pH值對酸處理脫除焦化廢水色度的影響

張人元

(四川省工業(yè)環(huán)境檢測研究院，成都 610000)

· 試驗研究 ·

pH值對酸處理脫除焦化廢水色度的影響

張人元

(四川省工業(yè)環(huán)境檢測研究院，成都 610000)

對pH值在酸處理脫除焦化廢水色度的影響進行了試驗研究，考察了酸種類、pH值、反應溫度和反應時間對酸處理的影響。結(jié)果表明，在焦化廢水pH值調(diào)節(jié)至1.0左右，反應溫度為40℃下反應120min，焦化廢水色度去除率達到83%。試驗證明，pH值對焦化廢水色度具有顯著的影響，能夠達到預處理效果，為后續(xù)吸附樹脂處理提供原水。

焦化廢水；pH值；色度；沉淀

1 前 言

煤炭是我國的主要能源，隨經(jīng)濟發(fā)展，其需求量與日劇增，焦化廢水的大量產(chǎn)生和排放，給環(huán)境造成了極大的壓力。

焦化廢水含有大量酚、氰、COD及氨氮等有機或無機污染物，生物可降解性較差[1]。傳統(tǒng)的焦化廢水處理方法為活性污泥法，焦化廢水經(jīng)過一、二級處理后，水中的酚、氰、BOD基本能達到排放標準，可水中依然含有大量的有機物，其成分相當復雜，造成出水色度很難達到出水標準[2]。焦化廠中二次沉淀池出水色度一般在500(稀釋倍數(shù))以上，而根據(jù)《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)中二級標準，不能達標排放[3]。色度是水體質(zhì)量的重要指標，對焦化廢水進行深度處理，高效脫除焦化廢水的色度是目前行業(yè)的迫切需求。

筆者所在科研團隊長期致力于樹脂脫除焦化廢水色度技術的研究和推廣。試驗所用焦化廢水水樣濁度很高，嚴重影響吸附樹脂的吸附效率，增加了吸附樹脂再生難度和成本[4]。

該研究發(fā)現(xiàn)，焦化廢水在酸性條件下會析出一種高色度絮狀沉淀，使其色度和濁度大大降低，可作為預處理方法為后續(xù)吸附樹脂處理提供原水。

2 試驗材料及方法

2.1 試驗儀器及材料

該研究所用焦化廢水為川威集團新宇化工公司焦化廢水生化處理系統(tǒng)出水，水樣色度較高，為600～900，色度組成物質(zhì)成分復雜。其水質(zhì)基本參數(shù)如表1。

表1 焦化廢水參數(shù)Tab.1 The parameters of coking wastewater

針對實驗所用水樣，委托中國科學院成都分院對水樣進行了分析，GC-MS(78900型，費爾伯恩精密儀器(上海)有限公司生產(chǎn))檢測確定了焦化廢水中的有機物種類，分析結(jié)果如表2所示。

表2 焦化廢水有機物定性分析結(jié)果Tab.2 The qualitative analysis of organics in coking wastewater

試驗中所使用的鹽酸、硫酸、硝酸等均為分析純。

試驗中使用到的儀器設備主要有H-6型數(shù)顯恒溫水浴鍋、PHS-3C型pH計、FTIR-650型傅里葉變換紅外光譜儀(高配)、GC-MSD、DHZT-9076A型電熱恒溫鼓風干燥箱。

2.2 試驗方法

將裝有100mL焦化廢水的燒杯至于恒溫環(huán)境中，添加一定量的酸溶液進行沉淀反應，經(jīng)一定時間后過濾得到酸性焦化廢水，用稀釋倍數(shù)法測定其色度，計算出該條件下焦化廢水色度去除率，確定最優(yōu)條件。

添加一定量酸溶液對焦化廢水有稀釋作用，故在采用稀釋倍數(shù)法測定反應后酸性焦化廢水時應排除添加酸溶液稀釋作用的影響，對色度進行校正。文中所用色度去除率數(shù)據(jù)均為校正值。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 焦化廢水有機物紅外光譜分析

