有机高分子絮凝剂在高级氧化技术处理电泳废水中的应用

张磊　彭少贤

摘  要：聚丙烯酰胺（PAM）是一种常用于污水处理的有机高分子絮凝剂。在使用高级氧化技术处理电泳废水的过程中，在预处理阶段投加适量PAM可以使物化过程整体COD去除率达到87.35%，使其达到进一步生化处理的条件。

关键词：有机高分子絮凝剂;高级氧化技术;电泳废水

工业废水的有机物浓度（以COD计）较高，一般均在2000mg/L以上，降解难度大。这类废水的可生化性较低（BOD/COD值一般均在0.3以下甚至更低），而且有一定的毒性，结构比较复杂，化学耗氧量较高，不能达到自然生物降解。特别是部分电泳废水，其中所残留的表面活性剂和重金属加重了其对环境的危害，提高了此类废水的处理难度。

为了从根本上解决这类废水排放与净化的问题，目前常用于处理电泳废水的方法包含有：厌氧-活性污泥法（ABR-SBR）、铁碳微电极法、高级氧化法（Fenton）、膜处理法及生化絮凝法，不同处理工艺适应于不同的应用场景。

本文在高级氧化技术处理电泳废水过程中添加有机高分子絮凝剂，探究有机高分子絮凝剂对高级氧化技术降解CODcr的促进作用。

1  高级氧化技术与絮凝剂的应用

1.1高级氧化技术

在高温高压、电、声、光辐照、催化剂等反应条件下，具有强氧化能力的羟基自由基可使大分子难降解有机物氧化成低毒或无毒的小分子物质，此类方法被称为高级氧化技术。由于此类技术能大幅提升废水处理效率，降低废水的危害，是目前国内外工业水处理领域重要的发展方向。

1.2高分子絮凝剂

1.2.1无机高分子絮凝剂

无机高分子絮凝剂（IPF），根据传统絮凝剂的特点，并在原有的特性基础上加以优化升级，主要以工业上的废料为原料，如：废铝灰、铝矾土等制备聚合铝或聚合铁，由于絮凝效果特别好，陈本比较低，所以在废水处理中使用率非常高。其中以聚合铝絮凝剂、聚合铁絮凝剂、聚合硅酸絮凝剂为代表。

王伟等[1]在同等的条件下使用不同种无机高分子絮凝剂处理制革废水， 其中加入的聚铁硅、聚铝硅絮凝剂分别是聚铁和聚铝絮凝剂的 15.6%和 29.7%，通过用量的对比可以发现聚铁硅和聚铝硅絮凝效果更好。

1.2.2有机高分子絮凝剂

和无机絮凝剂相比较，有机高分子絮凝剂可以在很少的用量下得到很好的效果，酸碱适宜、絮凝的效率高，同样也得到了广泛的应用。在无机高分子絮凝剂中，聚丙烯酰胺（PAM）及其衍生物的最为常见。

尹华等[2]通过淀粉-丙烯酞胺接枝共聚物合成阳离子改性高分子絮凝剂 FN-QE，用以处理城市污水，当加入到6～10mg/L 的情况下，浊度、色度去除率均在 90%以上，去除率达 75%～80%。

1.2.3复合高分子絮凝劑

随着高浓度难降解工业废水不断对絮凝剂的性能提出更高要求，复合高分子絮凝剂逐步成为今年研究的热点。国内外对其研究也取得了一定成果。

吴幼权[3]等将壳聚糖与有机单体丙烯酰胺接枝共聚得到壳聚糖衍生物（CAM），并将其与阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）复合，制备了复合絮凝剂CAM-CPAM。结果表明：CAM-CPAM具有良好的污泥脱水性能，投入质量浓度为30mg/L时，污 泥 脱 水 率 可 达 90% 以 上，沉 降 速 率 可 达0.55cm/s，滤液浊度低于8NTU，透光率高于85%。

