乳液型聚丙烯酰胺处理焦化废水的试验

聚丙烯酰胺的絮凝作用广泛的应用于工业废水处理过程中，由于聚丙烯酰胺的外观形态不同，对于相同水质其用量不同，本文通过试验探讨了乳液型聚丙烯酰胺在北京焦化厂废水处理过程中的最佳投药浓度以及该种聚丙烯酰胺在实际生产过程中应用的可能性。试验结果表明，当已知聚合硫酸铁的投加量为 2.7mL 时，乳液型聚丙烯酰胺的最佳投药浓度为 0.87 5‰，确定最佳投药浓度 对实际生产有很大的指导作用。
絮凝技术是广泛应用于给水、废水处理、污泥脱水、食品和医药等加工工艺过程中的一项重要举措，絮凝效果如何关键在于絮凝剂的选择上。在絮凝剂的研究和使用历史上，先后开发了无机絮凝剂和高分子无机絮凝剂。现在广泛应用于生产的高分子无机絮凝剂就是聚丙烯酰胺（ PAM ），它具有平面网格和立体网格结构。大多数聚丙烯酰胺产品的分子量在 800 万—— 1000 万之间，易溶于水，不溶于大多数有机溶。从离子型态上聚丙烯酰胺可分为以下类型：阴离子型、阳离子型、非离子型、复合离子型。从外观状态看，聚丙烯酰胺又可分为：颗粒状和乳液型。一直以来，多数厂家研究和生产颗粒状聚丙烯酰胺，但颗粒状聚丙烯酰胺对溶解时间要求较长，所以乳液型聚丙烯酰胺在实际生产过程中得到广泛关注。
焦化行业的焦化废水是焦炭工业主要的污染源之一，其主要特点是浊度高，固体物粒度细，固体颗粒表面有较强的电荷，同性电荷的斥力作用使这些颗粒在水中保持分散状态，这类废水经沉淀后上清液仍带有大量的固体微粒，处理非常困难。因此，焦化废水处理问题一直以来是焦化行业控制污染的难题。
本文根据乳液型聚丙烯酰胺的性质，通过试验室小试，在各种条件相同的情况下来确定乳液型聚丙烯酰胺在焦化废水应用的可行性，并进一步确定其在焦化废水应用中的最佳投药浓度。
1 试验材料和方法
1.1 材 料
乳液型聚丙烯酰胺：由内蒙古河西工业总公司提供。
聚合硫酸铁溶液：取自北京炼焦化学厂水处理车间。
试验水样：取自北京炼焦化学厂水处理车间后混沉淀池出水。
• 试验原理
在来水水质稳定，即 SS 相对稳定，同时所加入的聚合硫酸铁为固定量的情况下，通过有高到低的调整聚丙烯酰胺的用量，当水质达到最佳时，即为该种 SS 浓度下，聚丙烯酰胺的最佳投药量。
1.3 试验方法
聚丙烯酰胺溶液的配制：我们确定试验需要聚丙烯酰胺的浓度分别为： 0.7 5‰、0.875‰、1‰、1.125‰、1.25‰。分别去乳液型聚丙烯酰胺 0.75g 、 0.875g 、 1g 、 1.125g 、 1.25g 加入到 1000mL中，充分搅拌至晚全溶解，即可得到所需要浓度的聚丙烯酰胺溶液。
取500mL水样放入5个500mL的烧杯中，用5mL移液管分别取5mL聚丙烯酰胺溶液加入已装有水样的烧杯中，充分搅拌，然后分别加入2.7mL的聚合硫酸铁溶液，再次搅拌均匀，使酰胺和聚合硫酸铁充分与废水中的悬浮物接触。沉淀2个小时，沉淀过程中观察形成矾花尺寸大小以及沉淀状况。取上清液测定其中SS、COD值。
COD测定：取上层清液20mL置于500mL磨口回流锥形瓶中，准确加入10mL重铬酸钾标准溶液，从冷凝管上口慢慢加入30mL硫酸银-硫酸溶液，加热回流2个小时，待冷却后用50mL蒸馏水承诺冲洗冷凝器壁，再用水稀释至150mL，加入2-3滴试亚铁灵指示剂，用硫酸亚铁铵标准溶液滴定，溶液的颜色由黄色经蓝绿色至红褐色即为终点。记录硫酸亚铁铵的用量。按照同样的步骤空白试验。
（V 1 -V 0 ）· c·8
COD化学需氧量= ×100 (mg·L －1 )
V
c——硫酸亚铁铵标准溶液的浓度,mg·L -1 V——水样的体积,mL
V 0 ——滴定空白时消耗硫酸亚铁铵标准溶液的体积,mL
V 1 ——滴定水样时消耗硫酸亚铁铵标准溶液的体积,mL
SS的测定：取上层清液摇匀，在抽滤下徐徐倒入多孔过滤瓷坩埚内，抽滤完毕，用蒸馏水洗涤3次，将坩埚放在103～ 105℃ 烘箱内烘干 3个小时，取出放入干燥器中冷却30min后称至恒定质量。
（W 2 -W 1 ）× 1000
C(悬浮物)= ×1000 (mg·L -1 )
V
W 1 ——铺过石棉的多孔过滤瓷坩埚的质量 ,g
W 2 ——铺过石棉的多孔过滤瓷坩埚和悬浮物的总质量 ,g
V——水样的体积,mL
2 结果与讨论
2.1 试验结果
COD测定值以及COD的去除率
次数
浓度

