摘要：焦化廢水成分復(fù)雜，本文利用聚合氯化鋁作為混凝劑處理焦化廢水，在投加量一定的條件下通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析堿化度和pH值對(duì)混凝效果及殘留鋁量的影響。

焦化廢水是煤制焦炭，煤氣凈化以及焦化產(chǎn)品回收精制過(guò)程中產(chǎn)生的廢水，含有多種有機(jī)污染物和無(wú)機(jī)污染物。焦化廢水對(duì)水體的危害較大，直接排放將會(huì)造成水體缺氧，危害水體生物，導(dǎo)致水質(zhì)惡化，使環(huán)境遭受?chē)?yán)重的破壞其至?xí){人類(lèi)的健康。對(duì)焦化廢水進(jìn)行深度處理是當(dāng)前焦化行業(yè)必不可少的工序。

聚合氯化鋁（縮寫(xiě)PAC）是一種新型無(wú)機(jī)高分子凈水劑。在城市用水和工業(yè)廢水處理工藝中，PAC具有混凝性能好、絮體大、用量少、效率高、沉淀快、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。本文通過(guò)使用自制PAC對(duì)焦化廢水進(jìn)行系統(tǒng)地混凝實(shí)驗(yàn)，探討焦化廢水處理過(guò)程中一定投加量下較佳堿化度和pH適用范圍。水體經(jīng)聚合氯化鋁混凝處理后，部分鋁殘留于水體中，過(guò)量的鋁離子如果進(jìn)入人體將會(huì)沉積在大腦內(nèi)，導(dǎo)致腦損傷，造成嚴(yán)重的記憶力喪失，出現(xiàn)早老性癡呆癥；此外殘留的鋁鹽對(duì)微生物的生長(zhǎng)也有一定的抵制作用。因此，使用鋁系混凝劑PAC需要對(duì)處理后出水的殘留鋁量進(jìn)行檢測(cè)。

1、聚合氯化鋁混凝機(jī)理

聚合氯化鋁的混凝機(jī)理主要有三種：

一是吸附理論，即鋁鹽水解形成的溶解性聚合物質(zhì)吸附于膠體上，利用電中和使得膠體脫穩(wěn)；

二是吸附架橋理論，即鋁鹽的水解產(chǎn)物一中性氫氧化鋁聚合物可起架橋作用吸附在膠粒表面而產(chǎn)生絮體顆粒；

三是卷掃網(wǎng)捕理論，即膠體顆粒被氫氧化鋁沉淀物網(wǎng)捕，它的實(shí)質(zhì)是通過(guò)吸附和卷掃網(wǎng)捕作用使水溶液中的溶質(zhì)、膠體或懸浮物顆粒脫穩(wěn)而產(chǎn)生絮狀物或絮狀沉淀物，從而達(dá)到凈化效果。

2、實(shí)驗(yàn)材料與過(guò)程

2.1 聚合氯化鋁的制備

采用緩慢滴堿法，將適量的濃度為0.5mol/L AlCl₃置于錐形瓶中，在劇烈攪拌條件下，用滴定管緩慢滴加NaOH溶液至預(yù)先設(shè)定的[OH]/[Al]，即堿化度分別為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5，滴加速率約為0.5ml/min，堿液全部滴加完畢后繼續(xù)攪拌2h，定容至100mL，濃度為0.1mol/L，于冰箱內(nèi)靜置24h。

2.2 混凝實(shí)驗(yàn)

PAC在投加量（以Al計(jì)）為1.5mmol/L的條件下，對(duì)山東某焦化廠生化廢水（COD=320mg/L、濁度=54NTU、pH=5.5），在JBY-Ⅱ型絮凝攪拌儀上進(jìn)行燒杯混凝試驗(yàn)，每個(gè)400mL的燒杯放置200mL的水樣，加入一定量的絮凝劑后，先以120r/min的速度攪拌1min，再以40r/min的速度攪拌5min，靜置沉淀30min后，取上清液，通過(guò)重鉻酸鉀加熱回流、光電式混濁度儀及EDTA和ZnCl₂配位滴定法分別測(cè)定混凝后水體的COD、濁度及殘留鋁量。

3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

混凝處理焦化廢水后COD、濁度和殘留鋁量的分析結(jié)果見(jiàn)表1和表2所示。

表1 不同堿化度混凝實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表2 堿化度B=1.5不同pH混凝實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 堿化度對(duì)混凝效果回及殘留鋁量的影響

由表1可知，投加量一定時(shí)不同堿化度下，PAC的混凝去除COD和濁度的效果及殘留鋁量的變化規(guī)律是保持一致的。當(dāng)堿化度B＜1.5時(shí)，COD和濁度的去除效果較差，殘留鋁量較高；當(dāng)堿化度B=1.5時(shí)，COD和濁度的去除效果較佳，殘留鋁量較低；當(dāng) 堿化度B＞1.5時(shí)，COD和濁度的去除效果有所降低，殘留鋁量有所增加；B=2.5時(shí)，COD和濁度的去除效果又有所回升，殘留鋁量又有所下降。

投加量一定時(shí)不同堿化度的PAC去除COD和濁度效果與廢水的水質(zhì)和PAC的形態(tài)有關(guān)。焦化廢水含有大量的酚類(lèi)等帶苯環(huán)的有機(jī)物，帶有負(fù)電荷。對(duì)于不同堿度的PAC處理焦化廢水的混凝效果大致可分為三個(gè)階段：

