酸化-混凝处理高浓度聚丙烯酰胺生产废水

许 妍

(凯米拉化学研究(上海)有限公司，上海 201112)

聚丙烯酰胺 (简称PAM)作为一类重要的絮凝剂广泛应用于水处理领域。PAM废水中含有大量的PAM、丙烯腈、丙烯酰胺(AM)、阻聚剂等，具有乳化程度高，黏度大，可生化性差，COD高的特点[1-3]。研究表明：PAM 生产废水中的聚丙烯酰胺会阻碍微生物对氧气的利用，而盐类物质会抑制微生物的有氧呼吸，由于这两方面的原因限制了PAM废水的生物降解效果[4]。

目前，处理低浓度PAM生产废水的研究较多，主要包括生物接触氧化法、高级氧化法、特种活性污泥法等[5]。但对于高浓度PAM生产废水的处理尚未开展深入研究[6]。本文采用酸化混凝沉淀法处理高浓度PAM生产废水，研究了废水COD的去除效果，为PAM废水处理工艺的选择提供理论依据。

1 实验材料

1.1 水样来源与性质

实验废水取自南京某精细化工公司生产高分子水处理剂-聚丙烯酰胺排放的废水；出水CODCr为10350 mg/L，TDS为1836 mg/L，pH为12.27。

1.2 试剂、仪器与分析方法

(1)试剂

聚合氯化铝PAC，聚合氯化铝铁PAFC,三氯化铁FeCl3和聚合硫酸铁PFS，硫酸(98%)和氢氧化钠。

(2)仪器

DRB 200 COD消解仪,HACH；DR 2800分光光度计,HACH；pH计,梅特勒-托利多仪器；MY3000-6C智能型混凝试验搅拌仪,武汉市梅宇仪器有限公司。

1.3 试验方法与装置

酸化-混凝试验方法采用烧杯试验法[7]。滴加H2SO4溶液调节PAM废水pH值，然后加入一定量混凝剂，采用六联搅拌桨50 r/min 快速搅拌15 min，最后加入1 mg/L聚丙烯酰胺(PAM)溶液，50 r/min慢速搅拌 5 min。反应结束后静置沉降1 h，取上清液测定COD。

2 结果与分析

2.1 混凝处理聚丙烯酰胺废水

分别选用PAC、PAFC、PFS和FeCl3四种混凝剂处理PAM生产废水。混凝剂的投加量为200 mg/L，考察不同混凝剂对COD去除效果的影响，结果如图1所示。该废水加入混凝剂后溶液仍然处于原来的乳化状态，没有任何沉淀或者分成出现，废水COD没有任何去除。单纯的混凝处理对于高浓度PAM废水没有任何去除作用。

图1 不同混凝剂对PAM废水的去除效果Fig.1 Effect of different coagulators on COD removalof PAM wastewater

2.2 酸化-混凝处理聚丙烯酰胺废水

使用H2SO4调节废水pH值，在不同初始pH条件下加入一定量的混凝剂，测定不同pH条件下，PAM废水混凝处理后的出水COD。

控制废水的pH分别为12，10，8，6.5和5，混凝剂的投加量为200 mg/L，对比PAC、PAFC、PFS和 FeCl3四种混凝剂对废水COD去除效果的影响，结果如图2所示。

图2 酸化-PAC混凝处理对COD去除效果的影响Fig.2 Effect of acidification and PAC coagulation treatment on COD removal

PAC对废水COD的去除效果如图2所示。废液pH调节至10，加入200 mg/L PAC后混凝效果不明显，溶液仍为乳白色；继续pH调节至8，混凝效果出现，有矾花形成，但矾花较细，沉降较慢，剩余COD为2610 mg/L，当pH调节至6.5，混凝效果显著，矾花较大，沉降速度快，上清液较清澈，剩余COD为2270 mg/L。当废水pH=5，COD去除效果变化不大。

