丙烯腈生產(chǎn)中排出的廢水含有劇毒物質(zhì)丙烯腈、乙腈、氫氰酸、聚合物、硫銨等，這些廢液必須經(jīng)過處理才能排放，不然會對環(huán)境造成極大的污染，同時(shí)危害人類健康，且有機(jī)腈經(jīng)生化反應(yīng)后水中氨氮增加，加大水體富營養(yǎng)化危害。齊魯分公司丙烯腈裝置的污水處理采用A/O 工藝，要求裝置來水CODCr含量應(yīng)小于1000mg·L-1，但實(shí)際生產(chǎn)中來水的CODCr累計(jì)平均值高達(dá)1760mg·L-1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了生化處理的要求，因此必須對廢水進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理。

本實(shí)驗(yàn)擬采用混凝法預(yù)處理技術(shù)，對齊魯石化丙烯腈生產(chǎn)污水進(jìn)行預(yù)處理實(shí)驗(yàn)研究，以降低廢水的COD值，提高廢水的可生化性，從而保證后續(xù)生化單元正常運(yùn)行。

1 混凝法簡介

混凝法是采用混凝劑使廢水的膠體破壞，通過物理或化學(xué)的作用，使原溶于水的或呈細(xì)微狀態(tài)而不易沉降、過濾的有機(jī)物脫穩(wěn)、凝聚，形成聚集狀態(tài)的粗顆粒從水中分離出來，達(dá)到降低廢水中COD含量的目的。其機(jī)理是:

1) 壓縮雙電層。在廢水中加入電解質(zhì)作為混凝劑，可改變膠體離子的表面電勢，或改變分解介質(zhì)中電解質(zhì)的濃度與價(jià)態(tài)，以影響膠體間的排斥位能、壓縮雙電層，能增加顆粒間的吸引力，使顆粒聚集而沉降。

2) 吸附電中和。膠體表面對異性離子、異性膠粒或鏈狀離子帶異性電荷的部位有強(qiáng)烈的吸附作用，這種吸附作用中和了部分電荷，減少了靜電斥力，使顆粒聚集而沉降。

3) 吸附架橋。膠體溶劑對高分子物質(zhì)具有強(qiáng)烈的吸附作用，高分子兩端通過靜電引力、范德華力、氫鍵、配位鍵等，共同吸附膠體粒子，結(jié)合成絮狀體，使顆粒聚集而沉降。

4) 沉淀物網(wǎng)捕。體系中存在金屬氫氧化物沉淀或金屬碳酸鹽沉淀時(shí)，水中膠體會被沉淀物網(wǎng)捕而沉淀。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2．1 實(shí)驗(yàn)水質(zhì)

實(shí)驗(yàn)用水為齊魯石化丙烯腈生產(chǎn)廢水，水質(zhì)指標(biāo): COD: 1760 mg·L-1，pH值: 8～9，濁度: 57．5NTU。

2．2 實(shí)驗(yàn)步驟

混凝實(shí)驗(yàn)分為最佳投藥量、最佳pH值兩部分。在進(jìn)行最佳投藥量實(shí)驗(yàn)時(shí)，先選定一種攪拌速度變化方式和pH值; 在進(jìn)行最佳pH值實(shí)驗(yàn)時(shí)，按照最佳投藥量測定不同pH值下濁度變化，求出混凝最佳pH值。

2．2．1 最佳投藥量實(shí)驗(yàn)步驟

1) 取6 個(gè)1000 mL 的燒杯，分別放入500 mL 原水，置于六聯(lián)攪拌機(jī)平臺上。

2) 確定實(shí)驗(yàn)時(shí)的混凝劑投加量。根據(jù)最小混凝劑投加量，取其1 /4 作為1 號燒杯的混凝劑投加量，取其2 倍作為6 號燒杯的混凝劑投加量，用依次增加混凝劑投加量相等的方法求出2～5 號燒杯混凝劑投加量，把混凝劑分別加入2～5 號燒杯中。啟動(dòng)攪拌機(jī)，快速攪拌半分鐘，轉(zhuǎn)速約500 r /min，然后慢速攪拌20 min，轉(zhuǎn)速約100 r /min。

