高爐煤氣廢水循環回用系統中絮凝劑的選用實驗研究

摘 要：文章結合某鋼鐵廠高爐煤氣洗滌廢水處理回用的實際情況，對高效絮凝劑進行研究，并兼顧了對絮凝劑環境友好性的考慮，研究出了一種適用于高爐煤氣洗滌廢水的高效復配絮凝劑：PFS：PAM=2：1。此配方的最佳投量為16 mg/L，最適pH=8，對于高爐煤氣洗滌廢水正常的pH波動（7～9）和溫度波動（40℃～70℃）具有良好的適應性，處理效果十分穩定，SS、COD去除率均可達到95%。比該鋼鐵廠目前使用的絮凝劑方案（PAC：PAM=4：1，投量50 mg/L）具有更好的處理效果、更低的成本、更優良的污泥脫水性能，并且解決了PAC影響磷系緩蝕阻垢劑和鋅鹽的緩蝕阻垢效果的問題。文章研究的復配絮凝劑在文中設計的燒杯實驗中表現出了優良的處理效果，較之實驗水樣的出產地某鋼鐵廠的高爐煤氣洗滌循環水工藝中使用的絮凝劑有所提高。且這種配方處理效果穩定，對于pH、溫度變化的適應性很好。但仍需進一步進行中試試驗，模擬鋼廠的煤氣洗滌廢水冷卻循環系統的實際情況考量這種配方的使用性能，才能真正的投入使用。

關鍵詞：高爐煤氣；洗滌廢水；絮凝劑

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）29-0177-04

冶金鋼鐵企業的生產運作需要大量用水同時會排放污水，在環境保護日益受到重視的今天，改進工業廢水處理技術減少排放是鋼鐵企責任。鋼鐵企業產生的工廢水有焦化廢水、選礦廢水、軋鋼廢水、轉爐廢水、高爐煤氣洗滌廢水等。其中，高爐煤氣洗滌水含有濃度較高的無機懸浮物，有機物濃度較低，是一種無機懸浮物工業廢水。高爐煤氣洗滌水污染物含量高且水量大，如果直接排出會污染環境，同時也浪費水資源。

目前國內外針對高爐煤氣洗滌廢水的主流處理技術是混凝沉淀法，主流使用的絮凝劑是無機高分子絮凝劑和有機高分子絮凝劑兩類，兩類凝劑的作用機理不同，優缺點亦不同。使用單種絮凝劑存在著沉淀時間長、藥劑成本高等問題，研究絮凝效果更好更迅速，成本更加低廉的絮凝劑具有重要意義。所以，在探討其復配增效可能性基礎上設計了本部分實驗，通過配制絮凝劑處理某鋼鐵廠高爐煤氣洗滌廢水并比較效果，以期篩選出針對高爐煤氣洗滌廢水的效復配絮凝劑。本實驗選取聚合氯化鐵（PFC）、聚合氯化鋁（PAC）、聚合硫酸鐵（PFS）、聚合硫酸鋁（PAS）、聚合丙烯酰胺（PAM）進行復配研究。

1 實驗材料與方法

1.1 水樣與試劑

本實驗所用的水樣為取自某鋼鐵廠的高爐煤氣洗滌廢水，經檢測水質情況如表1所示。

本實驗所用藥劑有：聚合氯化鐵（PFC）、聚合氯化鋁（PAC）、聚合硫酸鐵（PFS）、聚合硫酸鋁（PAS）、聚合丙烯酰胺（PAM）、甲基橙指示劑、濃硫酸、鹽酸、EDTA二鈉鎂、EDTA二鈉、氯化銨、濃氨水、鉻黑T指示劑、K2Cr2O7、鄰菲啰呤、硫酸亞鐵、（NH4）2Fe（SO4）26H2O、Ag2SO4、鄰苯二甲酸氫鉀。以上藥劑均為AR級。

