處理高爐煤氣洗滌廢水的工業(yè)試驗*

李傳常，唐愛東

(1.中南大學(xué)資源加工與生物工程學(xué)院，湖南長沙 410083;2.中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，湖南長沙 410083)

處理高爐煤氣洗滌廢水的工業(yè)試驗*

李傳常1，2，唐愛東2

(1.中南大學(xué)資源加工與生物工程學(xué)院，湖南長沙 410083;2.中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，湖南長沙 410083)

為了滿足高爐煤氣洗滌廢水循環(huán)使用的需要，采用聚合氯化鋁與聚丙烯酰胺復(fù)配處理高爐煤氣洗滌廢水，探索了其最佳工藝條件，并比較了固、液體聚合氯化鋁的性能.結(jié)果表明，液體聚合氯化鋁的絮凝性能優(yōu)于固體的，且與聚丙烯酰胺具有更好的配伍性能;液體聚合氯化鋁的投加量小，復(fù)配處理效果更好.

聚合氯化鋁;聚丙烯酰胺;復(fù)配處理;高爐煤氣洗滌廢水;工業(yè)試驗

鋼鐵生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的高爐煤氣，而高爐煤氣中含有大量的粉塵，不能直接排放到大氣中.企業(yè)一般采用水洗滌，洗滌后的水就是高爐煤氣洗滌廢水［1］.此廢水中含有毒物質(zhì)，必須通過處理后才能排放.出于節(jié)能減排和循環(huán)利用需求［2］，通過一定的水處理方法可使高爐煤氣廢水達到循環(huán)利用要求［3］.目前主要有2種處理高爐煤氣廢水的方法，即自然沉降法和絮凝沉降法，其中絮凝沉淀法因其占地面積少、工藝簡單、效率高、費用較低等優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用［4-5］.

某鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)，日均高爐廢水量為6萬m3，處理量大，廢水回用指標要求高.水處理車間采用無機和有機水處理劑復(fù)配處理廢水，但是回用水各項指標不穩(wěn)定，嚴重影響企業(yè)的連續(xù)生產(chǎn).對于已建設(shè)幾十年的鋼鐵企業(yè)，若對現(xiàn)有水處理設(shè)備進行改造，則項目成本高、工程量大.因此，在不改變已有水處理設(shè)備的前提下，對水處理劑進行升級，增強其與有機水處理劑的配伍性能，增強其處理效果、減少其處理時間，是非常符合實際生產(chǎn)的.

聚合氯化鋁(Polyaluminium Chloride，PAC)，由于它具有投加量小、凈化效率高、成本低，特別是對環(huán)境無污染、對人體無害等優(yōu)點，成為無機高分子絮凝劑中的主流產(chǎn)品，已被廣泛應(yīng)用于生活飲用水和工業(yè)廢水等的處理［6-7］.筆者用2種聚合氯化鋁進行現(xiàn)場對比試驗，考察它與聚丙烯酰胺(Polyacrylamide，PAM)的配伍性能，之后通過工業(yè)試驗評價其絮凝效率.

1 材料與方法

1.1 試劑

聚丙烯酰胺(鞏義市拓普凈水材料有限公司)，固體聚合氯化鋁(Al2O3質(zhì)量分數(shù)為30%，鞏義市華通濾材廠)，液體聚合氯化鋁(自制產(chǎn)品)，指標如表1所示.

表1 液體聚合氯化鋁指標Table 1 Index of Liquid PAC

1.2 測定方法

濁度:SGZ-1A數(shù)顯濁度儀.pH值:pHSJ-4A精密pH計.總堿度:酸堿指示劑滴定法.總硬度:EDTA滴定法.

1.3 現(xiàn)場試驗

絮凝劑配置:分別配制氧化鋁質(zhì)量濃度為1.65 g/L的固體聚合氯化鋁溶液和液體聚合氯化鋁溶液;聚丙烯酰胺質(zhì)量濃度為50 mg/L.

