1 試驗(yàn)部分
1.1 試驗(yàn)儀器及材料
主要儀器:電熱恒溫水浴鍋,遼寧遼陽(yáng)實(shí)驗(yàn)儀器廠;電動(dòng)攪拌機(jī),江蘇丹陽(yáng)電子儀器廠;濁度儀,美國(guó)哈希公司;pHS-25 酸度計(jì), 上海雷磁儀器廠;SDS-109U 紅外分光測(cè)油儀,成都分析儀器廠;電子天平,日本島津公司?其他的儀器包括常規(guī)的玻璃器皿等?
主要材料:聚合氯化鋁(PAC),廣州偉伯化工有限公司, 粉狀固體,Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥30%, 鹽基度40% ~90% ,pH (1% 水溶液)3.5 ~5.0; 聚合氯化鐵(PFC),廣州偉伯化工有限公司,固狀物,全鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥10%,鹽基度60%,pH(1%水溶液)≈2;陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺(CPAM)?陰離子型聚丙烯酰胺(APAM),日本三菱化學(xué)公司,均為固體,相對(duì)分子質(zhì)量約為50 萬(wàn)~200 萬(wàn),固含量均在90%以上;聚硅酸鋁鋅(PSAZ),日本三菱化學(xué)公司,淡黃色固體,特性黏度≥0.4 mL/g,離子度≥50%;陽(yáng)離子淀粉絮凝劑,中科院成都有機(jī)化學(xué)有限公司;硅酸,上海邁坤化工有限公司,分析純;硫酸,蘇州市大朋化學(xué)試劑有限公司,分析純?
1.2 試驗(yàn)用水及水質(zhì)情況
試驗(yàn)用水取自某煉油廠的三循環(huán)沉淀池,其水質(zhì)情況如表1 所示?
由表1 可知, 該廠循環(huán)沉淀池廢水中的油含量?濁度以及懸浮物等均較高,如果選擇傳統(tǒng)的單一型鋁鹽?鐵鹽等絮凝劑難以達(dá)到理想的處理效果,所以選擇使用復(fù)配體系絮凝處理,通過(guò)試驗(yàn)以確定最佳的復(fù)配比例及工藝條件,從而得到較為理想的處理效果?
1.3 試驗(yàn)方法
分別使用紅外分光測(cè)油儀?濁度儀?酸度計(jì)?電導(dǎo)儀等測(cè)定待處理水中的油含量?濁度?pH 及電導(dǎo)率等,采用濾膜法測(cè)定水中的懸浮物(SS)?
1.3.1 單一型絮凝劑的絮凝處理試驗(yàn)
將PAC?PFC?APAM?CPAM?PSAZ 及陽(yáng)離子淀粉絮凝劑等分別配成一系列不同濃度的水溶液,同時(shí)在若干份1 000 mL 的廢水樣品中分別加入上述幾種絮凝劑水溶液,啟動(dòng)攪拌器快速攪拌(約300r/min)2 min 后,再慢速攪拌(約40 r/min)10 min,其間注意觀察礬花的形成及變化情況并記錄其形態(tài)?停止攪拌后靜置15 min, 用100 mL 注射器抽取上清液,分別測(cè)定處理后水中的油含量?濁度及懸浮物等指標(biāo)?
1.3.2 各種復(fù)配體系絮凝劑處理效果的對(duì)比試驗(yàn)
將PSAZ 分別與PAC?PFC?APAM?CPAM 及陽(yáng)離子淀粉絮凝劑按一定比例配制成水溶液后,分別加入1 000 mL 待處理水樣中, 按1.3.1 中步驟進(jìn)行試驗(yàn)及測(cè)定?其中PSAZ+PAC 質(zhì)量濃度為(20+250)mg/L,PSAZ+PFC 質(zhì)量濃度為(20+250) mg/L,PSAZ+APAM 質(zhì)量濃度為(3+20) mg/L,PSAZ+CPAM 質(zhì)量濃度為(3+20) mg/L,PSAZ+陽(yáng)離子淀粉絮凝劑質(zhì)量濃度為(20+2) mg/L?
1.3.3 PSAZ+陽(yáng)離子淀粉絮凝劑復(fù)配體系的動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)
試驗(yàn)的工藝流程見(jiàn)圖1?