焦化廢水中含有的有機污染物成分復雜，其具體為何物，目前缺乏全面的光譜學表征數(shù)據(jù)[5]。各有機物化學性質(zhì)主要是由有機基團所表達的，傅立葉轉(zhuǎn)換紅外(FT-IR)光譜(FTIR-650型，天津港東科技發(fā)展股份有限公司生產(chǎn))能夠表征特征分子基團及其結(jié)構信息，焦化廢水中有機物FT-IR紅外光譜如圖1所示。焦化廢水中有機物的FT-IR紅外光譜有多個特征吸收峰， 結(jié)合文獻[5]和掃描光譜的結(jié)果，列出對應官能團和化合物如表3所示。

1-酸處理沉淀 2-酸處理焦化廢水 3-焦化廢水原水圖1 焦化廢水的FT-IR紅外光譜Fig.1 FT-IR infrared spectra of coking wastewater

從圖1可以1、2、3號樣的特征吸收峰發(fā)生一定變化。三條光譜圖有兩處共同的吸收峰：3 600～3 300 cm-1是COOH、 醇和苯酚中OH的伸縮振動吸收峰， 1 690～1 580 cm-1是芳香C=C骨架振動、酰胺Ⅰ帶C=O振動及醌C=O振動吸收峰，且吸收強度依次為1>2>3；1 690～1 580 cm-1是芳香C=C骨架振動、酰胺Ⅰ帶C=O振動及醌C=O振動峰。兩處相似吸收峰表明1、2、3號樣中存在具有不飽和結(jié)構的雙鍵類和芳香類化合物， 這與GC-MS(見表2)檢測出的酚類、喹啉類等芳香性有機物相吻合[6]。1、3號樣在2 368 cm-1附近處出現(xiàn)峰值，可能為C=C=C或C=C=O等的累積雙鍵的不對稱伸縮振動，而2號樣在此處波峰不明顯，可以推斷經(jīng)酸處理后此類物質(zhì)從廢水中析出進入沉淀。1號樣在1 413 cm-1處出現(xiàn)的吸收峰，可歸屬為CH3的貢獻，吸收峰出現(xiàn)分叉，表明可能有偕二甲基的存在，沉淀中新的復雜絡合化合物生成。

表3 焦化廢水FT-IR特征峰對應官能團Tab.3 Functional group corresponding to the FT-IR peak of coking wastewater

3.2 酸種類對酸處理的影響

取若干250mL燒杯，置入100mL焦化廢水，分別添加一定量的鹽酸、硫酸和硝酸溶液，控制3種添加酸溶液的焦化廢水在pH值于7.0～0.5梯度區(qū)間的同一值，在室溫環(huán)境中反應4h。反應完成后過濾得到酸性焦化廢水，用稀釋倍數(shù)法測定其色度，計算出各pH值條件下，3種pH調(diào)節(jié)劑對焦化廢水色度去除率的影響，結(jié)果見圖2。

由圖2可看出，3條曲線斜率均為先增大，后降低；在7～6及1～0.5的pH區(qū)間，斜率變化很小，前者可視為影響尚未開始，后者可視為影響趨于完成；3種pH調(diào)節(jié)劑對焦化廢水色度去除率的影響曲線接近，在7～6及1.5～0.5的pH區(qū)間趨于重合。綜合以上討論，考慮到試劑成本及工業(yè)酸耗量，選擇硫酸配制酸溶液作為本試驗的pH調(diào)節(jié)劑。

圖2 不同種類酸的pH對色度去除率的影響Fig.2 Effect of different kinds of acids on removal of chroma

3.3 酸處理工藝優(yōu)化

3.3.1 pH對酸處理去除色度的影響

可以明確，pH為本研究影響去除色度最為關鍵的因素。以硫酸為pH調(diào)節(jié)劑，研究pH對酸處理去除色度的影響，找到色度去除的最佳條件，如圖2中H2SO4曲線所示。可以看出，pH值越小，色度去除率越大。在pH達到1.0以下時，曲線趨于平緩，色度去除率約為80%，由此推斷在此條件下，pH的繼續(xù)降低失去了去除色度的效力。故以去除色度為首要考慮，選擇1.0作為酸處理去除色度的最優(yōu)pH條件較為合理。

3.3.2 反應溫度對酸處理去除色度的影響

取若干250mL燒杯，置入100mL焦化廢水，添加一定量的硫酸溶液，控制添加酸溶液的焦化廢水在pH于1.0，分別置于不同反應溫度中，反應4h。反應完成后過濾得到酸性焦化廢水，用稀釋倍數(shù)法測定其色度，計算出各反應溫度條件下，反應溫度對焦化廢水色度去除率的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 反應溫度對色度去除率的影響Fig.3 Effect of reaction temperature on removal of chroma

