聚硅酸氯化鋁對焦化廢水脫色效果的研究

劉智峰

（陜西理工學(xué)院化工學(xué)院，陜西 漢中723001）

焦化廢水脫色一直是焦化廢水處理中存在的一個(gè)難題，這主要是因?yàn)榻够瘡U水中的某些有機(jī)化合物無法降解，這些化合物中有些含有烯鍵，磺酰胺基，羧基酰胺基，羰基和硝基等生色團(tuán)，而且含有助色團(tuán)，它們相互作用造成出水色度很高[1]。目前對焦化廢水脫色處理主要采用生化法，但生化法對焦化廢水色度的去除不很理想，關(guān)于焦化廢水色度達(dá)標(biāo)排放的報(bào)道也很少。 針對生化法脫色效果不理想這一問題，通常在生化出水后加上活性炭或粉煤灰吸附、 混凝等深度處理工藝對其進(jìn)行脫色。 活性炭脫色效果較好，但存在再生困難、運(yùn)行費(fèi)用高等問題；粉煤灰等成本低且達(dá)到以廢治廢的目的，但使用后大量粉煤灰的處置又是一個(gè)大問題。為解決這些傳統(tǒng)方法存在的問題，眾多學(xué)者致力于研究開發(fā)新的脫色技術(shù)和工藝。 聚合氯化鋁（縮寫PAC）是一種新型無機(jī)高分子凈水劑，具有混凝性能好、絮體大、效率高、用量少、沉淀快、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，其中的鋁主要以帶正電荷的聚羥陽離子形態(tài)存在，具有吸附電中和及壓縮雙電層的能力，從而可實(shí)現(xiàn)廢水的凈化與脫色的效果[2]。 本文采用聚硅酸氯化鋁對焦化廢水脫色效果進(jìn)行研究，為該類廢水在生產(chǎn)實(shí)踐中的處理提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 廢水來源與性質(zhì)

實(shí)驗(yàn)所需焦化廢水取自漢中某焦化廠。 廢水水質(zhì)情況見表1。

表1 廢水水質(zhì)參數(shù)表

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器與試劑

儀器：722 型分光光度計(jì)；SHZ-ó 型循環(huán)水真空泵；DK-98-1 型電熱恒溫水浴鍋；JJ-4 型六聯(lián)攪拌器；PHS-3C 型pH 計(jì)；GR-205 電子天平。

試劑：硅酸鈉（SiO2含量為35%）；聚合氯化鋁（Al2O3含量為10%）；1 mol／L 鹽酸；1 mol／L 氫氧化鈉溶液。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

（1）選用pH、投加量、溫度、攪拌時(shí)間四因素進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)，研究聚硅酸氯化鋁對焦化廢水脫色的影響。 采用分光光度法測定色度。

（2）色度的測定：首先將水樣過濾，將濾液在754 型紫外分光光度計(jì)上掃描，確定特征光譜為415 nm。然后用色素配制一系列模擬有色廢水，使用722 型分光光度計(jì)在波長415 nm 處測定模擬有色廢水的吸光度，制作標(biāo)準(zhǔn)曲線[3]。 如圖1 所示，橫坐標(biāo)表示模擬廢水中色素的濃度。

圖1 模擬有色廢水的吸光度

（3）脫色率% ＝（色度值處理前-色度值處理后）／色度值處理前× 100%

1.4 聚硅酸氯化鋁的制備

聚硅酸的制備：稱取20 g 硅酸鈉固體，并用去離子水將其稀釋至SiO2含量為2.5%，用鹽酸調(diào)節(jié)其pH 值至5 ～6，當(dāng)出現(xiàn)淡藍(lán)色時(shí)，停止聚合。

聚硅酸氯化鋁的制備：按Al／Si 為1.0 向聚硅酸中加入聚合氯化鋁固體 （Al2O3含量為10%），在室溫下攪拌30 min，熟化，即得聚硅酸氯化鋁絮凝劑[4]（Si 的含量為7.1 mg／mL、Al 的含量為13.8 mg／mL）。

2 結(jié)果與分析

2.1 pH 對脫色率的影響

分別在7 個(gè)潔凈的燒杯中各取水樣50 mL，用1 mol／L 鹽酸和1 mol／L 氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH 值分別為4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0，然后分別投加濃度為7.1 mg／mL 的聚硅酸氯化鋁絮凝劑18 mL，反應(yīng)溫度為28 ℃，攪拌時(shí)間為30 min，反應(yīng)完成后靜置30 min，取上清液測其吸光度，并計(jì)算其脫色率。 結(jié)果如圖2 所示。

圖2 pH 值對脫色率的影響

由圖2 可知，在pH 值為7 ～9 時(shí)，脫色率的值較高，這是因?yàn)楫?dāng)廢水的pH 值較小時(shí)絮凝劑處于酸性條件下，聚硅酸氯化鋁聚合沉積，失去絮凝特性，故其絮凝效果較差；而當(dāng)pH 值較高時(shí)，聚硅酸氯化鋁電離出的Al3+發(fā)生水解作用而降低絮凝效果。 因此，選擇該絮凝劑的最佳的pH值為8。

