PAC-PAM聯(lián)合處理某工業(yè)園電鍍廢水的處理效果試驗(yàn)

楊二亮，周元祥，王洪雷，張玉亮

(1.合肥工業(yè)大學(xué)，安徽 合肥 230000；2.安徽六安電鍍產(chǎn)業(yè)園，安徽 六安231300)

?

PAC-PAM聯(lián)合處理某工業(yè)園電鍍廢水的處理效果試驗(yàn)

楊二亮1，周元祥1，王洪雷1，張玉亮2

(1.合肥工業(yè)大學(xué)，安徽 合肥 230000；2.安徽六安電鍍產(chǎn)業(yè)園，安徽 六安231300)

研究了聚合氯化鋁(PAC)-聚丙烯酰胺(PAM)復(fù)合絮凝劑對(duì)某產(chǎn)業(yè)園電鍍廢水處理效果。考察了PAM-PAC復(fù)合絮凝劑的最佳用量，以及過量PAC和PAM對(duì)水質(zhì)的影響以安排試驗(yàn)，結(jié)果表明：采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的PAM和4%的PAC時(shí)，投加量為1.0 mL和2.5 mL時(shí)達(dá)到最好效果，在此條件下COD去除率達(dá)到71.5%，同時(shí)過量的PAM和PAC都將會(huì)引起處理效果的下降，PAC的過量加入引起水質(zhì)變渾濁，水質(zhì)表觀變差，PAM過量其小分子在后續(xù)的生化中會(huì)引起污泥中毒現(xiàn)象。

電鍍廢水；聚合氯化鋁；聚丙烯酰胺

1　引言

電鍍廢水大致分為6類，分別為：前處理廢水、含氰廢水、含鎳廢水、含鉻廢水、含銅廢水、綜合廢水[1]。電鍍廢水如不進(jìn)行很好的治理，將會(huì)嚴(yán)重地污染環(huán)境，影響人們的身體健康，同時(shí)，將給企業(yè)帶來一定的經(jīng)濟(jì)損失。因此，電鍍廢水的治理問題必須徹底解決。由于電鍍種類的不同，電鍍廢水中所含的污染物也就不同。采用較常見的處理流程是物化處理，生化處理加深度處理。聚合氯化鋁( PAC) 和聚丙烯酰胺( PAM) 用于電鍍廢水處理屬于其中的混凝沉淀法，被稱為廢水處理的“黃金組合”，是電鍍廢水處理的重要方法，在電鍍廢水處理中有著廣泛的應(yīng)用[2]。

隨著研究的深入，越來越多的新型絮凝劑被開發(fā)，特別是無機(jī)-有機(jī)復(fù)合絮凝劑的應(yīng)用，它不僅展示了自身的優(yōu)點(diǎn)而且還克服了傳統(tǒng)絮凝劑的缺點(diǎn)。無機(jī)高分子絮凝劑在絮凝效果方面優(yōu)于傳統(tǒng)的絮凝劑，但與有機(jī)高分子絮凝劑相比，在聚合度及絮凝效果方面較差。有機(jī)高分子絮凝劑具有用量少，絮凝速度快，受pH值及溫度影響小等優(yōu)點(diǎn)，但是價(jià)格昂貴。將兩種絮凝劑復(fù)配使用，利用無機(jī)絮凝劑的高正電荷密度和有機(jī)高分子絮凝劑的橋連作用，兩者產(chǎn)生協(xié)同作用，能夠提高絮凝處理能力,既有兩者雙重的優(yōu)點(diǎn)，又避免了兩者的不足。因此,近年來無機(jī)-有機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑的研制開發(fā)已成為熱點(diǎn)[3]。

