复合絮凝剂(PAC+PAM+磁粉)处理热轧废水的试验研究

刘 红，查方来

(武汉科技大学资源与环境工程学院，湖北 武汉，430081)

复合絮凝剂(PAC+PAM+磁粉)处理热轧废水的试验研究

刘 红，查方来

(武汉科技大学资源与环境工程学院，湖北 武汉，430081)

将磁粉与聚合氯化铝(PAC)、聚丙烯酰胺(PAM)联用组成复合絮凝剂来处理热轧废水。在改变絮凝剂各组分投加量的条件下进行絮凝试验，分析热轧废水的浊度和含油量变化，研究复合絮凝剂的最优投加方案。试验结果表明，当磁粉、PAC和PAM的投加量分别为5 mg/L、15 mg/L和1.5 mg/L时，热轧废水的净化效果最佳，其浊度由82.6 NTU降为10.5 NTU，含油量由15.62 mg/L降为7.44 mg/L。

热轧废水；磁粉；复合絮凝剂；废水处理

热轧废水是在热轧钢过程中以水为冷却剂直接冷却轧辊、轴承等设备以及高压水除鳞时产生的，其主要污染物有两种[1-2]：一种是钢板在加工过程中产生的氧化铁皮，它们随冷却水进入地沟，排入浊环水处理单元；另一种是油类，主要来源于热轧过程中作为润滑剂和冷却剂使用的乳化液或棕榈油，这些油类在失去作用后排入浊环水处理单元，形成含油乳化液废水。由于氧化铁皮和油类物质常常黏附在一起形成油泥，极易导致冷却水喷嘴堵塞，影响设备安全，或是附着在产品上，造成轧件表面的泥斑和微坑，影响产品质量，因此它们是热轧浊环水处理中需要解决的主要问题[3-4]。

目前，热轧浊环水处理主流工艺由旋流沉淀(一级)、平流沉淀(二级)和除油过滤三步骤组成[5]。旋流沉淀池用于分离去除大的氧化铁皮类颗粒；平流沉淀池用于处理较小的颗粒物及部分油类物质，通常需投加一定的絮凝剂以强化去除效果；除油过滤器主要用于拦截前面步骤中仍未处理干净的污染物以保障水质达标。在平流沉淀池中，通常投加聚合氯化铝(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)复合絮凝剂[6]， 但其絮凝效果还有待于进一步改善。

磁粉具有稳定絮体并少量吸附油脂的作用[7-8]，可强化絮凝效果，因此本文拟研发一种磁粉强化复合絮凝剂来处理热轧废水。以铁磷为原料，采用粉磨加工及磁化处理工艺制备磁粉，将磁粉与PAC、PAM联用组成复合絮凝剂，通过试验来优化复合絮凝剂的配方，以期在保证热轧废水处理效果的同时降低处理成本。

1 试验

1.1 原料及试剂

试验用热轧废水取自某热轧厂，废水浊度为82.6±5.0 NTU、含油量为15.62 mg/L。铁磷粉取自某钢铁企业所属粉末冶金公司，为工业铁磷经过干燥和球磨得到。PAC和 PAM均为化学纯试剂。

1.2 试验器材

主要包括N35铷铁硼永磁铁、JJ-4型六联电动搅拌器、HAC2100P型浊度计以及OIL-6D型全自动红外测油仪。

1.3 试验方法

1.3.1 磁粉的制备

将铁磷粉置于玛瑙研钵中，手工研磨，过200目筛，取筛下份备用。将200目以下的铁磷粉按照约5 g/dm2的标准平铺在一张白纸上，用数个 N35铷铁硼永磁体拼在一起形成一定面积的方形，然后将平铺好的铁磷粉连同白纸置于其上，保持10 min，将铁磷粉制备成磁粉，收集待用。

1.3.2 絮凝试验

取热轧废水200 mL加入锥形瓶中, 按照一定用量首先加入PAC或磁粉，在300 r/min下搅拌1 min后，加入一定量PAM搅拌30 s，再以60 r/min搅拌10 min，静置30 min。吸取液面下方1 cm处清液，测定水样浊度及含油量。废水的浊度去除率和油类去除率分别按式(1)和式(2)计算。

(1)

(2)

