有機(jī)高分子絮凝劑在高級(jí)氧化技術(shù)處理電泳廢水中的應(yīng)用

張磊　彭少賢

摘? 要：聚丙烯酰胺（PAM）是一種常用于污水處理的有機(jī)高分子絮凝劑。在使用高級(jí)氧化技術(shù)處理電泳廢水的過程中，在預(yù)處理階段投加適量PAM可以使物化過程整體COD去除率達(dá)到87.35%，使其達(dá)到進(jìn)一步生化處理的條件。

關(guān)鍵詞：有機(jī)高分子絮凝劑;高級(jí)氧化技術(shù);電泳廢水

工業(yè)廢水的有機(jī)物濃度（以COD計(jì)）較高，一般均在2000mg/L以上，降解難度大。這類廢水的可生化性較低（BOD/COD值一般均在0.3以下甚至更低），而且有一定的毒性，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，化學(xué)耗氧量較高，不能達(dá)到自然生物降解。特別是部分電泳廢水，其中所殘留的表面活性劑和重金屬加重了其對(duì)環(huán)境的危害，提高了此類廢水的處理難度。

為了從根本上解決這類廢水排放與凈化的問題，目前常用于處理電泳廢水的方法包含有：厭氧-活性污泥法（ABR-SBR）、鐵碳微電極法、高級(jí)氧化法（Fenton）、膜處理法及生化絮凝法，不同處理工藝適應(yīng)于不同的應(yīng)用場景。

本文在高級(jí)氧化技術(shù)處理電泳廢水過程中添加有機(jī)高分子絮凝劑，探究有機(jī)高分子絮凝劑對(duì)高級(jí)氧化技術(shù)降解CODcr的促進(jìn)作用。

1? 高級(jí)氧化技術(shù)與絮凝劑的應(yīng)用

1.1高級(jí)氧化技術(shù)

在高溫高壓、電、聲、光輻照、催化劑等反應(yīng)條件下，具有強(qiáng)氧化能力的羥基自由基可使大分子難降解有機(jī)物氧化成低毒或無毒的小分子物質(zhì)，此類方法被稱為高級(jí)氧化技術(shù)。由于此類技術(shù)能大幅提升廢水處理效率，降低廢水的危害，是目前國內(nèi)外工業(yè)水處理領(lǐng)域重要的發(fā)展方向。

1.2高分子絮凝劑

1.2.1無機(jī)高分子絮凝劑

無機(jī)高分子絮凝劑（IPF），根據(jù)傳統(tǒng)絮凝劑的特點(diǎn)，并在原有的特性基礎(chǔ)上加以優(yōu)化升級(jí)，主要以工業(yè)上的廢料為原料，如：廢鋁灰、鋁礬土等制備聚合鋁或聚合鐵，由于絮凝效果特別好，陳本比較低，所以在廢水處理中使用率非常高。其中以聚合鋁絮凝劑、聚合鐵絮凝劑、聚合硅酸絮凝劑為代表。

王偉等[1]在同等的條件下使用不同種無機(jī)高分子絮凝劑處理制革廢水， 其中加入的聚鐵硅、聚鋁硅絮凝劑分別是聚鐵和聚鋁絮凝劑的 15.6%和 29.7%，通過用量的對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)聚鐵硅和聚鋁硅絮凝效果更好。

1.2.2有機(jī)高分子絮凝劑

和無機(jī)絮凝劑相比較，有機(jī)高分子絮凝劑可以在很少的用量下得到很好的效果，酸堿適宜、絮凝的效率高，同樣也得到了廣泛的應(yīng)用。在無機(jī)高分子絮凝劑中，聚丙烯酰胺（PAM）及其衍生物的最為常見。

尹華等[2]通過淀粉-丙烯酞胺接枝共聚物合成陽離子改性高分子絮凝劑 FN-QE，用以處理城市污水，當(dāng)加入到6～10mg/L 的情況下，濁度、色度去除率均在 90%以上，去除率達(dá) 75%～80%。

1.2.3復(fù)合高分子絮凝劑

隨著高濃度難降解工業(yè)廢水不斷對(duì)絮凝劑的性能提出更高要求，復(fù)合高分子絮凝劑逐步成為今年研究的熱點(diǎn)。國內(nèi)外對(duì)其研究也取得了一定成果。

