聚硅酸鋁鐵處理高濃度洗煤廢水的研究

陳雪梅，張?jiān)?，?楊

(東北電力大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，吉林吉林132012)

我國是煤炭生產(chǎn)的大國，每年因洗選煤產(chǎn)生了大量的洗煤廢水。這些洗煤廢水中含有大量的煤泥顆粒，尤其是一些地質(zhì)年代較短的煤種所產(chǎn)生的洗煤廢水懸浮物含量和COD值很高，固體顆粒表面帶較強(qiáng)負(fù)電荷，使其具了穩(wěn)定膠體的性質(zhì)，較難沉降分離，給洗煤廢水的閉路循環(huán)帶來了一定的難度［1－3］。大量洗煤廢水的排放，不僅嚴(yán)重污染了水體，同時(shí)也增加了企業(yè)的運(yùn)營成本。目前，對(duì)洗煤廢水的處理多采用混凝沉淀的方法［4－5］。選擇合理的混凝劑能獲得理想的絮體，提高混凝效率，達(dá)到良好的混凝沉淀效果。本文擬采用粉煤灰為原料制備聚硅酸鋁鐵混凝劑用于處理高濃度洗煤廢水。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)水樣

實(shí)驗(yàn)中所用水樣為取自某火力發(fā)電廠的輸煤皮帶飛落在地面的煤粉，經(jīng)篩分后用自來水浸泡12 h后制得。水質(zhì)見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)用水樣的性質(zhì)

1.2 主要儀器和試劑

主要儀器:pHS25型酸度計(jì)，SGZ－B型濁度儀，JJ－4A型六聯(lián)攪拌器，JB－2型恒溫磁力攪拌器等。

主要試劑:粉煤灰(吉林某電廠)，F(xiàn)eCl3，HCL，NaOH，K2Cr2O7，石灰溶液。

1.3 聚硅酸鋁鐵的制備

稱取一定量粉煤灰于銀坩堝中，在900－1 000℃高溫爐中焙燒2 h，取出冷卻后在熱水浴中向坩堝中加入熱除鹽水浸取熔融物，10 min后加入濃鹽酸和10%Cacl2溶液，仍在熱水浴中浸一段時(shí)間至溶液透明，加入5%氫氧化鈉和6%的三氯化鐵溶液各50 mL，之后用3%鹽酸溶液調(diào)至中性，靜止，得到上清液，制得聚硅酸鋁鐵(PSAF)［6－7］。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 PSAF投加量對(duì)絮凝效果的影響

8 個(gè)燒杯各取洗煤廢水300 mL，向燒杯中分別投加2 mL、2.5 mL、3 mL、3.5 mL、4 mL、4.5 mL、5 mL、5.5 mL的聚硅酸鋁鐵溶液，放在攪拌儀上以120 r/min的速度攪拌3 min，靜止1 min后放在攪拌儀上以60 r/min的速度攪拌3 min，靜止30 min，之后取上清液對(duì)COD、ZD進(jìn)行了測定，結(jié)果見圖1、2。

圖1 PSAF投加量對(duì)絮凝效果的影響

圖2 PSAF投加量對(duì)COD去除效果的影響

如圖1、2所示，隨著PSAF溶液的投加量的增加，ZD和COD cr逐漸降低，當(dāng)PSAF的投加量為4.0 mL時(shí)，ZD和COD cr分別為9.8NTU和10.63 mg/L，達(dá)到最低值。繼續(xù)增加PSAF溶液的投加量，ZD和COD cr變化不大，但略有增加。所以，當(dāng)PSAF投加量為4.0 mL即13 mg/L為最佳的投加量。鋁鐵中等聚合物首先以吸附電中和方式與顆粒物發(fā)生作用，但投加量不足，使絮凝效果不明顯，隨著PSAF溶液的投加量的增加，聚合物在羥基連接作用下分子量逐漸增大，最終形成宏觀絮團(tuán)，在此過程中部分顆粒物進(jìn)入絮團(tuán)中，這使中等聚合物有充分的機(jī)會(huì)與顆粒物發(fā)生吸附電中和作用，并發(fā)揮橋聯(lián)和網(wǎng)捕等多種作用。