第一次试验

第二次试验

第三次试验

第四次试验

COD

COD去除率

COD

COD去除率

COD

COD去除率

COD

COD去除率

0.75‰

141

3.4%

223

20.9%

168

20.7%

182

32.3%

0.875‰

123

15.8%

197

30.1%

179

15.6%

177

24.2%

1‰

137

6.2%

209

25.9%

155

26.9%

215

20.1%

1.125‰

141

3.4%

261

7.4%

128

39.6%

168

37.5%

1.25‰

129

11.6%

189

32.9%

132

37.7%

212

21.2%

注：聚合硫酸铁的投加量为2.7mL
SS测定值以及SS的去除率
次数
浓度

第一次试验

第二次试验

第三次试验

第四次试验

SS

SS去除率

SS

SS去除率

SS

SS去除率

SS

SS去除率

0.75‰

22

70.2%

38

34.5%

11

68.6%

16

55.6%

0.875‰

28

62.2%

37

36.2%

20

42.9%

19

47.2%

1‰

36

51.4%

47

18.9%

18

48.6%

21

41.6%

1.125‰

32

56.8%

26

55.2%

14

60%

17

52.8%

1.25‰

35

52.7%

32

44.8%

19

45.7%

20

44.4%

注：聚合硫酸铁的投加量为2.7mL
对以上表格的数据进行中心化、标准化处理，应用 Regression 过程进行回归分析，可得到乳液型聚丙烯酰胺浓度与 COD 、 SS 去除率的关系曲线如下：

对以上表格的数据进行中心化、标准化处理，应用 Regression 过程进行回归分析，可得到乳液型聚丙烯酰胺浓度与 COD 、 SS 去除率的关系曲线如下：

2.2数据分析与讨论
（ 1）从上面数据以及乳液型聚丙烯酰胺浓度与COD、SS去除率的关系图不难看出：当聚丙烯酰胺浓度以0.125‰递增时，与水样充分混凝沉淀后，在0.875‰和1.125‰时出水效果达到最好。通过观察沉淀过程，当聚丙烯酰胺浓度继续增加时，虽然仍可以形成较大的矾花，但形成的矾花不易沉淀，而是浮在水面上，造成SS和COD的去除率降低。
（2）来水对聚丙烯酰胺浓度的影响。由于聚丙烯酰胺的絮凝效果对温度以及PH值得适应范围比较广，所以，一般情况下较小的水质改变不会对聚丙烯酰胺的絮凝效果产生大的冲击。
（ 3）由于后混出水中的SS主要为有机活性污泥，因此COD与SS有很大的关系，这一点从试验数据中也可以看出，去除了大部分SS就意味着去除了大部分COD。因此在不考虑其他无机悬浮物的影响的情况下，SS和COD的去除率随乳液型聚丙烯酰胺的浓度的变化趋势应该近似相同。
3 结论
乳液型聚丙烯酰胺在实际生产过程中有着溶解速度快的优势，因此对于乳液型聚丙烯酰胺投药量的试验研究是很必要的。通过试验，结合实际生产和经济利益的我们可以确定在水质变化不是很大的情况下，投药浓度为0.875‰为最佳。但，当水质有所变化的时候，特别是当污泥出现膨胀时，由于悬浮物更多的为有机活性污泥，对于乳液型聚丙烯酰胺的用量要求加大，这个问题仍需要进一步的探讨。