PAC試驗:從現(xiàn)場取高爐廢水(水溫約為60℃)，分別置于9個900 mL燒杯中，每個燒杯的廢水量均為500 mL，依次投加配制的固體聚合氯化鋁(PAC)2，4，6，8 mL，配制的液體聚合氯化鋁(PAC)2，4，6，8 mL，最后一個為空白樣品.加樣后依次迅速攪拌9個樣品，沉淀5 min后，取上清液，用SGZ-1A數(shù)顯濁度儀測其濁度.

PAC與PAM復(fù)配試驗:從現(xiàn)場取高爐廢水(水溫約為60℃)，分別置于9個900 mL燒杯中，每個燒杯的廢水量均為500 mL，首先依次投加配制的固體聚合氯化鋁(PAC)2，4，6，8 mL和配制的液體聚合氯化鋁(PAC)2，4，6，8 mL，最后一個為空白樣品，加樣后依次迅速攪拌9個樣品，2 min后，再依次加入10 mL質(zhì)量濃度為50 mg/L的聚丙烯酰胺溶液，加樣后依次迅速攪拌9個樣品，5，10，20，35 min后依次取上清液，用SGZ-1A數(shù)顯濁度儀測其濁度.

1.4 工業(yè)試驗

工業(yè)試驗流程見圖1.在高爐廢水出水口處投加PAC，首先投加固體PAC，投料速度為123 g/min，投加60 min.其后，投加液體PAC，投料速度為317 g/min，投加60 min，按Al2O3含量計2種PAC投加量是等量的.投加聚合氯化鋁的同時，于混合池PAM投料口處，按10 g/min投加PAM.在回用水出水口處間隔10 min取樣，檢測其濁度.連續(xù)取樣13次，時間130 min.

圖1 工業(yè)試驗流程Fig.1 Flow Chart of Industrial Test

2 結(jié)果與討論

2.1 PAC單一試驗

為確定PAC的投加量，研究了不同投加量對現(xiàn)場高爐煤氣洗滌廢水的絮凝效果.圖2為系列投加量下，不同沉降時間時水樣濁度的變化情況.圖2a)表明，在投藥之后的5 min，液體PAC絮凝性能較好，尤其在低投加量時絮凝性能明顯優(yōu)于固體PAC.由圖2a)，可以初步確定自制液體PAC最佳投加量為6 mL，但還不能確定固體PAC的最佳投加量，因為其曲線隨投加量增加，水樣剩余濁度存在更小的趨勢.在13 min時(圖2b))，PAC2在其最佳投加量處，出現(xiàn)了“反彈”，水樣剩余濁度反而增大(由5 min的25.7到13 min的27.7).由羥基聚合氯化鋁的絮凝形態(tài)學(xué)［8］可知:PAC含有形態(tài)相對穩(wěn)定的Al13，在水處理過程中，其可附著在顆粒的表面，在顆粒之間起到架橋鏈接和電中和作用，因此投藥之后的5 min之內(nèi)主要是吸附作用，高爐煤氣洗滌廢水顆粒物大多含有大量羥基，而Al13是羥基不飽和化合態(tài)，顆粒與Al13在界面上的吸附實際是羥基的互補和配位.此時，水樣顆粒體系出現(xiàn)暫時的穩(wěn)定狀態(tài).之后，這些絮體與溶液中的OH-發(fā)生水解反應(yīng)，生成Al(OH)3沉淀，進一步起到粘結(jié)團聚作用［8］，穩(wěn)定體系遭到破壞，溶液中剩余的低聚合鋁形態(tài)發(fā)生水解吸附水樣中上部的顆粒，此時測得的水樣的剩余濁度增大，出現(xiàn)“反彈”現(xiàn)象.通過一段時間的沉降(圖2c)，21 min)，體系達到再穩(wěn)狀態(tài)，而且隨時間的推移(圖2d)，2e))水樣剩余濁度減小，體系越趨于穩(wěn)定.

對于固體PAC，也存在“反彈”現(xiàn)象，較液體PAC其“反彈”現(xiàn)象稍后(圖2b)，2c))，主要原因是Al13可在一定范圍的時間內(nèi)，維持其形態(tài)不水解，而且在不同制備條件下，制得的聚合氯化鋁中鋁形態(tài)分布也不同［8］，從而導(dǎo)致其在處理水中形態(tài)轉(zhuǎn)化時間不同.此外，由圖2可知，在單獨投加PAC的情況下，自制液體PAC的最佳投加量為6 mL，而固體PAC的最佳投加量介于6～8 mL之間.因此，液體PAC的絮凝性能優(yōu)于固體PAC.

