焦化廢水是在煤干餾、煤氣凈化及化工產(chǎn)品回收精制過(guò)程中產(chǎn)生的1種高濃度、高污染、難降解廢水，其有機(jī)物濃度高、成分復(fù)雜，主要含有氨氮、酚類、氰類以及單環(huán)或多環(huán)芳香化合物及雜環(huán)化合物等。目前國(guó)內(nèi)多采用生化法處理焦化廢水，由于焦化廢水的難降解性，經(jīng)生化處理后出水還遠(yuǎn)不能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，因此，后端常輔以混凝沉淀處理，聚合硫酸鐵（聚鐵）(聚鐵)是較常用的混凝劑之一，聚合硫酸鐵（聚鐵）經(jīng)水解后可對(duì)水中膠體發(fā)揮壓縮雙電層及網(wǎng)捕作用，且價(jià)格便宜。

近年來(lái)，無(wú)機(jī)有機(jī)復(fù)合絮凝劑的研究開(kāi)發(fā)逐漸成為熱點(diǎn)。無(wú)機(jī)有機(jī)復(fù)合絮凝劑可以利用無(wú)機(jī)絮凝劑壓縮雙電層作用和有機(jī)高分子絮凝劑的吸附架橋作用，兩者可產(chǎn)生協(xié)同作用而取得更好的絮凝效果。用于焦化廢水常見(jiàn)的無(wú)機(jī)有機(jī)復(fù)合絮凝劑主要是聚合硫酸鐵（聚鐵）聚丙烯酰胺(聚合硫酸鐵（聚鐵）-PAM)復(fù)合絮凝劑，由于丙烯酰胺單體具有毒性，且聚丙烯酰胺溶解過(guò)程較難控制，因此制約了其使用。殼聚糖(Chitosan)是甲殼素脫乙?；漠a(chǎn)物，在自然界來(lái)源非常豐富，酸性介質(zhì)中可表現(xiàn)出陽(yáng)離子聚合電解質(zhì)性質(zhì)，且無(wú)毒、易生物降解。本文采用焦化廢水處理過(guò)程中常用的聚合硫酸鐵（聚鐵）與殼聚糖進(jìn)行復(fù)配，制備復(fù)合絮凝劑聚合硫酸鐵（聚鐵）-CTS，并用于焦化廢水的混凝處理，探討了其組成、用量、pH值等因素對(duì)絮凝效果的影響及其合理性和可行性，以期為聚合硫酸鐵（聚鐵）-CTS復(fù)合絮凝劑工程應(yīng)用提供借鑒。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1試劑與儀器

聚合硫酸鐵（聚鐵）（工業(yè)品，液態(tài)，其全鐵含量11.O%～11.5%，鹽基度10.5%～11.5%，pH值1.0～2.O），殼聚糖，脫乙酰度94%，鄰苯二甲酸氫鉀、重鉻酸鉀、濃鹽酸、氫氧化鈉等都為分析純。

儀器：上海精科PHS-3B型pH值測(cè)定儀，SHIMADZU電子天平，國(guó)華JJ-4型攪拌器，MultiN/C2IOOTOC/TN測(cè)定儀（德國(guó)耶拿），HaCH2lOOp型濁度分析儀及其他常規(guī)實(shí)驗(yàn)儀器等。

實(shí)驗(yàn)水樣：采自華中某焦化公司O/A/O生化后二沉池廢水，其水質(zhì)指標(biāo)如下：TOC80～150mg/L，pH值7～8，電導(dǎo)率約5000μs/cm，濁度約30NTU。

1.2殼聚糖絮凝劑的制備

配置0.5%乙酸溶液，稱取19殼聚糖，將殼聚糖溶于0.5%乙酸溶液中，配置成1g/L的殼聚糖溶液。將該溶液在70℃水浴下加熱攪拌2h，冷卻后備用。

1.3實(shí)驗(yàn)方法

采用燒杯模擬對(duì)焦化二沉池廢水進(jìn)行絮凝實(shí)驗(yàn)。取一定量二沉池廢水于燒杯中，調(diào)節(jié)pH后加入一定量絮凝劑，再以300r/min速度攪拌30s后以100r/min的速度攪拌一定時(shí)間，靜沉30min后用移液管在液面下3cm處取上清液，測(cè)量TOC濃度及濁度，并計(jì)算其去除率。