3) 關(guān)閉攪拌機(jī)，靜止沉淀10 min，用50 mL 移液管吸出燒杯中的上清液約100 mL 放入燒杯內(nèi)，立即用濁度儀測定濁度。

2．2．2 最佳pH值實(shí)驗(yàn)步驟

1) 取6 個(gè)1000 mL 燒杯分別加入500 mL 原水，置于實(shí)驗(yàn)攪拌機(jī)平臺上。

2) 調(diào)整原水pH值，調(diào)整1 號燒杯水樣使pH值等于3，其他水樣的pH值依次增加一個(gè)pH 單位。

3) 向各燒杯中加入相同劑量的混凝劑。啟動(dòng)攪拌機(jī)，快速攪拌半分鐘，轉(zhuǎn)速約500 r /min，然后慢速攪拌20 min，轉(zhuǎn)速約100 r /min。

4) 關(guān)閉攪拌機(jī)，靜止沉淀10 min，用50 mL 移液管吸出燒杯中的上清液約100 mL 放入燒杯內(nèi)，立即用濁度儀測定濁度。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3．1 混凝劑的篩選

3．1．1 單一混凝劑濃度對濁度去除率的影響

混凝劑的投藥量是影響混凝效果的重要因素，對混凝劑的用量選擇還應(yīng)綜合考慮混凝效果與藥劑成本之間的關(guān)系。藥劑投加量與濁度關(guān)系曲線見圖1～3。

 

圖1 硫酸亞鐵投加量對混凝效果的影響

Fig．1 Influence of the dosage of ferrous sulfate to coagulation effect

由圖1 知，硫酸亞鐵最佳投加量為20 mg·L-1，此時(shí)濁度去除率為57．76%。

  

圖2 硫酸鋁投加量對混凝效果的影響

Fig．2 Influence of the dosage of aluminum sulfate to coagulation effect

由圖2 知，硫酸鋁最佳投加量為110 mg·L-1，此時(shí)濁度去除率為56．50%。

 

圖3 PAC 投加量對混凝效果的影響

Fig．3 Influence of the dosage of PAC to coagulation effect

由圖3 知，PAC 最佳投加量為25 mg·L-1，此時(shí)濁度去除率為78．27%。

而PAM 在確定形成礬花所用的最小混凝劑量實(shí)驗(yàn)中，效果不明顯，可能是由于丙烯腈廢水中的懸浮物主要是丙烯腈的低聚物，可供吸附架橋的物質(zhì)較少。

為了比較混凝劑的處理能力和用藥量，將其最佳投加量和對應(yīng)的最高濁度去除率列于表1。

表1 混凝劑的最佳投加量和對應(yīng)的最高濁度去除率

Table 1 The best dosage of coagulant ＆ the highest turbidity removal rate correspondly

 

由表1 知，PAC 最佳投加量為25 mg·L-1，其用量與硫酸亞鐵相比，相差不大，濁度去除率達(dá)78．27%，在三者中去除率最高，混凝效果最好，且投加聚合氯化鋁時(shí)礬花形成快，大而密實(shí)，泥水易于分離。

3．1．2 pH值對單一混凝劑去除濁度的影響

每種混凝劑都有其適宜的pH值范圍，pH值的大小不僅直接影響污染物的存在形態(tài)和性質(zhì)，而且影響著混凝劑的水解平衡與水解產(chǎn)物的存在形態(tài)。

在各混凝劑最佳投加質(zhì)量濃度，pH值對混凝效果的影響，見圖4～6。

 

圖4 不同pH值下硫酸亞鐵對混凝效果的影響

Fig．4 Influence of ferrous sulfate to coagulation effect under different pH value

由圖4 知，硫酸亞鐵混凝最佳pH值為12，剩余濁度隨pH值增加而降低。當(dāng)pH值= 9 時(shí)，濁度去除率為59．05%，說明用硫酸亞鐵處理丙烯腈廢水，適宜的pH值范圍為pH值≥9。

 

圖5 不同pH值下硫酸鋁對混凝效果的影響

Fig．5 Influence of aluminum sulfate to coagulation effect under different pH value

由圖5 知，硫酸鋁最佳混凝pH值為9，濁度去除率在54．80%以上，用硫酸鋁處理丙烯腈廢水，其適應(yīng)pH值范圍為8～10。

 

圖6 不同pH值下PAC 對混凝效果的影響

Fig．6 Influence of PAC to coagulation effect under different pH value

由圖6 知，PAC 處理丙烯腈廢水的最佳混凝pH值為7，濁度去除率在75．32% 以上，濁度去除率較高。

經(jīng)最佳投藥量、最佳pH值實(shí)驗(yàn)篩選，選用PAC作為混凝劑對丙烯腈廢水的處理效果最好。

3．2 復(fù)合混凝劑對濁度去除率的影響

近年來，使用新型的高分子混凝劑處理廢水是人們關(guān)心的課題［1］。為進(jìn)一步提高混凝效果，采用助凝劑PAM 與PAC 聯(lián)用來處理丙烯腈廢水，考察助混凝劑加入量、pH值對濁度和CODCr去除率的影響。

