PAC-PAM聯合處理某工業園電鍍廢水的處理效果試驗

楊二亮，周元祥，王洪雷，張玉亮

(1.合肥工業大學，安徽 合肥 230000；2.安徽六安電鍍產業園，安徽 六安231300)

?

PAC-PAM聯合處理某工業園電鍍廢水的處理效果試驗

楊二亮1，周元祥1，王洪雷1，張玉亮2

(1.合肥工業大學，安徽 合肥 230000；2.安徽六安電鍍產業園，安徽 六安231300)

研究了聚合氯化鋁(PAC)-聚丙烯酰胺(PAM)復合絮凝劑對某產業園電鍍廢水處理效果。考察了PAM-PAC復合絮凝劑的最佳用量，以及過量PAC和PAM對水質的影響以安排試驗，結果表明：采用質量分數為0.3%的PAM和4%的PAC時，投加量為1.0 mL和2.5 mL時達到最好效果，在此條件下COD去除率達到71.5%，同時過量的PAM和PAC都將會引起處理效果的下降，PAC的過量加入引起水質變渾濁，水質表觀變差，PAM過量其小分子在后續的生化中會引起污泥中毒現象。

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]。電鍍廢水如不進行很好的治理，將會嚴重地污染環境，影響人們的身體健康，同時，將給企業帶來一定的經濟損失。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用[2]。

隨著研究的深入，越來越多的新型絮凝劑被開發，特別是無機-有機復合絮凝劑的應用，它不僅展示了自身的優點而且還克服了傳統絮凝劑的缺點。無機高分子絮凝劑在絮凝效果方面優于傳統的絮凝劑，但與有機高分子絮凝劑相比，在聚合度及絮凝效果方面較差。有機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點，但是價格昂貴。將兩種絮凝劑復配使用，利用無機絮凝劑的高正電荷密度和有機高分子絮凝劑的橋連作用，兩者產生協同作用，能夠提高絮凝處理能力,既有兩者雙重的優點，又避免了兩者的不足。因此,近年來無機-有機高分子復合絮凝劑的研制開發已成為熱點[3]。

2　電鍍廢水處理中PAC和PAM的原理

PAC 是無機高分子絮凝劑中技術最成熟，市場銷售量最大的一種，是一種金屬絡合物，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，產品分固體和液體兩種[4]。實驗通式為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PAC 的方法有氯化鋁與堿反應，氫氧化鋁與鹽酸反應等。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物，帶有膠體電荷，因此對水中的懸浮物有極強的吸附性，從而達到絮凝水中懸浮物的目的。由于具有比傳統藥劑適應性強，無毒并可成倍提高效能而相對價廉等優點，因而近年得到了迅速發展和廣泛使用[5]。

PAM 是最早開發出的有機高分子絮凝劑，分子式為(C3H5NO)n，是由單體丙烯酰胺(PAM) 經自由基聚合而成[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，經過水合、提純、聚合、干燥、粉碎等工序，便可生產出 PAM。在制備中可引進不同的帶電基團，故有陰離子型、陽離子型、兩性及非離子型PAM 產品。工業上將凡含有50% 以上丙烯酰胺單體的聚合物，都泛稱作聚丙烯酰胺[6]。PAM 根據分子質量可分為低分子量( 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量的極性基團，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　試驗設計

試驗目的：為了確定廢水處理試驗系統的絮凝處理操作參數，對該洗滌劑廠的生產廢水進行絮凝實驗研究,確定絮凝處理的最佳操作條件,如絮凝劑用量。同時探討PAC和PAM過量使用對廢水處理效果的影響程度。

3.1主要試劑

聚合氯化鋁(PAC，工業園污水處理中心已配制濃度為4%)，聚丙烯酰胺(PAM，工業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試驗器材

絮凝試驗所用燒杯在多聯動變速攪拌機上進行，實驗所用廢水直接取自上述電鍍工業園廢水處理中心。 試驗儀器包括JJ-3六聯電動攪拌器、pHS- 3C型精密pH計、MS-1微波消解COD測定儀、721B型分光光度計和燒杯等。

3.3試驗方法和試驗條件

在6～ 8個燒杯中,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節pH值,攪拌一定時間后,靜置沉淀,取上清液測CODCr值。試驗時攪拌速度60 r/min，攪拌時間30 min，沉淀時間30 min。水質測定按《水和廢水監測分析方法》中規定的標準方法進行[7]。CODCr的測定采用微波消解重鉻酸鉀法。