2　電鍍廢水處理中PAC和PAM的原理

PAC 是無機(jī)高分子絮凝劑中技術(shù)最成熟，市場(chǎng)銷售量最大的一種，是一種金屬絡(luò)合物，鋁是中心離子，氫氧根及氯根為配位體，通過羥基而架橋聚合，產(chǎn)品分固體和液體兩種[4]。實(shí)驗(yàn)通式為AIn( OH)mCI(3n- m)，堿度( m/n) 是水合AI3+的中和度，能夠表示PAC 的特性。生產(chǎn)PAC 的方法有氯化鋁與堿反應(yīng)，氫氧化鋁與鹽酸反應(yīng)等。例如：

nAICI3+mOH→ALn(OH)mCI(3n-m)+mCI

PAC 的水溶液是介于三氯化鋁和氫氧化鋁之間的水解產(chǎn)物，帶有膠體電荷，因此對(duì)水中的懸浮物有極強(qiáng)的吸附性，從而達(dá)到絮凝水中懸浮物的目的。由于具有比傳統(tǒng)藥劑適應(yīng)性強(qiáng)，無毒并可成倍提高效能而相對(duì)價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)，因而近年得到了迅速發(fā)展和廣泛使用[5]。

PAM 是最早開發(fā)出的有機(jī)高分子絮凝劑，分子式為(C3H5NO)n，是由單體丙烯酰胺(PAM) 經(jīng)自由基聚合而成[4]。以丙烯為主要原料，與水按一定比例混合，在銅催化劑的條件下，經(jīng)過水合、提純、聚合、干燥、粉碎等工序，便可生產(chǎn)出 PAM。在制備中可引進(jìn)不同的帶電基團(tuán)，故有陰離子型、陽離子型、兩性及非離子型PAM 產(chǎn)品。工業(yè)上將凡含有50% 以上丙烯酰胺單體的聚合物，都泛稱作聚丙烯酰胺[6]。PAM 根據(jù)分子質(zhì)量可分為低分子量( 100 萬以下) 、中分子量( 100～1000 萬) 、高分子量(1000～1500萬) 、超分子量( 1500 萬以上) 。由于PAM 分子鏈中含有一定數(shù)量的極性基團(tuán)，它能通過吸附廢水中懸浮的固體粒子，使粒子間架橋或通過電荷中和使粒子凝聚形成大的絮凝物，所以，它可以加速懸浮液中粒子的沉降，有非常明顯的加快溶液澄清的效果。

3　試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)?zāi)康模簽榱舜_定廢水處理試驗(yàn)系統(tǒng)的絮凝處理操作參數(shù)，對(duì)該洗滌劑廠的生產(chǎn)廢水進(jìn)行絮凝實(shí)驗(yàn)研究,確定絮凝處理的最佳操作條件,如絮凝劑用量。同時(shí)探討PAC和PAM過量使用對(duì)廢水處理效果的影響程度。

3.1主要試劑

聚合氯化鋁(PAC，工業(yè)園污水處理中心已配制濃度為4%)，聚丙烯酰胺(PAM，工業(yè)園污水處理中心已配制濃度為0.3%)，稀硫酸溶液(AR)，氫氧化鈉溶液(AR)。

3.2試驗(yàn)器材

絮凝試驗(yàn)所用燒杯在多聯(lián)動(dòng)變速攪拌機(jī)上進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)所用廢水直接取自上述電鍍工業(yè)園廢水處理中心。 試驗(yàn)儀器包括JJ-3六聯(lián)電動(dòng)攪拌器、pHS- 3C型精密pH計(jì)、MS-1微波消解COD測(cè)定儀、721B型分光光度計(jì)和燒杯等。

3.3試驗(yàn)方法和試驗(yàn)條件

在6～ 8個(gè)燒杯中,加入400 mL水樣，分別加入一定量的PAC(4%)、PAM(0.3%)，用苛性鈉溶液或稀硫酸溶液調(diào)節(jié)pH值,攪拌一定時(shí)間后,靜置沉淀,取上清液測(cè)CODCr值。試驗(yàn)時(shí)攪拌速度60 r/min，攪拌時(shí)間30 min，沉淀時(shí)間30 min。水質(zhì)測(cè)定按《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行[7]。CODCr的測(cè)定采用微波消解重鉻酸鉀法。