3．2．1 助凝劑PAM 投加量對濁度去除率的影響

在PAC 最佳投加量為25 mg·L-1 時(shí)，助凝劑PAM 投加量對處理效果的影響如圖7 所示。

 

圖7 PAC + PAM 投加量對混凝效果的影響

Fig．7 Influence of the dosage of PAC ＆ PAM to coagulation effect

由圖7 可見，PAM 投加為4 mg·L-1 時(shí)，濁度去除率達(dá)89．06%，混凝效果明顯提高。

3．2．2 pH值對PAM 和PAC 復(fù)合混凝劑去除濁度的影響

鑒于PAM 和PAC 的加入對丙烯腈廢水的pH值影響較大，實(shí)驗(yàn)中比較了不同初始pH值下，投加PAM 和PAC 復(fù)合混凝劑后廢水的濁度的變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖8 所示。

 

圖8 不同pH值下PAC + PAM 對混凝效果的影響

Fig．8 Influence of PAC ＆ PAM to coagulation effect under different pH value

由圖8 知，當(dāng)pH值= 7 時(shí)，濁度去除率最高，達(dá)93．01%。PAM 和PAC 復(fù)合混凝劑處理丙烯腈廢水比單一混凝劑效果好。由上述實(shí)驗(yàn)得知，PAM 和PAC 復(fù)合混凝劑最佳投加質(zhì)量濃度4 mg·L-1和25mg·L-1，最佳pH值為7。

3．2．3 PAM 和PAC 復(fù)合混凝劑處理廢水COD變化

因在工業(yè)運(yùn)用中調(diào)整廢水pH值，需耗用大量酸堿，成本較高，所以在實(shí)驗(yàn)室測定了兩種pH值條件下，即: 將廢水pH值調(diào)整為7 和未調(diào)pH值，廢水CODCr的去除率。測定結(jié)果如表2 所示。

表2 PAM + PAC 混凝后廢水的COD去除效果

Table 2 COD removal rate of wastewater after coagulating by PAM ＆ PAC

 

由表2 知，當(dāng)調(diào)廢水pH值= 7 時(shí)，經(jīng)PAM 和PAC 復(fù)合混凝劑混凝處理后出水COD降為960 mg·L-1，COD去除率為45．45%; 而在原廢水pH值條件下，經(jīng)PAM 和PAC 復(fù)合混凝劑處理后出水COD降為992 mg·L-1，COD去除率為43．64%。從而可以看出，在原水pH值條件下處理出水COD去除率比調(diào)pH值為7 時(shí)的COD去除率要稍微低一點(diǎn)，但考慮到工業(yè)運(yùn)用成本等問題，宜選擇后者即在原水pH值條件下，用PAM 和PAC 復(fù)合混凝劑處理廢水。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

4 結(jié)論

1) 在單一混凝劑濃度對濁度去除率的影響實(shí)驗(yàn)中，PAC 最佳投加量為25 mg·L-1，其用量與硫酸亞鐵相比，相差不大，濁度去除率達(dá)78．27%，在三者中去除率最高，混凝效果最好，且投加聚合氯化鋁時(shí)礬花形成快，大而密實(shí)，泥水易于分離。

2) 在pH值對單一混凝劑去除濁度的影響實(shí)驗(yàn)中，得出硫酸鋁和PAC 的混凝效果較好。而PAC的使用量較硫酸鋁少，且適宜的pH值范圍為5～9，pH值適用范圍寬，濁度去除率75．32% 最高。因此，經(jīng)最佳投藥量、最佳pH值實(shí)驗(yàn)篩選，選用PAC作為混凝劑對丙烯腈廢水的處理效果最好。

3) 由PAC 和PAM 助凝劑組成的復(fù)合混凝劑，在其投加質(zhì)量濃度分別為25 mg·L-1和4 mg·L-1時(shí)，應(yīng)用于丙烯腈廢水的處理，濁度去除率達(dá)93．01%，混凝效果比單一混凝劑大幅提高。

4) 在原廢水pH值條件下，經(jīng)PAM 和PAC 復(fù)合混凝劑處理后，丙烯腈廢水COD由1760 mg·L-1降為992 mg·L-1，COD去除率為43．64%，濁度去除率達(dá)93．01%，使丙烯腈廢水的可生化性大大提高。