吳幼權(quán)[3]等將殼聚糖與有機(jī)單體丙烯酰胺接枝共聚得到殼聚糖衍生物（CAM），并將其與陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）復(fù)合，制備了復(fù)合絮凝劑CAM-CPAM。結(jié)果表明：CAM-CPAM具有良好的污泥脫水性能，投入質(zhì)量濃度為30mg/L時(shí)，污 泥 脫 水 率 可 達(dá) 90% 以 上，沉 降 速 率 可 達(dá)0.55cm/s，濾液濁度低于8NTU，透光率高于85%。

2? 實(shí)驗(yàn)部分

2.1實(shí)驗(yàn)試劑和儀器

主要監(jiān)測儀器：

檢測方法及依據(jù)：

pH值監(jiān)測方法：采用國家標(biāo)準(zhǔn)GB6920-86方法

COD監(jiān)測方法：采用國家標(biāo)準(zhǔn)GB11914-89方法

電導(dǎo)率監(jiān)測方法：采用國家標(biāo)準(zhǔn)GB11007-89方法

主要試劑：NaOH、CaCl、HCL、硫酸亞鐵、雙氧水、硫酸、氧化鈣、重鉻酸鉀等均為分析純。

將雙氧水配置成30%濃度的試劑備用;硫酸亞鐵配置為1mol/L的試劑備用

使用的有機(jī)高分子絮凝劑為分子量1200萬的陰離子聚丙烯酰胺產(chǎn)自河南世源凈水材料有限公司。

實(shí)驗(yàn)前，將PAM調(diào)配為濃度為1‰的試劑備用。

本實(shí)驗(yàn)中使用的電泳廢水來源于武漢某企業(yè)電泳車間廢液，其原液呈鮮紅色乳化液，其各項(xiàng)指標(biāo)如下表

2.2實(shí)驗(yàn)方式

常規(guī)的芬頓試劑的實(shí)驗(yàn)流程為：

預(yù)處理---Fenton反應(yīng)---pH調(diào)節(jié)---沉淀過濾---深度處理

其最主要的Fenton反應(yīng)原理是：

Fe2++ H2O2→Fe3++（OH）-+OH·①

H2O2+ Fe3+→ Fe2++ O2+ 2H+ ②

O2+ Fe2+→ Fe3++ O2-③

實(shí)驗(yàn)中取電泳乳化廢液200毫升，在預(yù)處理階段投放1克CaCl，攪拌30分鐘，滴定鹽酸2毫升，將pH調(diào)整至4左右。

在Fenton反應(yīng)階段，依次投入16mL硫酸亞鐵溶液與60毫升雙氧水試劑，使其充分反應(yīng)2.5小時(shí)。

在pH調(diào)節(jié)階段，出水依次加入氧化鈣3克，調(diào)整pH至9左右，充分?jǐn)嚢韬螅o置沉淀。

以上為實(shí)驗(yàn)PAM-0實(shí)施步驟，實(shí)驗(yàn)中又分別在預(yù)處理階段、Fenton反應(yīng)階段及pH調(diào)節(jié)階段分別投加PAM試劑，并從1mL逐步提高至3mL，將其分別命名為PAM-1、PAM-2、PAM-3。在沉淀過濾階段后，分別取上層清液用重鉻酸鉀滴定檢測各組出水COD值。

3? ?結(jié)果與分析

實(shí)驗(yàn)后，用重鉻酸鉀滴定檢測各組分COD值，取得如下圖1結(jié)果。

3.1有機(jī)高分子絮凝劑投加量的影響

如圖1所示，從殘留COD上來講，各組分之間的差異較為明顯。其中，由PAM-1到PAM-2，提高PAM投放量顯著提高了高級(jí)氧化反應(yīng)對(duì)COD的去除效果。而PAM-3組中的殘留COD數(shù)據(jù)卻有所上升?？赡艿脑蚴?，當(dāng)PAM投加量<2mL時(shí)，絮凝不充分;而當(dāng)PAM投加量大于3mL時(shí)，PAM投入過量破壞了膠體中的電荷平衡，使其無法形成穩(wěn)定的絮體，導(dǎo)致了徐凝效果下降。而PAM投入量為2mL時(shí)，徐凝效果達(dá)到最好。說明過量投放高分子有機(jī)絮凝劑并不有利于在高級(jí)氧化技術(shù)對(duì)電泳廢水的處理，反而會(huì)提高處理成本。

