聚硅酸鋁鐵絮凝劑合成及強(qiáng)化處理焦化廢水研究.pdf

1、焦化廢水通常是焦化廠在煉焦或制煤氣過程中產(chǎn)生的一種高濃度有機(jī)廢水，在經(jīng)過生化處理后其仍殘留有一定濃度的難降解有機(jī)污染物，且以溶解性有機(jī)物為主，極性較高。而傳統(tǒng)的絮凝劑對(duì)這類有機(jī)物的去除效率較低，導(dǎo)致在焦化廢水的絮凝處理過程中絮凝劑用量大、出水水質(zhì)較差，難以達(dá)標(biāo)排放或滿足后續(xù)處理要求。聚硅酸鹽絮凝劑作為一種新型無機(jī)高分子絮凝劑具有良好的電荷中和、吸附架橋及網(wǎng)捕能力，在對(duì)有機(jī)物的去除上已顯示了良好的潛能;同時(shí)其原料來源廣，粉煤灰、煤矸石、金

2、屬尾礦等硅酸鹽固廢都能符合要求，這對(duì)于提高硅酸鹽固廢的綜合利率用具有重要意義。然而，當(dāng)前對(duì)聚硅酸鹽絮凝劑絮凝性能的研究主要集中在除濁、除色和除COD等指標(biāo)上，而深入研究絮凝劑對(duì)廢水中各有機(jī)物組分的去除特性還鮮有報(bào)道;且由于原料和水質(zhì)的差異，各研究者合成的絮凝劑最佳配比并不一致。
　　本研究首先通過合成聚硅酸鋁(PASiC)、聚硅酸鐵(PFSiC)、聚硅酸鋁鐵(PAFSiC)三種具有代表性的聚硅酸鹽絮凝劑，考察其對(duì)焦化廢水生化出水中

3、有機(jī)物的去除特性，并通過研究絮凝過程中絮體的形態(tài)結(jié)構(gòu)對(duì)其沉降性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，選擇出最適用于焦化廢水的絮凝劑類型;然后以煤矸石為原料制備出高效PAFSiC絮凝劑并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，考察鋁/鐵/硅配比、廢水pH、投加量對(duì)絮凝效果的影響，利用Zeta電位及絮體顯微圖像對(duì)其絮凝機(jī)理進(jìn)行分析;最后對(duì)影響煤矸石基PAFSiC性能較大的硅含量因素進(jìn)行深入研究，考察不同的硅含量對(duì)煤矸石基PAFSiC形貌結(jié)構(gòu)、絮凝性能以及絮體特性的影響，明確硅含量影響絮凝性能

4、的主要因素和機(jī)理。為制備適用于焦化廢水的高效煤矸石基聚硅酸鹽絮凝劑奠定理論基礎(chǔ)。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)通過對(duì)三種聚硅酸鹽絮凝劑絮凝性能的研究發(fā)現(xiàn):PASiC、PFSiC對(duì)廢水中有機(jī)物的去除具有差異。三維熒光分析顯示:PASiC對(duì)類溶解性微生物代謝產(chǎn)物和類富里酸具有較好的去除作用，而PFSiC則對(duì)類腐殖酸的去除效果顯著;GC-MS的進(jìn)一步分析表明:PASiC對(duì)長鏈烴、多環(huán)芳烴和羧酸/醇/酯類有機(jī)物的有機(jī)物都有較好的去除

5、能力，而PFSiC主要對(duì)含-COOH、-COO-、-CO-等官能團(tuán)的羧酸/醇/酯類有機(jī)物去除效果明顯;PAFSiC結(jié)合了兩者的優(yōu)勢(shì)具有更寬范圍的有機(jī)物去除能力，其絮凝性能最高，色度、UV254、溶解性有機(jī)碳(DOC)的去除率分別達(dá)到83.8％、59.9％和54.9％。此外，通過對(duì)三者絮體特性的研究可知:PFSiC絮體粒徑大且結(jié)構(gòu)緊密，具有良好的沉降性能;PASiC絮體粒徑最小且松散;PAFSiC的絮體粒徑及強(qiáng)度略小于PFSiC，但其具有

6、良好的網(wǎng)鏈結(jié)構(gòu)，而這一結(jié)構(gòu)有利于對(duì)焦化廢水生化出水中難降解有機(jī)物污染的捕集、吸附和卷掃。
　　(2)以煤矸石為原料合成了PAFSiC，其最佳配比為Al/Fe摩爾比3∶1，(Al+Fe)/Si摩爾比13∶1;煤矸石基PAFSiC對(duì)pH為6-9之間的水質(zhì)都具有良好的絮凝性能;在不改變廢水pH值，投加量為125mg/L的條件下，PAFSiC對(duì)焦化廢水色度、濁度、UV254、COD、DOC的去除率分別為78％、88.2％、50.1％、54

7、.3％、34.5％。絮凝后出水COD為66.8mg/L，達(dá)到了《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB16171-2012)。而Zeta電位和絮體顯微圖像分析顯示:煤矸石基PAFSiC的絮體體積較大，網(wǎng)鏈結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，其絮凝過程是吸附電性中和、吸附架橋和網(wǎng)捕卷掃等共同作用的結(jié)果。
　　(3)通過研究不同硅含量下煤矸石基PAFSiC的性能發(fā)現(xiàn):硅含量不僅對(duì)Si-O-Al和Si-O-Fe等官能團(tuán)的形成具有作用，還影響著PAFSiC形貌結(jié)構(gòu)。在

8、較高的硅含量下，PAFSiC主要呈現(xiàn)出片層結(jié)構(gòu)且有大量不規(guī)則顆粒分布，而隨著硅含量的降低，顆粒逐漸溶解并有融合形成網(wǎng)鏈結(jié)構(gòu)的趨勢(shì)，在(Al+Fe)/Si摩爾比為10∶1和13∶1時(shí)PAFSiC出現(xiàn)了良好的網(wǎng)鏈形態(tài)。而絮凝實(shí)驗(yàn)顯示:過高或過低的硅含量都不利于PAFSiC絮凝性能的提升，PAFSiC對(duì)色度、UV254的最佳去除效果是在(Al+Fe)/Si摩爾比為13∶1時(shí)，而對(duì)DOC的最佳去除在10∶1和13∶1間。硅含量對(duì)絮體結(jié)構(gòu)也有顯著