4　試驗(yàn)結(jié)果與討論

4.1助凝劑PAM的用量

按試驗(yàn)方法，使用配置好質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%的PAC，固定絮凝劑PAC的用量為2 mL，同時(shí)控制pH值為7.0，僅改變PAM用量，研究PAM投加量對(duì)CODCr去除率的影響。試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1　PAM用量對(duì)CODCr去除率的影響

圖1表明在固定投加定量PAC的情況下，PAM有利于促進(jìn)礬花的形成，沉降性能提高，CODCr去除率進(jìn)一步增加。通過試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)助凝劑PAM加入后改善了廢水的礬花形態(tài)，水中礬花將會(huì)凝聚在一起，然后慢慢變大，這是因?yàn)榧尤胫齽㏄AM后，通過其吸附架橋作用，將膠體顆粒吸附在一起，使顆粒逐漸變大，形成肉眼可見的粗大絮凝體。從而提高CODCr的去除率。隨著PAM的加入CODCr的去除率在提高，當(dāng)PAM加入量為1 mg/L時(shí)，CODCr的去除率達(dá)到最大，CODCr的去除率達(dá)到60%以上。

4.2絮凝劑PAC的用量

按試驗(yàn)方法，使用配置好質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.3%的PAM，固定絮凝劑PAM的用量為2 mL，同時(shí)控制pH值為7.0，僅改變PAC用量，研究PAC投加量對(duì)CODCr去除率的影響。試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

從圖2明顯可以看出，隨著PAC的投加量增加其廢水的CODCr去除率逐漸提高，廢水中也漸漸出現(xiàn)礬花，隨著PAC投加量的增加礬花也不斷變大，沉淀時(shí)間明顯縮短，當(dāng)PAC的投加量為2.5 mg/L時(shí)，廢水的CODCr去除率達(dá)到最大，去除率達(dá)到70%以上，所以2.5 mg/L為PAC的最佳投加量，大于最佳量之后去除率開始下降。

4.3對(duì)比PAC和PAM對(duì)水質(zhì)的影響

觀察圖1可以看出當(dāng)PAM投加量為零時(shí)CODCr去除率達(dá)到30%多，即僅投加PAC而不投加PAM的情況下能夠去除一定的CODCr，當(dāng)PAM投加大于最佳值后，CODCr去除率降低，其降低是緩慢下降。觀察圖2可以看出當(dāng)PAC投加量為零時(shí)CODCr去除率也為零，即僅投加PAM是不能夠去除CODCr，隨著PAC的投加CODCr去除率迅速上升，達(dá)到最佳值后去除率開始下降，而且下降比較迅猛。通過對(duì)比可以看出PAC對(duì)去除CODCr的效果要遠(yuǎn)大于PAM去除的效果，間接可以總結(jié)出污水處理率PAC比PAM影響程度大。同時(shí)綜合可以看到當(dāng)PAM和PAC投加量分別為1 mL和2.5 mL為最佳投加量，這個(gè)時(shí)候礬花比較大，上清液很清澈，沉淀速度快。

5　PAC和PAM分別過量時(shí)的影響

由于在實(shí)際運(yùn)行過程中，絮凝池出水溢流至沉淀池時(shí)常出現(xiàn)污泥上浮現(xiàn)象，引起后端水質(zhì)變渾濁，感官很差，初步分析是前段絮凝池中的PAC或者PAM加入量過多導(dǎo)致，為此通過試驗(yàn)室小試確定引起此現(xiàn)象的具體原因。

5.1PAM過量投加

控制pH值為7.0，在最佳投加量的基礎(chǔ)上繼續(xù)添加PAM觀察廢水的水質(zhì)變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。

從圖3中可以直觀地看出隨著當(dāng)PAM投加量超過最佳量時(shí)，CODCr的去除率隨著PAM投加量增加而緩慢下降，水質(zhì)變得粘稠。PAM本身也是CODCr，過量的加入相當(dāng)于引入CODCr，導(dǎo)致CODCr去除率下降，同時(shí)PAM全稱聚丙烯酰胺，其小分子丙烯酰胺有毒性，過量的加入會(huì)引起后端生化處理出現(xiàn)中毒現(xiàn)象。另外PAM價(jià)格昂貴，過量投加直接造成浪費(fèi)現(xiàn)象。