2.2 投加量對脫色率的影響

分別在9 個(gè)潔凈的燒杯中各取水樣50 mL，用1 mol／L 氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH 值為8.0，分別投加濃度為7.1 mg／mL 聚硅酸氯化鋁（以Si 的量計(jì)）10、12、14、16、18、20、22 mL，攪拌時(shí)間為30 min，反應(yīng)溫度為28 ℃，反應(yīng)完成后靜置30 min，取上清液測其吸光度，并計(jì)算其脫色率。結(jié)果如圖3 所示。

圖3 投加量對脫色率的影響

由圖3 可知：隨著投加量的增加，脫色率也隨之增加，聚硅酸氯化鋁絮凝劑投加體積為16 ～20 mL 時(shí) （此時(shí)投加量為2.272 ～2.840 mg／mL），焦化廢水的色度去除率較高。 當(dāng)投加體積為18 mL（投加量為2.556 mg／mL）時(shí)，色度的去除率達(dá)最大。 但隨著投加量的再增加，脫色率又開始下降，這是因?yàn)檫^量的Al3+使懸浮顆粒物所帶電荷為正電荷發(fā)生逆轉(zhuǎn)，導(dǎo)致水中某些污染粒子的重新懸浮，發(fā)生再穩(wěn)定，混凝效果反而下降[5]。 綜合考慮，最佳投加體積為18 mL（投加量為2.556 mg／mL）。

2.3 溫度對脫色率的影響

分別在8 個(gè)潔凈的燒杯中各取水樣50 mL，用1 mol／L 氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH 值為8.0，攪拌時(shí)間為30 min，投加濃度為7.1 mg／mL 的聚硅酸氯化鋁18 mL，然后分別控制反應(yīng)溫度為20、22、24、26、28、30、32、34 ℃，反應(yīng)完成后靜置30 min，取上清液測其吸光度，并計(jì)算其脫色率。 結(jié)果如圖4所示。

圖4 溫度對脫色率的影響

由圖4 可知，隨著溫度的增加脫色率也隨之增加，當(dāng)溫度在26 ～28 ℃時(shí)脫色效果較好，當(dāng)溫度為28 ℃時(shí)，脫色率達(dá)到最大值為63%，隨著溫度的增加脫色率趨于穩(wěn)定不變，這是因?yàn)榫酃杷崧然X水解是一個(gè)吸熱過程[6]，水溫高有助于聚硅酸氯化鋁的水解，溫度繼續(xù)升高，水解達(dá)到飽和，所以綜合考慮最佳反應(yīng)溫度為28 ℃。

2.4 攪拌時(shí)間對脫色率的影響

分別在8 個(gè)潔凈的燒杯中各取水樣50 mL，用1 mol／L 氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH 值為8.0，調(diào)節(jié)溫度為28 ℃，投加濃度為7.1 mg／mL 的聚硅酸氯化鋁18 mL，然后分別控制攪拌時(shí)間為5、10、15、20、25、30、35、40 min，反應(yīng)完成后靜置30 min，取上清液測其吸光度，并計(jì)算其脫色率。結(jié)果如圖5 所示。

圖5 攪拌時(shí)間對脫色率的影響

由圖5 可知，隨著攪拌時(shí)間的增加脫色率也隨之增加，當(dāng)攪拌時(shí)間為30 min 時(shí)，達(dá)到最大脫色率值為67%，但隨著攪拌時(shí)間的再增加脫色率又開始下降，這是因?yàn)樗行鯛钗镌谶^度攪拌下都會破裂。 如果攪拌時(shí)間過長，絮體破裂后，暴露出新的吸附位置，吸附溶液中過量的聚合物。由于吸附的過量聚合物產(chǎn)生斥力，不能使絮體重新結(jié)合，則會將能夠沉降的顆粒被攪碎后又變成不可沉降的顆粒。 如果攪拌時(shí)間過短，則會使絮凝劑和固體顆粒不能充分接觸，不利于絮凝劑捕集膠體顆粒，而且絮凝劑的濃度分布也不均勻，不利于發(fā)揮絮凝作用。 所以得出最佳攪拌時(shí)間為30 min。

3 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，最佳反應(yīng)條件為：聚硅酸氯化鋁的投加量為2.556 mg／mL，pH 值為8，攪拌時(shí)間為30 min，反應(yīng)溫度為28 ℃。此時(shí)，焦化廢水的色度除去率達(dá)到67%。

[1]李琛. 陽離子淀粉對焦化廢水的脫色性能研究[J]. 杭州化工，2012，（02）：22-23，26.

[2]李琛. 聚硅酸鋁鐵處理含鉻廢水的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 電鍍與精飾，2013，（08）：44-46.

[3]黎學(xué)海. 銦置換液制備聚硅酸氯化鋁及其脫色性能研究[J].工業(yè)水處理，2009，9（3）：56-62.

[4]李潔.改性聚合氯化鋁絮凝劑的制備及性能研究[J].應(yīng)用化工，2009，38（5）：14-25.

[5]李琛，王康萍，吳雷. 聚硅酸鋁鐵處理皂素廢水的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 化工技術(shù)與開發(fā)，2012，（11）：58-60.

[6]陽立平.焦化廢水脫色研究進(jìn)展[J].工業(yè)用水與廢水，2008，15（5）：32-34.