有機高分子絮凝劑在高級氧化技術處理電泳廢水中的應用

張磊　彭少賢

摘? 要：聚丙烯酰胺（PAM）是一種常用于污水處理的有機高分子絮凝劑。在使用高級氧化技術處理電泳廢水的過程中，在預處理階段投加適量PAM可以使物化過程整體COD去除率達到87.35%，使其達到進一步生化處理的條件。

關鍵詞：有機高分子絮凝劑;高級氧化技術;電泳廢水

工業廢水的有機物濃度（以COD計）較高，一般均在2000mg/L以上，降解難度大。這類廢水的可生化性較低（BOD/COD值一般均在0.3以下甚至更低），而且有一定的毒性，結構比較復雜，化學耗氧量較高，不能達到自然生物降解。特別是部分電泳廢水，其中所殘留的表面活性劑和重金屬加重了其對環境的危害，提高了此類廢水的處理難度。

為了從根本上解決這類廢水排放與凈化的問題，目前常用于處理電泳廢水的方法包含有：厭氧-活性污泥法（ABR-SBR）、鐵碳微電極法、高級氧化法（Fenton）、膜處理法及生化絮凝法，不同處理工藝適應于不同的應用場景。

本文在高級氧化技術處理電泳廢水過程中添加有機高分子絮凝劑，探究有機高分子絮凝劑對高級氧化技術降解CODcr的促進作用。

1? 高級氧化技術與絮凝劑的應用

1.1高級氧化技術

在高溫高壓、電、聲、光輻照、催化劑等反應條件下，具有強氧化能力的羥基自由基可使大分子難降解有機物氧化成低毒或無毒的小分子物質，此類方法被稱為高級氧化技術。由于此類技術能大幅提升廢水處理效率，降低廢水的危害，是目前國內外工業水處理領域重要的發展方向。

1.2高分子絮凝劑

1.2.1無機高分子絮凝劑

無機高分子絮凝劑（IPF），根據傳統絮凝劑的特點，并在原有的特性基礎上加以優化升級，主要以工業上的廢料為原料，如：廢鋁灰、鋁礬土等制備聚合鋁或聚合鐵，由于絮凝效果特別好，陳本比較低，所以在廢水處理中使用率非常高。其中以聚合鋁絮凝劑、聚合鐵絮凝劑、聚合硅酸絮凝劑為代表。

王偉等[1]在同等的條件下使用不同種無機高分子絮凝劑處理制革廢水， 其中加入的聚鐵硅、聚鋁硅絮凝劑分別是聚鐵和聚鋁絮凝劑的 15.6%和 29.7%，通過用量的對比可以發現聚鐵硅和聚鋁硅絮凝效果更好。

1.2.2有機高分子絮凝劑

和無機絮凝劑相比較，有機高分子絮凝劑可以在很少的用量下得到很好的效果，酸堿適宜、絮凝的效率高，同樣也得到了廣泛的應用。在無機高分子絮凝劑中，聚丙烯酰胺（PAM）及其衍生物的最為常見。

尹華等[2]通過淀粉-丙烯酞胺接枝共聚物合成陽離子改性高分子絮凝劑 FN-QE，用以處理城市污水，當加入到6～10mg/L 的情況下，濁度、色度去除率均在 90%以上，去除率達 75%～80%。

1.2.3復合高分子絮凝劑

隨著高濃度難降解工業廢水不斷對絮凝劑的性能提出更高要求，復合高分子絮凝劑逐步成為今年研究的熱點。國內外對其研究也取得了一定成果。

吳幼權[3]等將殼聚糖與有機單體丙烯酰胺接枝共聚得到殼聚糖衍生物（CAM），并將其與陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）復合，制備了復合絮凝劑CAM-CPAM。結果表明：CAM-CPAM具有良好的污泥脫水性能，投入質量濃度為30mg/L時，污 泥 脫 水 率 可 達 90% 以 上，沉 降 速 率 可 達0.55cm/s，濾液濁度低于8NTU，透光率高于85%。