式中：Turbm为处理后上清液的浊度;Turbo为热轧废水原液的浊度；Oilm为处理后上清液的含油量；Oilo为热轧废水原液的含油量。

2 结果与讨论

2.1 PAC投加量对热轧废水浊度和油类去除效果的影响

单独采用PAC为絮凝剂，在PAC投加量为 1～40 mg/L的条件下进行絮凝实验，检测处理后的热轧废水浊度和含油量，结果如图1和图2所示。

图1 不同PAC投加量下的热轧废水浊度去除率

Fig.1 Turbidity removal rate of hot rolling wastewater at different PAC dosages

图2 不同PAC投加量下的热轧废水油类去除率

Fig.2 Oil removal rate of hot rolling wastewater at different PAC dosages

由图1和图2可见，PAC投加量越大，热轧废水的浊度及油类去除效果越好，但投加量达到一定数值后，浊度及油类去除率的提高速率变缓。对于浊度而言，当PAC投加量大于20 mg/L时，其絮凝效果接近饱和，进一步加大PAC用量不具有经济性，而当PAC投加量大于30 mg/L时，油类去除率的提高程度也不大。综合考虑，合理的PAC投加量为20～30 mg/L。

对比图1和图2还可以看出，在PAC投加量从1 mg/L增加到40 mg/L的过程中，浊度去除率迅速提高并趋于稳定，而油类去除率的变化则相对较缓。热轧废水中含油量与浊度的变化规律不完全一致的主要原因可能在于，PAC对浊度的去除主要靠絮凝作用，当废水中悬浮物减少到一定量时絮凝剂的使用效率就会迅速降低，而PAC对油类的去除主要靠吸附作用，因此油类去除率变化曲线相对呈准线性关系[9]。

2.2 PAM投加量对热轧废水浊度和油类去除效果的影响

采用PAC+PAM为絮凝剂，固定PAC投加量为20 mg/L，考察PAM用量为0.25～4 mg/L条件下热轧废水的浊度和油类去除率，结果如图3和图4所示。

图3 不同PAM投加量下的热轧废水浊度去除率

Fig.3 Turbidity removal rate of hot rolling wastewater at different PAM dosages

Fig.4 Oil removal rate of hot rolling wastewater at different PAM dosages

由图3可看出，0.25～4 mg/L 用量的PAM与20 mg/L用量 的PAC配合使用，可将热轧废水的浊度由20 NTU有效降至10 NTU左右；当PAM投加量大于1.5 mg/L时，其辅助絮凝效果已不明显。这是因为，PAC在絮凝过程中主要起中和电荷的作用，而PAM是一种长链状高分子，它在絮凝过程中主要起架桥的作用，废水中的小颗粒物首先被PAC中和、脱稳并形成初步的小聚集体，PAM进一步通过架桥作用将小聚集体连接成较大的聚集体，强化了絮凝效果[10]。少量PAM即可实现较完全的架桥功能，投入超过一定量时其对絮凝效果的强化不再明显。由图4可看出， PAM对于去除油类物质的辅助作用不显著。这主要是因为油类物质属于中性或近似中性，对于电荷的反应不敏感，油类本身不会絮凝沉降，但在絮凝沉降过程中其可以被颗粒物通过黏附卷扫等作用而附带去除一部分，因此少量的PAM对油类物质的去除效果影响有限。

2.3 PAC +PAM+磁粉对热轧废水浊度和油类的去除效果

以PAC+PAM+磁粉为复合絮凝剂进行絮凝试验，固定PAM用量为1.5 mg/L，磁粉与PAC的总投加量为20 mg/L，逐步增加磁粉的投加量而减少PAC的投加量，得到不同磁粉投加量下的热轧废水浊度和油类去除率，如图5和图6所示。