圖2 不同沉降時間時水樣濁度Fig.2 Residual Turbidity of Water at Different Sedimentation Time

2.2 PAC與PAM復(fù)配試驗

圖3為PAC系列投加量下與PAM復(fù)配處理高爐煤氣洗滌廢水不同沉降時間時水樣濁度的變化情況.圖3a)(投加PAM，PAC分別為5，7 min后)中，固體PAC復(fù)配的出水濁度比較低，而圖3b)(投加PAM，PAC分別為10，12 min后)中，固體PAC的出水濁度反而增大，自制液體PAC的出水濁度明顯降低.此段時間內(nèi)，也存在一種“反彈”現(xiàn)象，只是較單一PAC處理廢水時，反彈時間明顯提前(固體PAC:由13～21 min提前至7～12 min;液體PAC:由5～13 min提前至2～7 min)，提前時間大致為6～9 min.反彈時間的提前表明:加入PAM后，通過高分子的橋聯(lián)作用，有效地將PAC處理過程中形成絮體粒子聯(lián)結(jié)在一起，從而形成較大的顆粒加速沉淀［9］;而且加入的PAM，其分子量較大，結(jié)構(gòu)呈線型，這在一定程度上有利于促進絮體的形成，提高沉降速度［10］.因此，PAC與PAM復(fù)配使用，可進一步提高廢水中懸浮物的沉降速度［11］.同時從反彈時間上，可以得出自制液體PAC與PAM的配伍性能較固體PAC與PAM配伍性能好.隨著沉降時間的延長(圖3c)，3d))，沉降的絮體趨于穩(wěn)定，最低出水濁度自制液體PAC較固體PAC低(液體PAC為15.3 FTU，固體PAC為20.7 FTU).因此，可以初步確定自制液體PAC與PAM復(fù)配使用效果較好，最終結(jié)果通過工業(yè)試驗評價.

圖3 不同沉降時間時水樣濁度(復(fù)配試驗)Fig.3 Residual Turbidity of Water at Different Sedimentation Time(Complex Experiment)

2.3 工業(yè)試驗評價

表2為工業(yè)試驗結(jié)果，60 min取樣時間之前均為水處理車間現(xiàn)用產(chǎn)品(固體PAC)的處理效果，70～130 min的取樣時間為自制產(chǎn)品(液體PAC)的處理效果.由表2可知:固體PAC處理時間段，出水最高濁度35.9 FTU，最小濁度15.5 FTU，濁度浮動范圍為20.4 FTU;而液體PAC處理時間段，出水最高濁度27.0 FTU，最小濁度15.6 FTU，濁度浮動范圍為11.4 FTU.顯然，液體PAC處理廢水濁度浮動范圍小，其水處理過程出水濁度整體低于固體PAC處理時間段，說明自制的液體PAC具有更好絮凝性能，而且與PAM配伍性能更好.

表3為回用水處水樣指標檢測結(jié)果.由表3可知:在自制液體PAC處理時間段，出水指標均達到循環(huán)利用的要求，而且其總堿度、總硬度均低于水處理車間現(xiàn)用產(chǎn)品固體PAC處理廢水后的指標.因此，自制液體PAC適合于處理高爐煤氣洗滌廢水，并進一步說明它具有更好的絮凝效果，與有機絮凝劑配伍性能更好.

表2 工業(yè)試驗結(jié)果Table 2 Result of Industrial Test

表3 工業(yè)試驗水質(zhì)檢測結(jié)果Table 3 Result of Water Quality About Industrial Test

3 結(jié)語

通過單一的PAC現(xiàn)場試驗，發(fā)現(xiàn)固、液體PAC處理高爐煤氣洗滌廢水過程中均存在“反彈”現(xiàn)象，而且自制液體PAC的絮凝性能優(yōu)于固體PAC.PAC與PAM的復(fù)配現(xiàn)場試驗表明，廢水處理過程中也存在“反彈”現(xiàn)象，而且2種PAC的反彈時間均提前，說明PAC與PAM復(fù)配使用可進一步提高廢水中懸浮物的沉降速度，初步確定液體PAC與PAM復(fù)配使用效果較好.最后，通過工業(yè)試驗評價，確定液體PAC與PAM復(fù)配使用效果更好.