2? 實驗部分

2.1實驗試劑和儀器

主要監測儀器：

檢測方法及依據：

pH值監測方法：采用國家標準GB6920-86方法

COD監測方法：采用國家標準GB11914-89方法

電導率監測方法：采用國家標準GB11007-89方法

主要試劑：NaOH、CaCl、HCL、硫酸亞鐵、雙氧水、硫酸、氧化鈣、重鉻酸鉀等均為分析純。

將雙氧水配置成30%濃度的試劑備用;硫酸亞鐵配置為1mol/L的試劑備用

使用的有機高分子絮凝劑為分子量1200萬的陰離子聚丙烯酰胺產自河南世源凈水材料有限公司。

實驗前，將PAM調配為濃度為1‰的試劑備用。

本實驗中使用的電泳廢水來源于武漢某企業電泳車間廢液，其原液呈鮮紅色乳化液，其各項指標如下表

2.2實驗方式

常規的芬頓試劑的實驗流程為：

預處理---Fenton反應---pH調節---沉淀過濾---深度處理

其最主要的Fenton反應原理是：

Fe2++ H2O2→Fe3++（OH）-+OH·①

H2O2+ Fe3+→ Fe2++ O2+ 2H+ ②

O2+ Fe2+→ Fe3++ O2-③

實驗中取電泳乳化廢液200毫升，在預處理階段投放1克CaCl，攪拌30分鐘，滴定鹽酸2毫升，將pH調整至4左右。

在Fenton反應階段，依次投入16mL硫酸亞鐵溶液與60毫升雙氧水試劑，使其充分反應2.5小時。

在pH調節階段，出水依次加入氧化鈣3克，調整pH至9左右，充分攪拌后，靜置沉淀。

以上為實驗PAM-0實施步驟，實驗中又分別在預處理階段、Fenton反應階段及pH調節階段分別投加PAM試劑，并從1mL逐步提高至3mL，將其分別命名為PAM-1、PAM-2、PAM-3。在沉淀過濾階段后，分別取上層清液用重鉻酸鉀滴定檢測各組出水COD值。

3? ?結果與分析

實驗后，用重鉻酸鉀滴定檢測各組分COD值，取得如下圖1結果。

3.1有機高分子絮凝劑投加量的影響

如圖1所示，從殘留COD上來講，各組分之間的差異較為明顯。其中，由PAM-1到PAM-2，提高PAM投放量顯著提高了高級氧化反應對COD的去除效果。而PAM-3組中的殘留COD數據卻有所上升。可能的原因是，當PAM投加量<2mL時，絮凝不充分;而當PAM投加量大于3mL時，PAM投入過量破壞了膠體中的電荷平衡，使其無法形成穩定的絮體，導致了徐凝效果下降。而PAM投入量為2mL時，徐凝效果達到最好。說明過量投放高分子有機絮凝劑并不有利于在高級氧化技術對電泳廢水的處理，反而會提高處理成本。

3.2有機高分子絮凝劑投加時間的影響

在不同反應階段投加等量的有機高分子絮凝劑，也會對高級氧化技術處理電泳廢液的效果產生影響。以PAM-2組為例，在不同階段投加PAM，反應最終的COD去除率如圖2所示。

如圖所示，在預處理階段投加有機高分子絮凝劑，可以在最終的COD去除率上取得較好效果，取得較好的效果。而在反應階段投加有機高分子絮凝劑，會對高級氧化技術處理電泳廢水的效果產生影響。原因可能是：在預處理階段，投入的氯化鈣與鹽酸很好的起到了破乳效果，此時投加有機高分子絮凝劑，有利于絮體的形成;而在pH調節階段，氧化鈣溶于水生成的氫氧根與Fenton試劑中的亞鐵離子結合形成的沉淀物，其有利于有機高分子絮凝劑的絮凝沉淀速度;在Fenton反應階段，由于Fenton試劑反應現象較為劇烈，且會放熱，這些因素影響了有機高分子絮凝劑的徐凝效果。一方面，溫度升高使絮凝劑徐凝效果下降;同時劇烈反應攪動試劑，使反應中液體表面形成大量泡沫堆積，不利于實際應用中的現場管理。

3.3最終出水情況

預處理階段投放藥劑的PAM-2組，在COD去除率上取得了最好的效果。其上層清液檢測的各項指標如下表所示。

由表4可知，電泳廢液經物化處理后，出水COD達到3494mg/L，COD去除率達到87.35%，具備了進一步進行生化處理的條件。

4? ?結語

（1）在高級氧化技術中應用有機高分子絮凝劑，可以顯著提高系統對COD的去除能力。在本實驗中，投入2mL濃度為1‰的陰離子聚丙烯酰胺，可顯著提高高級氧化法體系對電泳廢水的處理效果;同時，投入過量陰離子聚丙烯酰胺可能會對系統整體處理效果造成影響，同時在實際應用中，不利于成本管理。

（2）在預處理階段投放有機高分子絮凝劑，可以使絮凝沉淀效果最佳，提升了高級氧化技術整體的COD去除能力;在pH調整階段，投加有機高分子絮凝劑，也有助于沉淀出泥速度;而在Fenton反應階段投放有機高分子絮凝劑，由于反應放熱會影響絮凝效果，同時激烈的反應現象不利于實際應用中的現場管理。

（3）有機高分子絮凝劑結合高級氧化技術，在對電泳廢液的處理中可以起到較好的效果。本實驗中，在高級氧化技術的預處理階段投加2mL濃度為1‰的陰離子聚丙烯酰胺，最終出水COD由27620mg/L降至3494mg/L，COD去除率可達87.35%，滿足了該電泳廢液進一步生化處理的條件。

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