絮凝剂投加量及PH值对洗煤废水处理效果的影响

网站编辑：发表时间：2018-02-26

本研究考察了絮凝剂聚合氯化铝(PAC)和絮凝剂聚丙烯酰胺(PAM)投加量对洗煤废水以及水样初始pH值对混凝出水浊度及SS浓度的影响。此外，通过检测混凝出水Zeta电位及电导率，进一步讨论聚合氯化铝及聚丙烯酰胺的混凝机理。研究结果对于洗煤废水处理及资源化利用具有较好的理论及实践意义。

一、 材料与方法

1仪器与药品：仪器：凝试验搅拌仪、PH计、电导率仪、电位分析仪、聚合氯化铝、阴离子聚丙烯酰胺（dcbox小金库钱包工提供）。

2絮凝剂的配制：称取2.0 g聚合氯化铝加入到100 mL蒸馏水中搅拌至充分溶解。制得质量浓度为20 g/L的聚合氯化铝溶液；称取0.02 g聚丙烯酰胺加入到100ml加蒸馏水中，在磁力搅拌器中搅拌60min至充分溶解，制得质量浓度为0.2/L的聚丙烯酰胺溶液。

3试验方法：混凝试验在烧杯中进行，将洗煤废水样品摇匀，用烧杯分别取300 mL水样，并将烧杯放置于混凝试验搅拌器上；设置搅拌器快速搅拌(200 r/min)2 min，开启搅拌器的同时用吸管向烧杯中快速加入PAC或PAM溶液：混凝试验快速搅拌和慢速搅拌完成后，烧杯静置澄清3 min；用吸管在液面下约1～2 cm处取上清液，进行Zeta电位、pH值、浊度、SS、电导率等水质参数的测定。

4分析方法：浊度采用多参数水质分析仪测定；pH值、色度、电导率分别采用pH计、色度仪以及电导率仪测定：水样Zeta电位检测时向300 mL配制好的水样中投加一定量混凝剂，快速搅拌使混凝剂充分混匀后，立即用注射器取适量水样于电位测量池中，在Zeta分析仪(马尔文)上测定电位值；SS浓度采用重量法测定。

二、结果与讨论

 1.水样初始oH值对混凝效果的影响：调节水样初始pH值至一定值，考察水样初始pH值对PAC混凝效果的影响，结果如图1所示。

从图1可以看出，水样初始pH值在2.35～8.58范围内时，混凝出水浊度和SS浓度随水样初始pH值的增加逐渐升高，但增加幅度较小；当水样初始pH值大于8.58时，混凝出水浊度和SS浓度随水样初始pH值的增加有较显 著的上升，即PAC在酸性条件下的混凝效果优于碱性环境。

pH值对混凝效果的影响主要与不同pH值条件下铝盐水解产物不同有关。低pH值(pH≤5.0)条件下铝盐主要以带正电的水解产物为主，如AI(OH)2+、A12(OH)2+、A13(0H)45+等。这些带正电的水解产物能够对颗粒发挥良好的压缩双电层和吸附电中和作用，从而使胶体颗粒脱稳；pH值为6.0～8.5时，水中主要存在AI(OH)，活性溶胶和一些具有较高聚合度的带正电水解产物。这些水解产物由于其本身的溶解性小或者具有较大的比表面积，易与颗粒物产生粘附架桥、网捕等作用。pH值大于8.5时，铝水解产物向A1(OH)4一等负离子形式转化，系统脱稳困难，混凝效果较差。在实际应用过程中,虽然偏酸性有助于PAC混凝效果的发挥．但增加幅度不大，且预先调节水样pH值会消耗一定酸，并增加工艺的复杂性，造成运行成本增加。所以在水样碱性不太强(pH<9)的情况下，无需通过预先调节水样酸碱性以增强混凝效果。

2 .PAC投加量对混凝效果的影响：混凝剂投加量是影响混凝特性的重要因素之一，通过检测混凝后出水浊度、SS浓度考察混凝剂投加量对混凝效果的影响，结果如图2所示。

从图2可以看出，PAC投加量对出水浊度和SS浓度的影响表现出较为一致的变化趋势．这是因为对于性质相同或相近的水样，浊度与SS浓度之间存在较好的相关性。随着PAC投加量增至40m#L时。出水浊度和SS浓度随着PAC投加量的增加迅速降低：当PAC投加量在40～200 mg/L时，出水浊度以及SS浓度变化不显 著；此后，继续增加PAC投加量，水样逐渐出现浊度及SS浓度逐渐升高的反稳现象。

根据GB 20426--2006中对SS的排放限值要求，在PAC的投加量为20～400 mg/L范围内时，出水SS浓度均能达到要求。而从混凝效果考虑．最 优混凝效果出现在PAC投加量为100 mg/L时，此时．出水浊度、SS去除率分别达到99.3%和95.5%。