4　試驗結果與討論

4.1助凝劑PAM的用量

按試驗方法，使用配置好質量分數4%的PAC，固定絮凝劑PAC的用量為2 mL，同時控制pH值為7.0，僅改變PAM用量，研究PAM投加量對CODCr去除率的影響。試驗結果見圖1。

圖1　PAM用量對CODCr去除率的影響

圖1表明在固定投加定量PAC的情況下，PAM有利于促進礬花的形成，沉降性能提高，CODCr去除率進一步增加。通過試驗可以發現當助凝劑PAM加入后改善了廢水的礬花形態，水中礬花將會凝聚在一起，然后慢慢變大，這是因為加入助凝劑PAM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PAM加入量為1 mg/L時，CODCr的去除率達到最大，CODCr的去除率達到60%以上。

4.2絮凝劑PAC的用量

按試驗方法，使用配置好質量分數0.3%的PAM，固定絮凝劑PAM的用量為2 mL，同時控制pH值為7.0，僅改變PAC用量，研究PAC投加量對CODCr去除率的影響。試驗結果見圖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，廢水中也漸漸出現礬花，隨著PAC投加量的增加礬花也不斷變大，沉淀時間明顯縮短，當PAC的投加量為2.5 mg/L時，廢水的CODCr去除率達到最大，去除率達到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對比PAC和PAM對水質的影響

觀察圖1可以看出當PAM投加量為零時CODCr去除率達到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PAC投加量為零時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，達到最佳值后去除率開始下降，而且下降比較迅猛。通過對比可以看出PAC對去除CODCr的效果要遠大于PAM去除的效果，間接可以總結出污水處理率PAC比PAM影響程度大。同時綜合可以看到當PAM和PAC投加量分別為1 mL和2.5 mL為最佳投加量，這個時候礬花比較大，上清液很清澈，沉淀速度快。

5　PAC和PAM分別過量時的影響

由于在實際運行過程中，絮凝池出水溢流至沉淀池時常出現污泥上浮現象，引起后端水質變渾濁，感官很差，初步分析是前段絮凝池中的PAC或者PAM加入量過多導致，為此通過試驗室小試確定引起此現象的具體原因。

5.1PAM過量投加

控制pH值為7.0，在最佳投加量的基礎上繼續添加PAM觀察廢水的水質變化，實驗結果見圖3。

從圖3中可以直觀地看出隨著當PAM投加量超過最佳量時，CODCr的去除率隨著PAM投加量增加而緩慢下降，水質變得粘稠。PAM本身也是CODCr，過量的加入相當于引入CODCr，導致CODCr去除率下降，同時PAM全稱聚丙烯酰胺，其小分子丙烯酰胺有毒性，過量的加入會引起后端生化處理出現中毒現象。另外PAM價格昂貴，過量投加直接造成浪費現象。

5.2PAM過量投加

控制pH值為7.0，在最佳投加量的基礎上我們繼續添加PAC觀察廢水的水質變化，試驗結果見圖4。

圖4　PAC用量對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將水中的小凝團包圍在一起，阻止了小凝團的進一步聚集，影響了大分子物質的沉降。水質開始變得渾濁，同時生成的礬花打碎，礬花上翻到水面，CODCr去除率急劇下降。

6　結論

(1)試驗結果表明，PAC-PAM復合絮凝劑對電鍍廢水有著良好的處理效果。

(2)在pH值為7的情況下，采用質量分數0.3%的PAM和4%的PAC時，當投加量分別為1 mL和2.5 mL時其效果最好，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都會引起去除效果的下降，對于PAC的過量投加直接影響處理效果，先前形成的礬花被打碎，水質變差；而PAM的過量投加水質開始變得粘稠，由于PAM價格比較貴，過量投加直接增加成本投入.所以保持合適的投加量既節省成本，又提高了水質。

[1]胡衛強.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用[J].湖北造紙，2013(2).

[3]周春瓊,鄧先和,劉海敏.無機-有機高分子復合絮凝劑研究與應用[J].化工進展,2004,23(12):1277～1284.

[4]李道榮．水處理劑概論[M]．北京: 化學工業出版社，2005.

[5]常 青.水處理絮凝學[M].北京:化學工業出版社,2003:69～71.

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

[7]國家環境保護總局水和廢水監測分析方法編委會.水和廢水監測分析方法[ M].3版.北京:中國環境科學出版社,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，合肥工程大學碩士研究生。

X703

A

1674-9944(2016)16-0141-02