由圖3可看出，在反應溫度為40℃時，色度去除率達到最高值，約為83%；在反應溫度高于40℃時，色度去除率降低明顯。由此推斷，反應完成后，焦化廢水中析出的高色度絮狀沉淀在反應溫度為40℃左右時，這種物質(zhì)溶解度最低，色度去除效果最佳。故選擇40℃作為酸處理去除色度的最優(yōu)反應溫度條件較為合理。

3.3.3 反應時間對酸處理去除色度的影響

取若干250mL燒杯，置入100mL焦化廢水，添加一定量的硫酸溶液，控制添加酸溶液的焦化廢水在pH于1.0，在40℃反應溫度下，分別反應不同時間。反應完成后過濾得到酸性焦化廢水，用稀釋倍數(shù)法測定其色度，計算出各反應時間條件下，反應時間對焦化廢水色度去除率的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 反應時間對色度去除率的影響Fig.4 Effect of reaction time on removal of chroma

由圖4可看出，在反應時間低于120min時，色度去除率逐漸增大；在反應時間高于120min時，色度去除率保持不變。由此推斷，酸處理反應在120min左右完成，反應時間的延長對酸處理去除色度不再產(chǎn)生影響。故選擇120min作為酸處理去除色度的最優(yōu)反應時間條件較為合理。

4 結(jié) 論

對焦化廢水酸性條件下除色度預處理進行了實驗研究，由研究結(jié)果得到如下結(jié)論：(1)將焦化廢水pH值調(diào)節(jié)至酸性，析出一種高色度絮狀沉淀，大大降低焦化廢水色度，達到預處理目的。(2)以硫酸作為pH調(diào)節(jié)劑，將焦化廢水pH值調(diào)節(jié)至1.0左右，在溫度為40℃的環(huán)境中反應120min，焦化廢水的色度去除率最高，為本試驗的最優(yōu)反應條件。(3)酸處理所得焦化廢水可能對后續(xù)樹脂吸附脫除色度試驗有一定影響，須進一步試驗進行研究。

[1] 楊利均,周 丹,羅仙平,等.焦化廢水及其處理技術現(xiàn)狀研究 [J].四川有色金屬,2011,(4):55-58.

[2] 張昌鳴,余長舜.焦化廢水凈化及回用技術研究 [J].環(huán)境工程,1999,(1):16-19.

[3] GB8978-1996.污水綜合排放標準 [S].

[4] 于慶滿,嚴家保,褚華寧,等.混凝-Fenton試劑氧化聯(lián)合處理焦化廢水的試驗研究 [J].工業(yè)水處理,2007,27(3):40-43.

[5] 賀潤升,徐榮華,韋朝海,等.焦化廢水生物出水溶解性有機物特性光譜表征 [J].環(huán)境化學,2015,(1):129-136.

[6] 唐 海,歐陽龍.焦化廢水處理剩余污泥熱解特性分析 [J].給水排水,2013,39(7):142-145.

The Effect of pH on Removal of Chroma from Coking Wastewater by Acid Treatment

ZHANG Ren-yuan

(SichuanProvinceAcademyofIndustrialEnvironmentalMonitoring,Chengdu610000,China)

The effect of pH value on removal of chroma from coking wastewater by acid treatment was experimentally studied, the effect of acid type, pH value, reaction temperature and reaction time on acid treatment were investigated. The results showed that the chroma removal rate of coking wastewater reached 83% at the pH value of coking wastewater was adjusted to 1.0 and reaction temperature 40℃ for 120 min. The experiments confirmed that pH value has a significant effect on the chroma of coking wastewater, which meets the requirements of pretreatment and can provide the raw water for subsequent adsorption resin treatment.

Coking wastewater; pH value; chroma; precipitation

2016-11-14

四川省公益性科研院所基本科研項目(2016YSKY00 44)。

張人元(1988-)，男，四川廣元人，2015年畢業(yè)于四川大學化學工程學院冶金工程專業(yè)，碩士研究生，主要研究方向為污水處理技術。

X703.1

A

1001-3644(2017)02-0030-04