5.2PAM過量投加

控制pH值為7.0，在最佳投加量的基礎(chǔ)上我們繼續(xù)添加PAC觀察廢水的水質(zhì)變化，試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖4　PAC用量對(duì)CODCr去除率的影響

從圖4中可以直接看出，隨著PAC投加量的增加CODCr去除率急劇下降，過多的PAC將水中的小凝團(tuán)包圍在一起，阻止了小凝團(tuán)的進(jìn)一步聚集，影響了大分子物質(zhì)的沉降。水質(zhì)開始變得渾濁，同時(shí)生成的礬花打碎，礬花上翻到水面，CODCr去除率急劇下降。

6　結(jié)論

(1)試驗(yàn)結(jié)果表明，PAC-PAM復(fù)合絮凝劑對(duì)電鍍廢水有著良好的處理效果。

(2)在pH值為7的情況下，采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.3%的PAM和4%的PAC時(shí)，當(dāng)投加量分別為1 mL和2.5 mL時(shí)其效果最好，礬花明顯且沉淀性能好，而且廢水沉淀之后上清液清澈。

(3)過量投加PAM和PAC都會(huì)引起去除效果的下降，對(duì)于PAC的過量投加直接影響處理效果，先前形成的礬花被打碎，水質(zhì)變差；而PAM的過量投加水質(zhì)開始變得粘稠，由于PAM價(jià)格比較貴，過量投加直接增加成本投入.所以保持合適的投加量既節(jié)省成本，又提高了水質(zhì)。

[1]胡衛(wèi)強(qiáng).淺談電鍍廢水處理[J].廣東化工，2013(11).

[2]張雪，張安龍. PAC 和PAM 在造紙廢水處理中的應(yīng)用[J].湖北造紙，2013(2).

[3]周春瓊,鄧先和,劉海敏.無機(jī)-有機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑研究與應(yīng)用[J].化工進(jìn)展,2004,23(12):1277～1284.

[4]李道榮．水處理劑概論[M]．北京: 化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[5]常 青.水處理絮凝學(xué)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003:69～71.

[6]陳韡，胡開堂． PAM 的制備及其在造紙工業(yè)中的應(yīng)用[J]．上海造紙，2000，31( 1) : 19～22．

[7]國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法編委會(huì).水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法[ M].3版.北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,1989:354～356.

Experiment on the Treatment Effect of PAC-PAM Treating the Electroplating Wastewater in One Industrial Park

Yang Erliang1, Zhou Yuanxiang1, Wang Honglei1, Zhang Yuliang2

(1.HefeiUniversityofTechnology,Hefei,Anhui230000,China;2.AnhuiLiuanElectroplatingIndustrialPark,Liuan,Anhui231300,China)

The treating effects of electroplating wastewater by CODCr with the conditions of PAC(polyaluminium chloride)-PAM(polyac-rylamide)compound flocculant were studied. Considering the optimum amount of PAM-PAC composite flocculant and the influence of excessive dosage of PAC and PAM on water quality, we arranged this experiment, and we got results as follows: when cast dosage of PAM and PAC, of which the mass fraction were 0.3% and 4%, was 1.0 ml and 2.5ml, we achieved the best effect. Under these conditions, the COD removal rate reached 71.5%. Meanwhile, the excessive PAM and PAC would cause a decline in the treatment effect-- excessive addition of PAC caused turbid water and apparent poor water quality; small molecules of excessive PAM caused poisoning phenomenon in the subsequent biochemical sludge.

electroplating wastewater; polyaluminium chloride; polyacrylamide

2016-06-29

楊二亮(1991—)，男，合肥工程大學(xué)碩士研究生。

X703

A

1674-9944(2016)16-0141-02