图3 酸化-PAFC混凝处理对COD去除效果的影响Fig.3 Effect of acidification and PAFC coagulation treatment on COD removal

PAFC对废水COD的去除效果如图3所示。PAFC对PAM废水的混凝效果不佳，即使酸化预处理至废水pH 5，混凝效果也不明显。反应结束后，底部会出现部分白色细小矾花沉淀，但溶液仍为乳白色液体。剩余COD为6760 mg/L。

图4 酸化-PFS混凝处理对COD去除效果的影响Fig.4 Effect of acidification and PFS coagulation treatment on COD removal

PFS对废水COD的去除效果如图4所示。PFS对PAM废水的混凝效果与PAC相当，当pH调节至8，混凝效果开始出现，有矾花形成，但矾花较细，沉降较慢，上清液仍然浑浊，剩余COD为2610 mg/L，当pH调节至6.5，混凝效果显著，矾花较大，沉降速度快，上清液较清澈，剩余COD为2270 mg/L。继续调节溶液的pH至5，混凝效果反而下降。与PAC相比，PFS对pH更敏感，适用范围更窄，并且PFS处理后出水水质变黄，色度明显增加。

图5 酸化-FeCl3混凝处理对COD去除效果的影响Fig.5 Effect of acidification and FeCl3 coagulation treatment on COD removal

FeCl3对废水COD的去除效果如图5所示。FeCl3对PAM废水的混凝效果不佳，即使酸化预处理至废水pH 5，混凝效果也不明显。反应结束后，底部会出现部分黄色细小矾花沉淀，但溶液仍未澄清。剩余COD为6100 mg/L。

酸化-混凝处理的实验结果表明 当废水pH调节至6.5，混凝剂PAC对PAM废水COD的去除效果最好，出水COD为2270 mg/L，COD去除率高达78.1%。

2.3 PAC投加量对废水COD去除效果的影响

图5 PAC投加量对废水COD去除效果的影响Fig.5 Effect of PAC dosage on COD removal

调节废水pH为6.5，考察PAC投加量对废水COD去除效果的影响。由图5可见，PAC为200 mg/L时，废水COD去除率最高，达到78.1%。当PAC加入量过小时，不易使胶体颗粒脱稳，形成的絮状体小不易沉降；而PAC加入量过大时，溶液中带电粒子浓度增大，由于带有相同电性，使得粒子之间相互排斥，难以沉降，重新回到稳定状态[8]。

2.4 不同絮凝剂对废水COD去除效果的影响

废水pH为6.5，混凝剂PAC投加量为200 mg/L，絮凝剂投加量为1 mg/L。实验选取了5种不同类型的絮凝剂，考察不同类型的絮凝剂对废水COD去除效果的影响。

5种絮凝剂分别为Kemira系列产品A，B、C、D和E。A和B属于阳离子聚丙烯酰胺，C和D属于阴离子聚丙烯酰胺，E属于非离子聚丙烯酰胺。

表1 不同絮凝剂对废水COD去除效果的影响Table 1 Effect of different flocculants on COD removal of wastewater

由表1可见，Kemira阳离子聚丙烯酰胺 A和B的絮凝效果明显优于阴离子及非离子聚丙烯酰胺。因此，选择Kemira阳离子聚丙烯酰胺A或B与混凝剂PAC配合使用处理PAM生产废水，可以达到最佳的COD去除效果。此外，该工艺对TDS也有一定的去除效果， TDS去除率达到36.8%左右。

3 结 语

采用酸化-混凝法处理高浓度PAM生产废水，在废水pH 6.5的条件下，对比了PAC、PAFC、PFS和 FeCl34种混凝剂对废水COD的去除效果，这4种混凝剂的性能排序为：PAC>PFS>FeCl3>PAFC。

PAC混凝剂配合Kemira阳离子絮凝剂处理PAM废水，可以达到最佳的COD去除效果，COD去除率达到83.2%以上，TDS去除率达到36.8%左右。