［1］ 黃廷林.高爐煤氣洗滌廢水的處理技術(shù)［J］.中國給水排水，1999，15(3):30-31.

［2］ ARTURO VILLAR，JUAN JOSé ARRBAS，JORGE PARRONDD.Waste-to-Energy Technologies in Continuous Process Industries［J］.Clean Technologies and Environmental Policy，2012，14(1):29-39.

［3］ 曹平安.鋼鐵工業(yè)廢水治理綜述［J］.廣東化工，2011，38(9):126.

［4］ ZHOU Wei-zhi，GAO Bao-yu，YUE Qin-yan，et al.Al-Ferron Kinetics Quantitative Calculation of Al(Ⅲ)Species in Polyaluminum Chloride Coagulants［J］.Colloids and Surfaces A:Physicochemical and Engineering Aspects，2006，278:235-240.

［5］ 李 勇，蔣 蘭.水處理絮凝劑的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］.化學(xué)工程師，2007(10):40-43.

［6］ SHI Bao-you，WEI Qun-shan，WANG Dong-sheng，et al.Coagulation of Humic Acid:The Performace of Preformed and Non-Preformed Al Species［J］.Colloids and Surfaces A:Physicochemical and Engineering Aspects，2007，296:141-148.

［7］ 陳聯(lián)群，蔣 波，彭 斌，等.聚合氯化鋁用于生活污水處理的探討［J］.內(nèi)江師范學(xué)院學(xué)報，2004(6):58-61.

［8］ 湯鴻霄.羥基聚合氯化鋁的絮凝形態(tài)學(xué)［J］.環(huán)境科學(xué)學(xué)報，1998，18(1):1-10.

［9］ 張 勇.唐鋼高爐煤氣洗滌廢水處理方法的研究［D］.沈陽:東北大學(xué):2006.

［10］ 伏培仟，孫力平，王少坡，等.PAC與PAM復(fù)合絮凝劑在回用水處理中的應(yīng)用［J］.水處理技術(shù)，2008，34(9):58-60.

［11］ 王玉晨.高爐煤氣洗滌廢水回用技術(shù)研究［D］.西安:西安建筑科技大學(xué)，2008.

(責任編輯 易必武)

Industrial Test of Blast Furnace Gas Washing Wastewater Treatment

LI Chuan-chang1，2，TANG Ai-dong2
(1.School of Resources Processing and Bioengineering，Central South University，Changsha 410083，China; 2.School of Chemistry and Chemical Engineering，Central South University，Changsha 410083，China)

In order to meet the requirement of recycling use of blast furnace gas washing wastewater，the complex coagulant of Polyaluminium Chloride(PAC)and Polyscrylamide(PAM)were used to treat this wastewater.The optimum condition of treatment was explored.Also，the flocculation performances of the solid PAC and liquid PAC were compared.The results showed that the flocculation ability of liquid PAC is better than that of solid PAC，and the compatibility of liquid PAC with PAM is also better than that of solid PAC;the liquid PAC has the advantages of low dosage and better effect in complex treatment test.

Polyaluminium Chloride;Polyscrylamidecomplex treatment;blast furnace gas washing wastewater;industrial test

X703

B

10.3969/j.issn.1007-2985.2013.01.018

1007-2985(2013)01-0077-05

2012-05-21

國家科技支撐計劃資助項目(2008BAC32B05)

李傳常(1983-)，男，湖南婁底人，中南大學(xué)博士研究生，主要從事水處理和新能源材料研究

唐愛東(1968-)，女，湖南邵陽人，中南大學(xué)副教授，博士，主要從事新型能源材料、功能納米材料、水處理及光催化研究;E-mail:tangaidong@126.com