酸化-混凝處理高濃度聚丙烯酰胺生產廢水

許 妍

(凱米拉化學研究(上海)有限公司，上海 201112)

聚丙烯酰胺 (簡稱PAM)作為一類重要的絮凝劑廣泛應用于水處理領域。PAM廢水中含有大量的PAM、丙烯腈、丙烯酰胺(AM)、阻聚劑等，具有乳化程度高，黏度大，可生化性差，COD高的特點[1-3]。研究表明：PAM 生產廢水中的聚丙烯酰胺會阻礙微生物對氧氣的利用，而鹽類物質會抑制微生物的有氧呼吸，由于這兩方面的原因限制了PAM廢水的生物降解效果[4]。

目前，處理低濃度PAM生產廢水的研究較多，主要包括生物接觸氧化法、高級氧化法、特種活性污泥法等[5]。但對于高濃度PAM生產廢水的處理尚未開展深入研究[6]。本文采用酸化混凝沉淀法處理高濃度PAM生產廢水，研究了廢水COD的去除效果，為PAM廢水處理工藝的選擇提供理論依據。

1 實驗材料

1.1 水樣來源與性質

實驗廢水取自南京某精細化工公司生產高分子水處理劑-聚丙烯酰胺排放的廢水；出水CODCr為10350 mg/L，TDS為1836 mg/L，pH為12.27。

1.2 試劑、儀器與分析方法

(1)試劑

聚合氯化鋁PAC，聚合氯化鋁鐵PAFC,三氯化鐵FeCl3和聚合硫酸鐵PFS，硫酸(98%)和氫氧化鈉。

(2)儀器

DRB 200 COD消解儀,HACH；DR 2800分光光度計,HACH；pH計,梅特勒-托利多儀器；MY3000-6C智能型混凝試驗攪拌儀,武漢市梅宇儀器有限公司。

1.3 試驗方法與裝置

酸化-混凝試驗方法采用燒杯試驗法[7]。滴加H2SO4溶液調節PAM廢水pH值，然后加入一定量混凝劑，采用六聯攪拌槳50 r/min 快速攪拌15 min，最后加入1 mg/L聚丙烯酰胺(PAM)溶液，50 r/min慢速攪拌 5 min。反應結束后靜置沉降1 h，取上清液測定COD。

2 結果與分析

2.1 混凝處理聚丙烯酰胺廢水

分別選用PAC、PAFC、PFS和FeCl3四種混凝劑處理PAM生產廢水。混凝劑的投加量為200 mg/L，考察不同混凝劑對COD去除效果的影響，結果如圖1所示。該廢水加入混凝劑后溶液仍然處于原來的乳化狀態，沒有任何沉淀或者分成出現，廢水COD沒有任何去除。單純的混凝處理對于高濃度PAM廢水沒有任何去除作用。

圖1 不同混凝劑對PAM廢水的去除效果Fig.1 Effect of different coagulators on COD removalof PAM wastewater

2.2 酸化-混凝處理聚丙烯酰胺廢水

使用H2SO4調節廢水pH值，在不同初始pH條件下加入一定量的混凝劑，測定不同pH條件下，PAM廢水混凝處理后的出水COD。

控制廢水的pH分別為12，10，8，6.5和5，混凝劑的投加量為200 mg/L，對比PAC、PAFC、PFS和 FeCl3四種混凝劑對廢水COD去除效果的影響，結果如圖2所示。

圖2 酸化-PAC混凝處理對COD去除效果的影響Fig.2 Effect of acidification and PAC coagulation treatment on COD removal

PAC對廢水COD的去除效果如圖2所示。廢液pH調節至10，加入200 mg/L PAC后混凝效果不明顯，溶液仍為乳白色；繼續pH調節至8，混凝效果出現，有礬花形成，但礬花較細，沉降較慢，剩余COD為2610 mg/L，當pH調節至6.5，混凝效果顯著，礬花較大，沉降速度快，上清液較清澈，剩余COD為2270 mg/L。當廢水pH=5，COD去除效果變化不大。