1.2 儀器設備

實驗采用的儀器及設備為：無極調速六聯攪拌機、PHS-3C型數字酸度計、哈希多功能水質分析儀、精密電子天平、數顯恒溫水浴鍋、超聲波清洗器（KQ 2 000）、烘箱、干燥器、注射器（100 ml）、濾膜（45 μm）、MS-3型微波消解儀 COD測定儀。

1.3 實驗方法

復配效果最佳絮凝劑的篩選實驗旨在篩選出復配效果最好的絮凝劑。通過閱讀文獻并結合生產實際，選定無機高分子絮凝劑PFC、PAC、PFS、PAS和有機高分子絮凝劑PAM進行復配。設計的初步復配配方如表2所示：

用4個1 000 ml量筒取高爐煤氣洗滌廢水至4個1 000 ml燒杯中；分別向四個燒杯加入調制好的ABCD四組絮凝劑并相應編號；將四個燒杯放置在預先調試好的無機調速六聯攪拌機上，快速攪拌1 min，轉速設為300 r/min，慢速攪拌12 min，轉速設為60 r/min；靜置30 min。檢測溶液的SS，COD并計算去除率。調整投加量重復上述實驗，設為10 mg/L，20 mg/L，30 mg/L，40 mg/L，50 mg/L。

在絮凝劑配方中最佳復配比例實驗中，配制不同比例的PFS和PAM復配絮凝劑表3所示：

用4個1 000 ml量筒取高爐煤氣洗滌廢水至4個1 000 ml燒杯中；分別向四個燒杯加入調制好的ABCD四組絮凝劑并相應編號；將四個燒杯放置在預先調試好的無機調速六聯攪拌機上，快速攪拌1 min，轉速設為300 r/min，慢速攪拌12 min，轉速設為60 r/min；靜置30 min。檢測溶液的SS，COD并計算去除率。調整投加量重復上述實驗，定為12 mg/L，14 mg/L，16 mg/L，18 mg/L，20 mg/L。

在pH、溫度對絮凝效果的影響實驗中。pH影響實驗：用5個1 000 ml量筒取高爐煤氣洗滌廢水至5個1 000 ml燒杯中，將溶液pH分別調為5、6、7、8、9。將5個燒杯放置在預先調試好的無機調速六聯攪拌機上，分別加入16 mg/L的復配絮凝劑（PFS：PAM=2：1）。快速攪拌1分鐘，轉速設為300 r/min；慢速攪拌12 min，轉速設為60 r/min；靜置30 min。檢測溶液的SS、COD并計算去除率。溫度影響實驗：用1 000 ml量筒取高爐煤氣洗滌廢水至1 000 ml燒杯中，將燒杯放入水浴鍋加熱至預定溫度（40 ℃、45 ℃、50 ℃、55 ℃、60 ℃、65 ℃、70 ℃），加入16 mg/L的復配絮凝劑（PFS：PAM=2：1）。將燒杯轉移至無機調速六聯攪拌機上，快速攪拌1 min，轉速設為300 r/min；慢速攪拌12 min，轉速設為60 r/min；將燒杯轉移到水浴鍋靜置30 min。檢測溶液的SS、COD并計算去除率。

1.4 測定指標及方法

本實驗中需要測定的指標和監測方法為：CODCr（快速消解分光光度法），SS（重量法）。

2 結果與討論

2.1 復配效果最佳絮凝劑的篩選實驗

經過五輪實驗，所得數據如圖1、圖2所示。

（pH=8，溫度：25 ℃）

由圖1和圖2可見，A組（PFC與PAM）與D組（PAS與PAM）的處理效果較差，SS、COD去除率均未達到90%，雖然隨著投量增加有增大的趨勢，但是過高的投量從成本角度考慮不實用。

B組（PAC與PAM）和C組（PFS與PAM）的絮凝效果良好，B組投加量為50 mg/L時SS和COD的去除率分別可達到92.5%和91.9%。相同投量時，C組絮凝效果均優于B組，且投量僅為20 mg/L時SS和COD的去除率即可達93.5%和92.1%，投量大于20 mg/L后投量增加對于絮凝效果的提升促進不大。