2.2 石灰加入量對(duì)絮凝效果的影響

燒杯中各取300 mL的洗煤廢水，投加4.0 mLPSAF溶液，以120 r/min的速度攪拌3 min，靜止1 min，然后向每個(gè)燒杯中分別投加 2 mL、2.5 mL、3 mL、3.5 mL、4 mL、4.5 mL、5 mL 的2%石灰溶液，以60 r/min的速度攪拌3 min，靜止30 min，最后取上清液進(jìn)行COD、ZD的測定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3、4。

圖3 石灰加入量對(duì)絮凝效果的影響

圖4 石灰加入量對(duì)COD去除效果的影響

如圖3、4所示，隨著石灰加入量的增加，ZD和COD cr逐漸降低，當(dāng)石灰的加入量為3.0 mL時(shí)，ZD和COD cr分別為2.75NTU和6.45 mg/L，達(dá)到最低值。繼續(xù)增加石灰溶液的投加量，ZD和COD cr略有上升，當(dāng)石灰的加入量為5.0 mL時(shí)，ZD和COD cr增至18.76NTU和120.8 mg/L。當(dāng)石灰投入量較小時(shí)，網(wǎng)捕作用較小，當(dāng)石灰的加入量為5.0 mL時(shí)，由于沉降時(shí)間不足，使ZD值反而上升，但ZD也小于20 mg/L，所以石灰與PSAF聯(lián)合使用后，進(jìn)一步降低了出水的ZD值。石灰加入量的增加可能帶入了小部分的無機(jī)還原物，使COD值反而上升?？傊捎梅勖夯抑苽涞木酃杷徜X鐵處理高濃度洗煤廢水，使膠體顆粒脫穩(wěn)凝聚，但形成的絮體較細(xì)，不利于沉降，加入石灰后，網(wǎng)捕作用使絮體增大，沉降速度加快。

2.3 pH對(duì)絮凝效果的影響

燒杯中各取300mL的洗煤廢水，先向各燒杯中投加4.0 mL聚硅酸鋁鐵溶液，以120 r/min的速度攪拌3min，再向各燒杯中加入3 mL石灰溶液，以60 r/min的速度攪拌3 min。分別調(diào)節(jié)pH為4、5、6、7、8、9、10，攪拌0.5 min，靜止30 min，取上清液進(jìn)行對(duì) COD、ZD 的測定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖5、6。

由圖所知，當(dāng)pH在5－9之間，處理后的水ZD基本小于20NTU，COD也基本小于20 mg/L，當(dāng)pH為7時(shí)，ZD為6.58NTU，COD cr為8.47 mg/L，達(dá)到最低，說明聚硅酸鋁鐵可以適應(yīng)的pH范圍較寬，在5－9之間，但最合適的pH值為7。

圖5 pH對(duì)絮凝效果的影響

圖6 pH對(duì)COD去除效果的影響

2.4 溫度對(duì)絮凝效果的影響

燒杯各取300mL的洗煤廢水，分別放入10－40℃的恒溫水浴中，先向各燒杯中投加4.0 mL聚硅酸鋁鐵溶液，以120 r/min的速度攪拌3 min，再向各燒杯中加入3 mL石灰溶液，以60 r/min的速度攪拌3 min，靜止30 min，取上清液進(jìn)行對(duì)COD、ZD進(jìn)行測定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖7、8。

圖7 溫度對(duì)絮凝效果的影響

圖8 溫度對(duì)COD去除效果的影響

由圖7可知，當(dāng)溫度在10～40℃之間，處理后的水ZD基本小于12NTU，在25℃時(shí)ZD為6.58NTU，COD為8.06 mg/L，達(dá)到最低，說明聚硅酸鋁鐵對(duì)低溫水也有較好的混凝效果，但最佳的溫度在25℃。

3 結(jié) 論

(1)利用粉煤灰制備聚硅酸鋁鐵工藝流程簡單，實(shí)現(xiàn)廢物再利用的同時(shí)處理了洗煤廢水，降低了廢水排放量，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

(2)采用粉煤灰制備的聚硅酸鋁鐵處理高濃度洗煤廢水，使膠體顆粒脫穩(wěn)凝聚，但形成的絮體較細(xì)，不利于沉降，加入石灰后，網(wǎng)捕作用使絮體增大，沉降速度加快。

(3)高濃度洗煤廢水水樣經(jīng)過聚硅酸鋁鐵和石灰聯(lián)合混凝沉淀后，上清液的ZD為6.58NTU，COD cr為8.06 mg/L，ZD和COD的去除率分別達(dá)到了98%和99.7%，達(dá)到了GB 8978－1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

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