圖3 酸化-PAFC混凝處理對COD去除效果的影響Fig.3 Effect of acidification and PAFC coagulation treatment on COD removal

PAFC對廢水COD的去除效果如圖3所示。PAFC對PAM廢水的混凝效果不佳，即使酸化預處理至廢水pH 5，混凝效果也不明顯。反應結束后，底部會出現部分白色細小礬花沉淀，但溶液仍為乳白色液體。剩余COD為6760 mg/L。

圖4 酸化-PFS混凝處理對COD去除效果的影響Fig.4 Effect of acidification and PFS coagulation treatment on COD removal

PFS對廢水COD的去除效果如圖4所示。PFS對PAM廢水的混凝效果與PAC相當，當pH調節至8，混凝效果開始出現，有礬花形成，但礬花較細，沉降較慢，上清液仍然渾濁，剩余COD為2610 mg/L，當pH調節至6.5，混凝效果顯著，礬花較大，沉降速度快，上清液較清澈，剩余COD為2270 mg/L。繼續調節溶液的pH至5，混凝效果反而下降。與PAC相比，PFS對pH更敏感，適用范圍更窄，并且PFS處理后出水水質變黃，色度明顯增加。

圖5 酸化-FeCl3混凝處理對COD去除效果的影響Fig.5 Effect of acidification and FeCl3 coagulation treatment on COD removal

FeCl3對廢水COD的去除效果如圖5所示。FeCl3對PAM廢水的混凝效果不佳，即使酸化預處理至廢水pH 5，混凝效果也不明顯。反應結束后，底部會出現部分黃色細小礬花沉淀，但溶液仍未澄清。剩余COD為6100 mg/L。

酸化-混凝處理的實驗結果表明 當廢水pH調節至6.5，混凝劑PAC對PAM廢水COD的去除效果最好，出水COD為2270 mg/L，COD去除率高達78.1%。

2.3 PAC投加量對廢水COD去除效果的影響

圖5 PAC投加量對廢水COD去除效果的影響Fig.5 Effect of PAC dosage on COD removal

調節廢水pH為6.5，考察PAC投加量對廢水COD去除效果的影響。由圖5可見，PAC為200 mg/L時，廢水COD去除率最高，達到78.1%。當PAC加入量過小時，不易使膠體顆粒脫穩，形成的絮狀體小不易沉降；而PAC加入量過大時，溶液中帶電粒子濃度增大，由于帶有相同電性，使得粒子之間相互排斥，難以沉降，重新回到穩定狀態[8]。

2.4 不同絮凝劑對廢水COD去除效果的影響

廢水pH為6.5，混凝劑PAC投加量為200 mg/L，絮凝劑投加量為1 mg/L。實驗選取了5種不同類型的絮凝劑，考察不同類型的絮凝劑對廢水COD去除效果的影響。

5種絮凝劑分別為Kemira系列產品A，B、C、D和E。A和B屬于陽離子聚丙烯酰胺，C和D屬于陰離子聚丙烯酰胺，E屬于非離子聚丙烯酰胺。

表1 不同絮凝劑對廢水COD去除效果的影響Table 1 Effect of different flocculants on COD removal of wastewater

由表1可見，Kemira陽離子聚丙烯酰胺 A和B的絮凝效果明顯優于陰離子及非離子聚丙烯酰胺。因此，選擇Kemira陽離子聚丙烯酰胺A或B與混凝劑PAC配合使用處理PAM生產廢水，可以達到最佳的COD去除效果。此外，該工藝對TDS也有一定的去除效果， TDS去除率達到36.8%左右。

3 結 語

采用酸化-混凝法處理高濃度PAM生產廢水，在廢水pH 6.5的條件下，對比了PAC、PAFC、PFS和 FeCl34種混凝劑對廢水COD的去除效果，這4種混凝劑的性能排序為：PAC>PFS>FeCl3>PAFC。

PAC混凝劑配合Kemira陽離子絮凝劑處理PAM廢水，可以達到最佳的COD去除效果，COD去除率達到83.2%以上，TDS去除率達到36.8%左右。