由图5可以看出，在磁粉投加量由0提高至5 mg/L(同时PAC投加量由20 mg/L降至15 mg/L)的过程中，处理后的废水浊度基本稳定在10 NTU左右，与直接采用PAC(用量20 mg/L)+PAM(用量1.5 mg/L)的絮凝效果基本相同。这是因为热轧废水中的颗粒物(主要为氧化铁皮类物质)通常具有顺磁性，能够被磁性物质所吸引，在絮凝过程中，磁粉可在水中起到聚集核及稳定絮体的作用，从而提高PAC的使用效率，强化絮凝效果。当磁粉投加量大于5 mg/L、PAC投加量小于15 mg/L时，随着磁粉加入量的提高废水浊度反而增加。这主要是由于PAC用量减少，其对废水中颗粒物的电荷中和效应降低，而磁粉本身为中性，不具备中和电荷的能力，因此絮凝效果随着PAC用量的减少而逐步变差。

Fig.5 Turbidity removal rate of hot rolling wastewater at different magnetic powder dosages

Fig.6 Oil removal rate of hot rolling wastewater at different magnetic powder dosages

由图6可以看出，在磁粉投加量由0增至3 mg/L(同时PAC投加量由20 mg/L降至17 mg/L)的过程中，热轧废水的含油量小幅降低；在磁粉投加量继续增加至5 mg/L(同时PAC投加量减少至15 mg/L)的过程中，热轧废水的含油量略微减少。这主要是因为磁粉本身对油类物质具有吸附作用，在絮体数量没有明显减少的条件下可少许提高絮凝过程中油类物质的去除率。当磁粉投加量大于5 mg/L时，热轧废水的油类去除率明显降低，这主要是由于PAC用量的减少导致絮体产生数量不足，从而造成对油类物质的去除效果不佳。

综上所述，比较适宜的磁粉投加量为5 mg/L，可用于替代PAC+PAM絮凝剂中约25%的PAC。对初始浊度为82.6 NTU、含油量为15.62 mg/L的热轧废水，使用PAC(用量20 mg/L)+PAM(用量1.5 mg/L)进行处理后，其浊度可降至10.3 NTU、含油量降至9.81 mg/L，而使用PAC(用量15 mg/L)+PAM(用量1.5 mg/L)+磁粉(用量5 mg/L)进行处理后，其浊度可降至10.5 NTU、含油量降至7.44 mg/L。因此，与PAC+PAM絮凝剂相比，磁粉强化复合絮凝剂在基本保持对热轧废水浊度处理效果的同时，其对废水中油类物质的去除率有所提高，在技术指标上具有一定的先进性。

3 结论

(1)本研究开发了一种用于处理热轧废水的磁粉强化复合絮凝剂(PAC+PAM+磁粉)。对于试验所用热轧废水，在PAC投加量为15 mg/L、PAM投加量为1.5 mg/L、磁粉投加量为5 mg/L的条件下，其使用效果最佳。废水浊度可由82.6 NTU降至10.5 NTU，含油量可由15.62 mg/L降至7.44 mg/L。

(2)磁粉在水中起到聚集核及稳定絮体的作用，提高了PAC的使用效率，从而强化了絮凝效果。在保证废水净化效果的前提下，磁粉强化复合絮凝剂中的磁粉可替代PAC+PAM絮凝剂中约25%的PAC，降低了热轧废水处理成本。

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[责任编辑 尚 晶]

Experimental study on treatment of hot rolling wastewater byusing composite flocculant (PAC+PAM+magnetic powder)

LiuHong,ZhaFanglai

(College of Resources and Environmental Engineering, Wuhan University of Science and Technology，Wuhan 430081，China)

A composite flocculant made up of magnetic powder, polyaluminium chloride (PAC) and polyacrylamide (PAM) was used in the hot rolling wastewater treatment. Flocculation tests were conducted with different added quantities of each flocculant component. The variations in turbidity and oil content of the wastewater were analyzed, and the optimum dosage of the composite flocculant was studied. Experimental results show that the best purifying effect for the hot rolling wastewater is obtained when the dosages of magnetic powder, PAC and PAM are 5 mg/L, 15 mg/L and 1.5 mg/L, respectively. Under that condition,turbidity of the wastewater decreases from 82.6 NTU to 10.5 NTU and oil content drops from 15.62 mg/L to 7.44 mg/L.

hot rolling wastewater; magnetic powder; composite flocculant; wastewaer treatment

2015-05-08

湖北省自然科学基金面上项目(2014CFB821).

刘 红(1964-)，女，武汉科技大学教授.E-mail：504227090@qq.com

X703.1

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1674-3644(2015)05-0361-04