試驗(yàn)條件為:水量500 L,流量80 L/h?攪拌時(shí)間為10 min?停留時(shí)間30 min?PSAZ 20 mg/L+陽(yáng)離子淀粉絮凝劑2 mg/L?
2 試驗(yàn)結(jié)果與討論
單一型絮凝劑對(duì)煉油廢水的絮凝效果如表2所示?
由表2 可知:6 種絮凝劑中,PAC?PFC?APAM?CPAM 對(duì)廢水中油的去除效果較差, 而PSAZ 和陽(yáng)離子淀粉絮凝劑對(duì)油的去除效果相對(duì)較好?其原因是PSAZ 除了具有單元無(wú)機(jī)高分子絮凝劑的共同優(yōu)點(diǎn)外,其異核金屬離子的交錯(cuò)排列能夠形成更長(zhǎng)?更穩(wěn)定的分子鏈,一方面增加了其聚合度和分枝程度,使網(wǎng)捕作用加強(qiáng); 另一方面金屬離子的引入增加了所帶的電荷量,使其吸附電中和能力提高,增加了其處理效果?陽(yáng)離子淀粉絮凝劑的處理效果雖然次于PSAZ,但其沉淀速度是最快的,這就縮短了處理時(shí)間,提高了處理效率?各種復(fù)配體系絮凝效果的對(duì)比如表3 所示?
由表3 可知:在各種復(fù)配體系中,PSAZ+陽(yáng)離子淀粉絮凝劑的復(fù)配體系具有最好的絮凝效果, 對(duì)于油及濁度的去除率均較高,而且其形成的絮體也大,呈絲狀?抱團(tuán)形態(tài),絮體的沉降速度亦較快?這主要是由于淀粉半剛性骨架和接枝物柔性鏈段形成的大分子具有空間網(wǎng)狀的多孔結(jié)構(gòu), 且部分具有線性結(jié)構(gòu)〔5-7〕,這類(lèi)結(jié)構(gòu)使得其表面積增大,從而大幅度提高了對(duì)懸浮物顆粒的吸附和網(wǎng)捕能力?故其形成絮體較快?顆粒較大?提高了沉降速度?
3 PSAZ+陽(yáng)離子淀粉絮凝劑復(fù)配體系處理含油廢水的影響因素分析
3.1 不同投料方式對(duì)絮凝效果的影響試驗(yàn)
在投加總量不變的情況下, 分3 種方法改變PSAZ+陽(yáng)離子淀粉絮凝劑復(fù)配體系的投加順序:(1)兩種絮凝劑同時(shí)投加;(2)先投加PSAZ 快速攪拌2 min 后再投加陽(yáng)離子淀粉絮凝劑;(3)先投加陽(yáng)離子淀粉絮凝劑快速攪拌2 min 后再投加PSAZ?
試驗(yàn)結(jié)果如表4 所示?
由表4 可知,3 種不同的投加方式的絮凝效果依次為:方法2>方法1>方法3?這是由于兩類(lèi)絮凝劑的作用機(jī)理有所差異,PSAZ 的作用主要是電中和〔8〕,加入陽(yáng)離子淀粉絮凝劑后PSAZ 所帶之正電荷能夠中和含油廢水所帶的負(fù)電荷, 從而減弱了膠體之間靜電的排斥作用,使顆粒易于聚集?而陽(yáng)離子淀粉絮凝劑中的淀粉能與PSAZ 接枝成大分子長(zhǎng)鏈而將油珠吸附或包裹?假如先加入陽(yáng)離子淀粉絮凝劑或者兩者同時(shí)加入, 則水中一部分膠體與油珠還沒(méi)有被中和就被淀粉-PSAZ 長(zhǎng)鏈吸附或包裹,使膠體顆粒之間產(chǎn)生了靜電排斥作用, 故其凝聚及絮凝力減弱?
3.2 水樣的pH 對(duì)絮凝效果的影響
pH 對(duì)膠體或微粒表面的Zeta 電位及絮凝劑的性質(zhì)等均有較大的影響?適宜的pH 可促使絮凝作用更加完全, 從而節(jié)省大量的絮凝劑以降低處理成本?反之,可導(dǎo)致絮凝劑不能和膠體微粒作用而影響絮凝沉淀的形成, 或者使已形成的絮凝體重新被破碎成膠體溶液?
試驗(yàn)采取方法2 的投加順序, 通過(guò)改變水樣的pH 來(lái)考察其對(duì)絮凝效果的影響,結(jié)果見(jiàn)圖2?