3 .PAC投加量对混凝出水Zeta电位及电导率的影响:Zeta电位表征颗粒电荷密度和扩散层的厚度，当Zeta电位绝 对值高时，说明扩散层很厚，颗粒之间由于同性相斥而不能相互碰撞脱稳。电导率是物质传送电流的能力，对溶液而言，电导率是一个衡量水溶液导电能力的电学物理量。Zeta电位和电导率虽然都与带电特性有关，但通常用Zeta电位反映废水胶体颗粒的稳定性，而用电导率反应胶体颗粒表面带电特性则较少见。

在不同PAC投加量条件下。混凝出水Zeta电位和电导率表现出了不一样的变化趋势，结果如图3所示。

从图3可以看出，随着PAC投加量的增加．电导率先急速减小随后又以较快的速度上升，至PAC投加量大于200 mg/L时，混凝出水电导率超过原水电导率，随后PAC投加量继续增大，电导率缓慢上升。Zeta电位随着PAC投加量的逐渐增大先以较快的速度由原水的电负性转为正值，当PAC投加量超过200 mg/L时，Zeta电位缓慢增大。投加PAC后，由于PAC水解产生多种铝羟基化合物，对颗粒带电特性产生影响。虽然电导率和Zeta电位随PAC投加量变化趋势不一致，但Zeta电位接近0点时的PAC投加量(40 mg/L)正好与电导率减小的最 低点吻合；且Zeta电位和电导率开始缓慢增加时的PAC投加量正好与混凝开始出现返稳的PAC投加量相一致。因此，对于带电溶胶系统．除了Zeta电位外，电导率随混凝剂投加量的变化曲线也能用于判断胶体系统的稳定性。在实际使用过程中。与Zeta电位检测相比，电导率检测无需大型设备，检测数据更加方便易得。

4 .PAM投加量对混凝效果的影响:助凝剂是用于调节或改善混凝条件，促进凝聚作用添加的药剂或为改善絮凝体结构的高分子物质。PAM是一种较为常用的有机高分子助凝剂，利用PAM较长的分子链结构能够增强水中絮体的吸附架桥作用，促进絮体的进一步生长和沉降。PAM对PAC的助凝效果如图4所示。

从图4可以看出，少量的PAM对PAC混凝能起到一定的助凝作用，混凝后出水浊度和SS浓度均有下降，但当PAM投加量增大至5 mg/L时，混凝出水浊度和SS浓度均有增大的趋势。总的来讲，在试验水样以及PAC投加量为40 mg/L条件下，PAM投加量为2 mg/L时．能使出水浊度和SS去除率分别达到99.4%和96.9%，比仅投加40 mg/L PAC时分别提高17．2%和36.4%。

5 .PAM投加量对混凝出水Zeta电位及电导率的影响:PAM投加量对混凝出水Zeta电位、电导率的影响如图5所示。

从图5可以看出，PAM的加入对混凝出水Zeta电位以及电导率作用不显 著。试验所用PAM为带正电的阳离子型．PAM的加入对异号电荷能起到一定的吸附电中和作用，但其助凝作用主要为吸附架桥和网捕卷扫。

PAM具有较大的分子链结构，其分子链上的活性基团能与胶粒表面某些部位产生特殊的反应而相互吸附，同一分子链上的多个集团吸附多个胶粒，在胶粒之间形成架桥作用，而大量的胶粒在沉降过程中对水中其他分散颗粒起到网捕和共沉淀作用，从而促进絮体的凝聚与沉降，起到助凝作用。

三、 结论

(1) 对多家洗煤废水的实地采样分析表明：洗煤废水主要污染物为SS，有机污染和矿化度均不高，是较易被处理的废水．混凝沉淀法是处理此类废水的有效方法之一。

(2) 虽然偏酸性有助于PAC混凝效果的发挥，但效果增加的幅度较小，预先调节水样pH值会消耗一定酸。并增加工艺的复杂性，造成运行成本增加。在水样pH值小于9的情况下。无需通过预先调节水样酸碱性以增强混凝效果。

(3) 对浊度为1395 NTU、SS的质量浓度为448 mg/L的废水．随着混凝剂PAC投加量的增加，浊度和SS表现出较为一致的变化趋势，即先减小后增大，其优化投加量为40～200 mg/L。在PAC投加量为100mL时，混凝对水样浊度、SS的去除率最 佳，分别达到99.3和95.5%。

(4) 助凝剂PAM的加入对水样出水pH值以及Zeta电位影响不显 著，但能通过吸附架桥作用在PAC投加量较小时促进水中颗粒的沉降。当PAC投加量为40 mg/L，PAM投加量为2 mg/L时，对浊度和SS的去除率分别为99.4%和96.9%。

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