（1）無(wú)明顯凝聚，即B值較低時(shí)不足以形成顯著凝聚，此時(shí)混凝效果較差，COD和濁度的去除率較低；

（2）凝聚脫穩(wěn)，即隨B增加后產(chǎn)生明顯的凝聚作用，本文中，B=1.5時(shí)COD和濁度的去除效果達(dá)較佳。主要是因?yàn)閴A化度在1.5左右時(shí)PAC中的Al主要以帶有正電荷的單體態(tài)或雙核羥基鋁為主，廢水中大量的陰離子與帶正電荷的Al離子發(fā)生電中和，并壓縮擴(kuò)散層厚度，降低膠體顆粒表面動(dòng)電位，使膠體脫穩(wěn)而絮凝沉降；

（3）再穩(wěn)，即當(dāng)B值繼續(xù)增加時(shí)，膠體重新穩(wěn)定，COD和濁度的去除效果反而趨向惡化。

通過(guò)比較堿化度B對(duì)COD和濁度去除效果的影響，推測(cè)堿化度對(duì)殘留鋁量的影響原因可能是B值較小時(shí)， 混凝劑PAC中主體為單體鋁或鋁的二聚體，混凝效果較差，鋁在溶液中殘留量高；隨著B(niǎo)值升高，大多數(shù)鋁鹽的水解聚合物與水體中的顆粒物形成絮體下沉，殘留在水體中的鋁量降低，當(dāng)堿化度B=1.5時(shí)，達(dá)到較低值；當(dāng)B值增加至2.0時(shí)，受OH影響混凝效果不如B=1.5的PAC，殘留鋁量增加。當(dāng)B為2.5時(shí)，AI主要以高聚合態(tài)及溶膠態(tài)的鋁水解聚合產(chǎn)物存在，可發(fā)揮其良好的吸附和卷掃網(wǎng)捕作用，具有良好的混凝效果，使殘留在水體中的鋁量較少。

3.2 pH對(duì)絮凝效果及殘留鋁量的影響

由表2可知，在投加量一定相同堿化度且不同pH條件下，PAC對(duì)焦化廢水進(jìn)行混凝實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)pH對(duì)COD和濁度的去除及殘留鋁量影響非常明顯。pH低于7時(shí)，隨著pH的增加，COD和濁度的去除效果增強(qiáng)，殘留鋁量明顯降低；當(dāng)pH在7-8時(shí)，COD和濁度的去除效果達(dá)較佳，殘留鋁量變化不大；隨著pH的進(jìn)一步增加，PAC對(duì)COD和濁度去除效果又趨向惡化，殘留鋁量有所升高。這主要是因?yàn)閜H影響著PAC中Al的形態(tài)，在pH較低的條件下，Al主要以低電荷的單體鋁形態(tài)存在，隨著體系pH值上升，低電荷的Al含量逐漸減少，高電荷多聚物含量有所增加，電中和粘結(jié)架橋能力增強(qiáng)，對(duì)COD和濁度的去除效果也增強(qiáng)， 當(dāng)pH在中性范圍內(nèi)時(shí)，由于PAC水解生成大量的Al(OH)₃ ，無(wú)定形沉淀物易于下沉，水體中可溶性鋁含量較低，使得水體中鋁的殘留量下降至較低點(diǎn)；而在堿性條件下，PAC中的鋁逐漸水解轉(zhuǎn)化成了電荷較低的溶膠一沉淀形態(tài)，電中和能力下降且生成了較多帶負(fù)電荷的溶解形態(tài)，COD和濁度的去除效果減弱，鋁的殘留量也隨著pH的升高而增加。因此對(duì)于pH值較高或較低的焦化廢水，加酸或堿調(diào)到中性范圍，對(duì)保證混凝效果，減少殘留鋁量是非常必要的。

此外鋁系混凝劑在逐級(jí)水解時(shí)，都釋放出H⁺，使原水體pH略有降低。當(dāng)pH偏離鋁鹽適宜pH范圍時(shí)，高電荷低聚合度產(chǎn)物偏多，雖然有利于壓縮雙電層，使膠粒脫穩(wěn)，但混凝作用差，整個(gè)混凝效果不佳。因此，為取得較好的混凝效果，原水體應(yīng)有一定的堿度，當(dāng)堿度不足時(shí)應(yīng)投加一定量的堿。

4、結(jié)論

4.1 當(dāng)投加量一定不同堿化度下自制PAC處理焦化廢水時(shí)，PAC混凝去除COD和濁度的效果及殘留鋁含量的變化規(guī)律是保持一致的。COD降得越多，濁度的去除效果越好，水體中的殘留鋁含量越少。當(dāng)堿化度B=1.5時(shí)，COD和濁度的去除效果較佳，殘留鋁含量較低。

4.2 采用合成的PAC處理焦化廢水，當(dāng)投加量一定時(shí)，pH在中性范圍內(nèi)，COD和濁度的去除效果較佳，殘留鋁含量較低。

投加量一定的條件下進(jìn)行試驗(yàn)操作時(shí)，控制堿化度為1.5，調(diào)節(jié)pH在中性范圍內(nèi)，處理該廠焦化廢水，混凝效果較佳，殘留鋁量較低。