由圖2 可知,PSAZ 和陽(yáng)離子淀粉絮凝劑的復(fù)配絮凝效果受pH 的影響為:當(dāng)pH<5 時(shí),絮凝效果較差,水樣中濁度和油的去除率均較低;pH 增加,絮凝效果亦相應(yīng)提高,在pH 為6~9 時(shí),絮凝效果最好;當(dāng)pH 升高到一定程度后,絮凝效果即有所降低?其主要原因是因?yàn)殛?yáng)離子絮凝劑的取代基帶有正電荷,其電中和能力較強(qiáng),易使膠體粒子脫穩(wěn),繼而通過(guò)高分子的特殊網(wǎng)狀架橋作用使膠體形成較大的團(tuán)狀絮凝而沉淀?pH 增加到一定程度后,在堿性條件下, 絮凝劑水溶液亦呈堿性, 其中有大量的游離OH-,這就中和了淀粉的陽(yáng)離子電荷,從而使陽(yáng)離子淀粉的絮凝效果降低?圖2 還說(shuō)明復(fù)合絮凝劑對(duì)廢水的pH 適應(yīng)范圍較寬?
3.3 溫度對(duì)絮凝效果的影響
在兩種絮凝劑投加量不變的情況下, 保持水樣的pH=7,通過(guò)改變水樣的溫度,考察了水溫對(duì)于絮凝效果的影響,結(jié)果見(jiàn)圖3?
由圖3 可看出,隨著水溫的升高,絮凝效果亦相應(yīng)提高,在水溫為20~40 ℃時(shí),其去除效果最佳;當(dāng)溫度升高到一定程度后,絮凝效果反而降低?究其原因主要是:在較低溫度時(shí),水解反應(yīng)速度緩慢,水的黏度較大,導(dǎo)致膠體顆粒運(yùn)動(dòng)的阻力增大,絮體的生成速度降低,顆粒不易沉降?但水溫過(guò)高時(shí),化學(xué)反應(yīng)速度亦加快,所形成之絮體較細(xì)小,同時(shí)絮體的水合作用增加,減緩了絮體的沉降速度,使絮凝效果降低?本試驗(yàn)中室溫在25 ℃左右時(shí),其處理效果最佳?
3.4 攪拌時(shí)間對(duì)絮凝效果的影響
在水樣pH=7?水溫25 ℃條件下,先投加PSAZ20 mg/L,再加入陽(yáng)離子淀粉絮凝劑2 mg/L,通過(guò)改變攪拌時(shí)間,考察其對(duì)于絮凝效果的影響,結(jié)果見(jiàn)圖4?
由圖4 可知,攪拌時(shí)間約10 min 時(shí),絮凝效果最好?攪拌時(shí)間過(guò)長(zhǎng),將使本應(yīng)該沉淀的顆粒又分散成不能沉淀的細(xì)小顆粒,降低了絮凝效果;而攪拌時(shí)間過(guò)短,則會(huì)使絮凝劑和顆粒物不能充分接觸及吸附,從而不利于絮凝劑對(duì)膠體顆粒的捕集, 使絮凝劑的效能不能充分發(fā)揮.
4 結(jié)論
(1)通過(guò)對(duì)不同單一型絮凝劑及不同復(fù)配體系絮凝劑的對(duì)比試驗(yàn), 表明復(fù)配體系絮凝劑的處理效果優(yōu)于單一型的絮凝劑;而在各種復(fù)配體系中,尤以聚硅酸鋁鋅+陽(yáng)離子淀粉絮凝劑的復(fù)配體系對(duì)含油廢水的處理效果最佳?
(2)在對(duì)聚硅酸鋁鋅和陽(yáng)離子淀粉絮凝劑復(fù)配體系的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)過(guò)程中,藥劑的投加順序?pH?水溫及攪拌時(shí)間等對(duì)其絮凝效果有較大的影響, 其最佳處理?xiàng)l件為: 水溫25 ℃左右,pH=7, 攪拌時(shí)間10 min 左右,先投加聚硅酸鋁鋅20 mg/L,再加入陽(yáng)離子淀粉絮凝劑2 mg/L, 該條件下對(duì)廢水中油的去除率可達(dá)96%以上,對(duì)濁度的去除率亦保持在98%以上?
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