3.2有機(jī)高分子絮凝劑投加時(shí)間的影響

在不同反應(yīng)階段投加等量的有機(jī)高分子絮凝劑，也會(huì)對(duì)高級(jí)氧化技術(shù)處理電泳廢液的效果產(chǎn)生影響。以PAM-2組為例，在不同階段投加PAM，反應(yīng)最終的COD去除率如圖2所示。

如圖所示，在預(yù)處理階段投加有機(jī)高分子絮凝劑，可以在最終的COD去除率上取得較好效果，取得較好的效果。而在反應(yīng)階段投加有機(jī)高分子絮凝劑，會(huì)對(duì)高級(jí)氧化技術(shù)處理電泳廢水的效果產(chǎn)生影響。原因可能是：在預(yù)處理階段，投入的氯化鈣與鹽酸很好的起到了破乳效果，此時(shí)投加有機(jī)高分子絮凝劑，有利于絮體的形成;而在pH調(diào)節(jié)階段，氧化鈣溶于水生成的氫氧根與Fenton試劑中的亞鐵離子結(jié)合形成的沉淀物，其有利于有機(jī)高分子絮凝劑的絮凝沉淀速度;在Fenton反應(yīng)階段，由于Fenton試劑反應(yīng)現(xiàn)象較為劇烈，且會(huì)放熱，這些因素影響了有機(jī)高分子絮凝劑的徐凝效果。一方面，溫度升高使絮凝劑徐凝效果下降;同時(shí)劇烈反應(yīng)攪動(dòng)試劑，使反應(yīng)中液體表面形成大量泡沫堆積，不利于實(shí)際應(yīng)用中的現(xiàn)場管理。

3.3最終出水情況

預(yù)處理階段投放藥劑的PAM-2組，在COD去除率上取得了最好的效果。其上層清液檢測的各項(xiàng)指標(biāo)如下表所示。

由表4可知，電泳廢液經(jīng)物化處理后，出水COD達(dá)到3494mg/L，COD去除率達(dá)到87.35%，具備了進(jìn)一步進(jìn)行生化處理的條件。

4? ?結(jié)語

（1）在高級(jí)氧化技術(shù)中應(yīng)用有機(jī)高分子絮凝劑，可以顯著提高系統(tǒng)對(duì)COD的去除能力。在本實(shí)驗(yàn)中，投入2mL濃度為1‰的陰離子聚丙烯酰胺，可顯著提高高級(jí)氧化法體系對(duì)電泳廢水的處理效果;同時(shí)，投入過量陰離子聚丙烯酰胺可能會(huì)對(duì)系統(tǒng)整體處理效果造成影響，同時(shí)在實(shí)際應(yīng)用中，不利于成本管理。

（2）在預(yù)處理階段投放有機(jī)高分子絮凝劑，可以使絮凝沉淀效果最佳，提升了高級(jí)氧化技術(shù)整體的COD去除能力;在pH調(diào)整階段，投加有機(jī)高分子絮凝劑，也有助于沉淀出泥速度;而在Fenton反應(yīng)階段投放有機(jī)高分子絮凝劑，由于反應(yīng)放熱會(huì)影響絮凝效果，同時(shí)激烈的反應(yīng)現(xiàn)象不利于實(shí)際應(yīng)用中的現(xiàn)場管理。

（3）有機(jī)高分子絮凝劑結(jié)合高級(jí)氧化技術(shù)，在對(duì)電泳廢液的處理中可以起到較好的效果。本實(shí)驗(yàn)中，在高級(jí)氧化技術(shù)的預(yù)處理階段投加2mL濃度為1‰的陰離子聚丙烯酰胺，最終出水COD由27620mg/L降至3494mg/L，COD去除率可達(dá)87.35%，滿足了該電泳廢液進(jìn)一步生化處理的條件。

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