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1聚合硫酸鐵（聚鐵）投加量對(duì)絮凝效果的影響

為了找出聚合硫酸鐵（聚鐵）和CTS的較佳投加量，先確定聚合硫酸鐵（聚鐵）投加量，然后再確定CTS的較佳投加量，從而確定復(fù)合絮凝劑合適的加量配方。這是因?yàn)樵谛跄^(guò)程中以聚合硫酸鐵（聚鐵）為絮凝主體，CTS的加入作為助凝劑。在室溫條件下取1L焦化二沉池廢水，在攪拌條件下投加不同量聚合硫酸鐵（聚鐵）溶液，以300r/min的速度攪拌30s后以100r/min的速度攪拌5min，靜沉30min后用移液管在液面下3cm處取上清液測(cè)量TOC濃度和濁度，結(jié)果如圖1所示。

由圖1可以看出，聚合硫酸鐵（聚鐵）投加量為1.2mL/L時(shí)，TOC去除率可達(dá)70%，出水濁度可達(dá)較低為7.98nut，此后隨著聚合硫酸鐵（聚鐵）投加量的不斷增加，TOC的去除率有輕微下降，出水濁度則增加較快。一般來(lái)說(shuō)，在絮凝過(guò)程中高分子絮凝劑通過(guò)電中和、架橋、網(wǎng)捕等作用，與水中微粒吸附在一起，若投加量過(guò)小，膠體離子表面沒(méi)有足夠的絮凝分子就不能形成大的絮體，廢水中的膠體不能完全脫穩(wěn)，因此達(dá)不到較好的絮凝效果；但投加量過(guò)大，離子表面活性降低，會(huì)發(fā)生再穩(wěn)現(xiàn)象，絮凝效果變差，出水濁度增加，藥劑費(fèi)用也會(huì)相應(yīng)增加。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，投加量0.2ml/L時(shí)，水中已經(jīng)出現(xiàn)了絮體。因此，可以確定較佳投加量為1.2ml/L。

2.2殼聚糖投加量對(duì)絮凝效果的影響在聚合硫酸鐵（聚鐵）較佳投加量為1.2mL/L基礎(chǔ)上確定復(fù)合絮凝劑的較佳投加量。設(shè)計(jì)5組不同CTS加量配方，在同等條件下對(duì)等量焦化廢水進(jìn)行混凝實(shí)驗(yàn)，待靜置沉淀后，取上清液測(cè)定各水樣TOC及濁度值，計(jì)算去除率。結(jié)果如圖2所示。

從圖2可以看出，殼聚糖溶液的加入對(duì)聚合硫酸鐵（聚鐵）的混凝作用有一定的促進(jìn)作用，TOC的去除率較單獨(dú)使用聚合硫酸鐵（聚鐵）時(shí)都有不同程度提高，且隨著殼聚糖投加量的增加，TOC去除率呈現(xiàn)出先增加后略微降低的趨勢(shì)，CTS投加量為1.6mg/L時(shí)，TOC去除率可達(dá)74.37%左右，這比單獨(dú)使用等量的聚合硫酸鐵（聚鐵）時(shí)可提高了5.4%左右。此外，在實(shí)驗(yàn)中觀察到，投加CTS后產(chǎn)生的絮體較單獨(dú)使用聚合硫酸鐵（聚鐵）時(shí)還要密實(shí)，沉降速度更快。分析其原因，是因?yàn)榫酆狭蛩徼F（聚鐵）多聚體中的羥基與殼聚糖分子鏈上的氨基之間發(fā)生了氫鍵作用，在殼聚糖高分子鏈上節(jié)枝了很多羥基無(wú)機(jī)絮體，電中和能力和架橋作用都得到了進(jìn)一步增強(qiáng)，但隨著CTS投加量的增加，CTS溶液中乙酸分子會(huì)貢獻(xiàn)小部分TOC值，引起其去除率的下降。因此，可以確定1.6mg/l為殼聚糖的較佳投加量。

2.3pH值對(duì)絮凝效果的影響

廢水的pH值也是影響絮凝效果的1個(gè)重要因素。在確定了聚合硫酸鐵（聚鐵）和CTS較佳投加量的基礎(chǔ)上，在室溫條件下，調(diào)節(jié)焦化廢水pH值在4～9的范圍，在同等條件下進(jìn)行混凝實(shí)驗(yàn)，待靜置沉淀后，取上清液測(cè)定各水樣TOC及濁度值。結(jié)果見(jiàn)圖3所示。

