于pH为5时处理效果最佳，其后处理效果略下降。文献表明，pH较低对混凝的压缩双电层有很大的抑制作用，降低了混凝处理的效果。在适宜的pH范围内，混凝剂产生的物质会吸附在胶核表面，分子量越大，吸附作用越强，使混凝效果增强。超出适宜的pH范围后，处理效果下降。综合考虑运行成本、处理效果并优先考虑TP去除率来看，混凝反应的最佳pH为5。

2.1.4 反应时间对废水COD和TP去除效果的影响

取6个200 mL的小烧杯，分别加入100 mL二甲酯精酯废水，投加入混凝剂聚铝铁，投加量为0.7 g/L，调节pH为5，并置于搅拌器中搅拌（控制搅拌器转速为160 r/min），分别搅拌10 min、20 min、30 min、40 min、50 min、60 min。反应结束后，将混合液过滤，测定滤液的COD和TP值。试验结果如图4所示。

图4 反应时间对废水去除COD和TP的影响

从图4来看，随着反应时间的进行，二甲酯精酯废水的COD去除率逐渐上升，在反应时间为50 min时处理效果最佳，其后略下降；对二甲酯精酯废水的TP去除率逐渐上升，在反应时间为40 min时处理效果最佳，其后趋于稳定。出现这种现象的原因是随着反应时间的增加，混凝剂与废水中的悬浮物混合得越来越充分，电中和-凝聚作用和吸附作用增强，对废水的COD和TP处理效果增强。综合运行成本、处理效果并优先考虑TP去除率，混凝的最佳反应时间为40 min。

2.2 混凝沉淀法对草甘膦甲醇回收残液的处理

2.2.1 混凝剂的选择对废水中TP去除效果的影响

取5个200 mL的小烧杯，分别加入100 mL草甘膦甲醇回收残液废水，投加入5种混凝剂：氯化高铁、硫酸亚铁、硫酸铝、PAC、聚铝铁，投加量为1 g/L，调节pH为7，并置于搅拌器中搅拌30 min（控制搅拌器转速为160 r/min）后过滤，测定滤液中的TP含量。试验结果如图5所示。

图5 混凝剂种类对废水TP去除效果的影响

从图5来看，氯化高铁对该废水的TP去除率要高于其他混凝剂。但从经济成本来看，氯化高铁的吨水处理费用两倍于聚铝铁，所以，试验优选聚铝铁作为处理甲醇回收残液的混凝剂。

2.2.2 混凝剂投加量对废水TP去除效果的影响

取6个200 mL的小烧杯，分别加入100 mL草甘膦甲醇回收残液废水，混凝剂聚铝铁的投加量分别为0.3 g/L、0.5 g/L、0.7 g/L、0.9 g/L、1.1 g/L、1.3 g/L，调节pH为7，并置于搅拌器中搅拌30 min（控制搅拌器转速为160 r/min）后过滤，测定滤液中的TP含量。试验结果如图6所示。

图6 混凝剂投加量对废水TP去除效果的影响

从图6来看，随着混凝剂投加量的增加，对草甘膦甲醇回收残液的TP的去除率逐渐增高，在投加量为0.9 g/L时处理效果最好，其后TP去除率趋于稳定。综合运行成本及处理效果，草甘膦甲醇回收残液废水混凝反应混凝剂聚铝铁的最佳投药量为0.9 g/L。

2.2.3 反应pH对废水TP去除效果的影响

取6个200 mL的小烧杯，分别加入100 mL草甘膦甲醇回收残液，投加0.9 g/ L的混凝剂聚铝铁，调节废水pH分别为2、3、4、5、6、7，置于搅拌器中搅拌30 min（控制搅拌器转速为160 r/min）后过滤，测定滤液中的TP含量。试验结果如图7所示。

图7 反应pH对废水TP去除效果的影响

从图7来看，随着反应pH的增大，对草甘膦甲醇回收残液废水的TP去除率逐渐升高，并于pH为4时处理效果最佳，其后处理效果略下降。综合运行成本及处理效果，草甘膦甲醇回收残液废水混凝反应的最佳pH为4。

2.2.4 反应时间对废水TP去除效果的影响

取6个200 mL的小烧杯，分别加入100 mL草甘膦甲醇回收残液废水，投加0.9 g/L混凝剂聚铝铁，调节废水pH为4，置于搅拌器中搅拌（控制搅拌器转速为160 r/min），分别搅拌10 min、20 min、30 min、40 min、50 min、60 min后过滤，测定滤液中的TP含量。试验结果如图8所示。