2  实验部分

2.1实验试剂和仪器

主要监测仪器：

检测方法及依据：

pH值监测方法：采用国家标准GB6920-86方法

COD监测方法：采用国家标准GB11914-89方法

电导率监测方法：采用国家标准GB11007-89方法

主要试剂：NaOH、CaCl、HCL、硫酸亚铁、双氧水、硫酸、氧化钙、重铬酸钾等均为分析纯。

将双氧水配置成30%浓度的试剂备用;硫酸亚铁配置为1mol/L的试剂备用

使用的有机高分子絮凝剂为分子量1200万的阴离子聚丙烯酰胺产自河南世源净水材料有限公司。

实验前，将PAM调配为浓度为1‰的试剂备用。

本实验中使用的电泳废水来源于武汉某企业电泳车间废液，其原液呈鲜红色乳化液，其各项指标如下表

2.2实验方式

常规的芬顿试剂的实验流程为：

预处理---Fenton反应---pH调节---沉淀过滤---深度处理

其最主要的Fenton反应原理是：

Fe2++ H2O2→Fe3++（OH）-+OH·①

H2O2+ Fe3+→ Fe2++ O2+ 2H+ ②

O2+ Fe2+→ Fe3++ O2-③

实验中取电泳乳化废液200毫升，在预处理阶段投放1克CaCl，搅拌30分钟，滴定盐酸2毫升，将pH调整至4左右。

在Fenton反应阶段，依次投入16mL硫酸亚铁溶液与60毫升双氧水试剂，使其充分反应2.5小时。

在pH调节阶段，出水依次加入氧化钙3克，调整pH至9左右，充分搅拌后，静置沉淀。

以上为实验PAM-0实施步骤，实验中又分别在预处理阶段、Fenton反应阶段及pH调节阶段分别投加PAM试剂，并从1mL逐步提高至3mL，将其分别命名为PAM-1、PAM-2、PAM-3。在沉淀过滤阶段后，分别取上层清液用重铬酸钾滴定检测各组出水COD值。

3   结果与分析

实验后，用重铬酸钾滴定检测各组分COD值，取得如下图1结果。

3.1有机高分子絮凝剂投加量的影响

如图1所示，从残留COD上来讲，各组分之间的差异较为明显。其中，由PAM-1到PAM-2，提高PAM投放量显著提高了高级氧化反应对COD的去除效果。而PAM-3组中的残留COD数据却有所上升。可能的原因是，当PAM投加量<2mL时，絮凝不充分;而当PAM投加量大于3mL时，PAM投入过量破坏了胶体中的电荷平衡，使其无法形成稳定的絮体，导致了徐凝效果下降。而PAM投入量为2mL时，徐凝效果达到最好。说明过量投放高分子有机絮凝剂并不有利于在高级氧化技术对电泳废水的处理，反而会提高处理成本。

3.2有机高分子絮凝剂投加时间的影响

在不同反应阶段投加等量的有机高分子絮凝剂，也会对高级氧化技术处理电泳废液的效果产生影响。以PAM-2组为例，在不同阶段投加PAM，反应最终的COD去除率如图2所示。

如图所示，在预处理阶段投加有机高分子絮凝剂，可以在最终的COD去除率上取得较好效果，取得较好的效果。而在反应阶段投加有机高分子絮凝剂，会对高级氧化技术处理电泳废水的效果产生影响。原因可能是：在预处理阶段，投入的氯化钙与盐酸很好的起到了破乳效果，此时投加有机高分子絮凝剂，有利于絮体的形成;而在pH调节阶段，氧化钙溶于水生成的氢氧根与Fenton试剂中的亚铁离子结合形成的沉淀物，其有利于有机高分子絮凝剂的絮凝沉淀速度;在Fenton反应阶段，由于Fenton试剂反应现象较为剧烈，且会放热，这些因素影响了有机高分子絮凝剂的徐凝效果。一方面，温度升高使絮凝剂徐凝效果下降;同时剧烈反应搅动试剂，使反应中液体表面形成大量泡沫堆积，不利于实际应用中的现场管理。

3.3最终出水情况

预处理阶段投放药剂的PAM-2组，在COD去除率上取得了最好的效果。其上层清液检测的各项指标如下表所示。

由表4可知，电泳废液经物化处理后，出水COD达到3494mg/L，COD去除率达到87.35%，具备了进一步进行生化处理的条件。

4   结语

（1）在高级氧化技术中应用有机高分子絮凝剂，可以显著提高系统对COD的去除能力。在本实验中，投入2mL浓度为1‰的阴离子聚丙烯酰胺，可显著提高高级氧化法体系对电泳废水的处理效果;同时，投入过量阴离子聚丙烯酰胺可能会对系统整体处理效果造成影响，同时在实际应用中，不利于成本管理。

（2）在预处理阶段投放有机高分子絮凝剂，可以使絮凝沉淀效果最佳，提升了高级氧化技术整体的COD去除能力;在pH调整阶段，投加有机高分子絮凝剂，也有助于沉淀出泥速度;而在Fenton反应阶段投放有机高分子絮凝剂，由于反应放热会影响絮凝效果，同时激烈的反应现象不利于实际应用中的现场管理。

（3）有机高分子絮凝剂结合高级氧化技术，在对电泳废液的处理中可以起到较好的效果。本实验中，在高级氧化技术的预处理阶段投加2mL浓度为1‰的阴离子聚丙烯酰胺，最终出水COD由27620mg/L降至3494mg/L，COD去除率可达87.35%，满足了该电泳废液进一步生化处理的条件。

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