由圖3可以看出，在pH值為6時(shí)，TOC去除率較高可達(dá)72.74%；在pH值為7.5時(shí)，其濁度去除率較大可達(dá)92%。pH值超過(guò)8時(shí)，TOC的去除率急劇下降，濁度去除率反而升高。分析其原因，可能是因?yàn)樵诰酆狭蛩徼F（聚鐵）的水解絮凝過(guò)程中，若pH值降低，則Fe3+水解過(guò)程受阻，對(duì)廢水中懸浮性膠粒的脫穩(wěn)作用下降，影響其絮凝效果，pH值升高時(shí)，水中堿性物質(zhì)會(huì)促使[Fe2(OH)3]3+、[Fe2(OH)2]4+、[Fe3(OH)4]5+等多核羥基絡(luò)離子轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀物，因此，TOC去除率會(huì)下降；對(duì)于殼聚糖來(lái)說(shuō)，pH值較低時(shí)，其所攜帶的氨基質(zhì)子化后削弱了與聚合硫酸鐵（聚鐵）中羥基之間的作用力，因此會(huì)降低其助凝作用，pH值升高時(shí)，由于絮凝主體聚合硫酸鐵（聚鐵）效果下降，因此，殼聚糖助凝作用也不再顯現(xiàn)。濁度的去除率隨pH值的升高而逐漸升高，但考慮到TOC的去除率，因此，復(fù)合絮凝劑較好的pH值范圍為中性，即6～8的范圍。焦化廢水經(jīng)前端生物法處理后二沉池出水一般在7.5左右，因此，在使用該復(fù)合絮凝劑對(duì)焦化廢水二沉池廢水進(jìn)行絮凝實(shí)驗(yàn)時(shí)無(wú)需進(jìn)行pH值調(diào)節(jié)。

2.4攪拌速度對(duì)絮凝效果的影響

在確定了聚合硫酸鐵（聚鐵）、CTS較佳投加量及廢水較佳pH值的基礎(chǔ)上，取一定量焦化廢水二沉池出水，快速混合過(guò)程攪拌速度一樣，改變不同的混凝階段攪拌速度，在同等條件下進(jìn)行混凝實(shí)驗(yàn)，待靜置沉淀后，取上清液測(cè)定各水樣TOC及濁度值。結(jié)果見(jiàn)圖4所示。

從圖4可以看出，攪拌速度對(duì)TOC和濁度的去除都有一定的影響。攪拌速度在100r/min時(shí)，TOC去除率較大可達(dá)73.51%，此時(shí)濁度去除率為92.5%。在攪拌速度大于100r/min后，廢水TOC的去除率下降較快；濁度較佳去除速度為200r/min，較大去除率為95.75%，攪拌速度為200r/min時(shí)，TOC去除率下降至68.54%。分析其原因，對(duì)于TOC來(lái)說(shuō)，在絮凝階段，要求水流有適宜的水流剪切力，即適宜的紊動(dòng)性，使得絮體能夠進(jìn)一步碰撞聚集，較后形成尺寸較大的絮凝體，若攪拌速度過(guò)高，水流剪切力較大，絮凝體在長(zhǎng)時(shí)間高強(qiáng)度的攪拌作用下會(huì)發(fā)生破碎，高分子絮凝劑的長(zhǎng)鏈也易因高強(qiáng)度攪拌而被打碎，從而導(dǎo)致混凝效果下降。對(duì)于濁度來(lái)說(shuō)，攪拌速度過(guò)大時(shí)，絮凝體被打碎后自然不易沉降，出水濁度反而升高。對(duì)于聚合硫酸鐵（聚鐵）-CTS復(fù)合絮凝劑來(lái)說(shuō)，為了獲得較好的有機(jī)物去除效果，在保證出水濁度滿足要求的條件下，可以選擇100r/min作為較佳攪拌速度。

3結(jié)論

采用聚合硫酸鐵（聚鐵）和CTS復(fù)合絮凝劑處理焦化二沉池廢水時(shí)，絮凝效果與絮凝劑的用量、廢水pH值及攪拌速度等有密切的關(guān)系。在聚合硫酸鐵（聚鐵）用量為1.2mL/L、CTS用量為1.6mg/L、攪拌速度100r/min條件下，經(jīng)混凝后廢水TOC去除率可達(dá)70%以上，較單獨(dú)使用聚合硫酸鐵（聚鐵）絮凝劑可提高5%左右，且使用時(shí)無(wú)需調(diào)節(jié)廢水pH值。此外，聚合硫酸鐵（聚鐵）和CTS制備原料來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，由其制備的復(fù)合絮凝劑無(wú)二次污染，是1種新型的綠色環(huán)保型水處理劑，應(yīng)用前景廣闊。