有研究表明多價金屬例子如Fe3+可以有效降低水合含量，有助于改善污泥的脫水性能，減小污泥體積和過濾分離的難度，也就是說PFS作為絮凝劑其污泥處理的簡易性優于PAC，且二者價格相當，PFS略低于PAC。王海峰、張冰如等研究發現PAC對于去除水中的總磷和鋅有較好的作用，而這一特性會影響大部分含磷緩蝕阻垢劑和鋅鹽緩蝕阻垢劑的水質穩定效果，因此盡管PAC廣泛應用于水處理中，卻不適合高爐煤氣洗滌廢水的處理。

綜合以上幾點，確定PFS與PAM的復配絮凝劑作為針對高爐煤氣洗滌廢水的絮凝劑是這四組絮凝劑中最高效、最合適的，具有良好的應用前景。

2.2 絮凝劑配方中最佳復配比例實驗

經過五輪實驗，所得數據如圖3、圖4所示。

（pH=8，溫度：25 ℃）

由圖3和圖4可看出，D組由于PAM的比例過低，其SS、COD去除率較之C組有較大的差距，說明PAM需保持在一個恰當的比例，復配絮凝劑的效果才能充分發揮。A組（PFS：PAM=1：1）和B組（PFS：PAM=2：1）的絮凝效果都很好且很接近，B組略好，但是由于PAM單價比PFS要高，相同投加量時B組的成本更低，故確定PFS：PAM=2：1為最佳配比。從兩圖中B組的增長曲線可看出，當投量大于16 mg/L后，投量的增加對于絮凝效果的促進很弱，出于成本的考慮確定本復配絮凝劑針對高爐煤氣洗滌廢水水質的最佳投量是16 mg/L（SS去除率為94.7%，COD去除率為94.2%）。

2.3 pH、溫度對絮凝效果的影響實驗

2.3.1 pH對絮凝效果的影響

實驗結果如圖5、6所示。

由圖5和圖6可見，pH在5～9之間變化，SS與COD的去除率均在93%～94.5%之間浮動，變化的幅度很小，pH=8時去除率最高。說明絮凝劑可以適應pH在5到9之間變化，也就能夠適應高爐煤氣洗滌廢水正常的pH波動范圍（7.0～9.0）。而其最佳pH是8，也與實驗用的安鋼高爐煤氣洗滌廢水的pH（8.13）十分接近。

2.3.2 溫度對絮凝效果的影響

實驗結果如圖7、8所示。

由圖7和圖8可以看出隨著溫度的上升，SS去除率和COD去除率均有所上升，說明復配絮凝劑的絮凝效果會隨著溫度的上升而有所提高。這是因為隨著溫度的上升，絮凝劑在水中的水解加快，在短時間內就能達到很好的絮凝效果而被我們檢測到；同時由于水溫升高水的剪力變小，有利于生成絮體且絮體不容易破碎從而形成沉淀。由此可知，高爐煤氣洗滌廢水較高的溫度有利于本復配絮凝劑的絮凝沉淀作用。

3 結 語

本文研究結果如下：

①PFS與PAM的復配組合在四組絮凝劑中的絮凝效果最好，投量僅為20 mg/L時SS和COD的去除率即可達93.5%和92.1%，結合絮凝劑對緩蝕阻垢劑的影響以及污泥脫水性能等方面的考慮，確定PFS與PAM的復配組合作為針對高爐煤氣洗滌廢水的絮凝劑。

②通過改變復配絮凝劑的復配比例和投加量，確定最佳復配比例為PFS：PAM=2：1，最佳投量為16 mg/L。該復配絮凝劑對SS和COD的去除效果分別為94.7%和94.2%。

③本復配絮凝劑適合于高爐煤氣洗滌廢水的pH（7～9）的波動，同時可適應高爐煤氣洗滌廢水常見的水溫波動（40～70 ℃）。

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