［摘要］以包頭鋼鐵（集團(tuán)）有限責(zé)任公司高爐煤氣冷凝水為處理對象,，采用強化混凝法進(jìn)行靜態(tài)混凝沉淀對比實驗,。實驗結(jié)果表明，當(dāng)聚合氯化鋁加入量為20 mg/L,、高分子納米除氯劑加入量為2.0 mL/L時,，處理后出水SS小于10 mg/L，濁度小于10 NTU,，氯離子去除率在80%以上,，而且對廢水中的其他離子也有一定的去除效果，出水水質(zhì)基本接近工業(yè)冷卻循環(huán)水回用指標(biāo),。

［關(guān)鍵詞］煤氣冷凝水,；混凝；懸浮物,；濁度,；氯離子；廢水處理

［中圖分類號］X703［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A［文章編號］1006-1878（2013）03-0239-05

Treatment of Gas Condensate Water by Enhanced Coagulation Process

Gao Ying1,，Xiao Zuoyi1,，Gao Feng2，Du Xuesong1,，Wan Shufang1

Abstract: Taking the gas condensate water from blast furnace in Baotou Iron and Steel (Group) Co. Ltd. as treatment object,，the static coagulation comparative experiments were carried out. The experimental results show that when the dosage of PAC and nano chlorine-removing agent are 20 mg/L and 2.0 mL/ L respectively，the effluent SS is less than 10 mg/L,，the turbidity is less than 10 NTU,，the removal rate of chloride ion is more than 80%，and other ions in the wastewater are partly removed. The quality of the effluent is closed to the recycle index for industrial cooling water.

Key words: gas condensate water,；coagulation,；suspended solid；turbidity,；chloride ion,；wastewater treatment

高爐煤氣冷凝水是鋼鐵廠采用全干法除塵時，為了控制進(jìn)布袋前煤氣溫度,，通過高爐爐頂噴淋塔噴水來降低溫度時所產(chǎn)生的廢水［1］,。其特點是水量大、懸浮物含量高,、濁度較大,、呈偏酸性，而且含有大量的氯離子［2-4］,。常規(guī)的混凝沉淀法能有效降低水中的濁度和懸浮物濃度,，但對氯離子的去除能力有限。氯離子含量過高時,，會造成設(shè)備嚴(yán)重腐蝕,，大幅縮短設(shè)備的運行壽命，同時對工廠的穩(wěn)定生產(chǎn)造成較大的影響［5］,，因此需要進(jìn)行綜合考慮,。

一直以來，去除氯離子最有效的方法是陰離子交換法或反滲透法,，但二者都需要增加大量設(shè)備,，并且需要配置相應(yīng)操作人員，初期投入大,、運行成本高,、操作靈活度小,；而高分子納米除氯劑是以松木木質(zhì)素為基本結(jié)構(gòu),、在特殊條件下由生物工程方法合成的高分子聚合物，其基本成分淀粉與木質(zhì)素發(fā)生交聯(lián)反應(yīng),，形成具有季胺結(jié)構(gòu),、表面帶較強正電荷的核殼型淀粉納米顆粒，由于其分子鏈上的官能團(tuán)帶有較強的正電荷,，可以吸附水中氯離子,，并具有一定的絮凝效果，使用特別靈活,、處理成本低,、可操作性強,。

本實驗選取無機(jī)高分子混凝劑聚合氯化鋁、有機(jī)高分子混凝劑聚丙烯酰胺和高分子納米除氯劑,，對高爐煤氣冷凝水進(jìn)行強化混凝處理,，討論幾種藥劑聯(lián)用對混凝效果的影響。

1 實驗方法

1.1 材料,、試劑和儀器

廢水取自包頭鋼鐵（集團(tuán)）有限責(zé)任公司高爐煤氣冷凝池出水,，水質(zhì)見表1。

聚合氯化鋁,、聚丙烯酰胺,、高分子納米除氯劑：工業(yè)級。

無極調(diào)速六聯(lián)攪拌機(jī)：武漢市梅宇儀器有限公司,；GDS-3型光電式渾濁度儀：上海海恒機(jī)電儀表有限公司,；PHS-2型酸度計：上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；HY-B2型回旋振蕩器：金壇市醫(yī)療儀器廠,。

表1 廢水水質(zhì)

1.2 實驗方法

取廢水800 mL,，加入藥劑后以160 r/min的攪拌速率快速攪拌2 min，再以80 r/min的攪拌速率慢速攪拌10 min,。靜置沉淀15 min后,，取上清液測SS、濁度,、氯離子質(zhì)量濃度,，并計算去除率。

1.3 分析方法

采用重量法對103~105℃烘干的不可濾殘渣進(jìn)行稱重,，測定SS［6］107-109,；采用分光光度法測定濁度［6］96-98；采用硝酸銀滴定法測定氯離子濃度［6］180-183,。

2 結(jié)果與討論

2.1 單獨投加聚合氯化鋁

保持廢水的pH不變,，向廢水中投加聚合氯化鋁藥劑，單獨投加聚合氯化鋁對廢水處理效果的影響見圖1,。由圖1可知,，隨著聚合氯化鋁加入量的增加，SS和濁度去除率增大,；當(dāng)聚合氯化鋁加入量為25 mg/L時,，SS和濁度去除率分別為78.0%和85.0%左右；聚合氯化鋁加入量在25 mg/L到30 mg/L時,，SS和濁度去除率基本不變,，聚合氯化鋁加入量大于30 mg/L時，SS和濁度去除率呈下降趨勢。單獨使用聚合氯化鋁雖然能夠達(dá)到一定的混凝效果,，但是效果并不理想,，并且對廢水中氯離子的去除幾乎沒有效果。

2.2 聚合氯化鋁與聚丙烯酰胺聯(lián)合使用

保持廢水的pH不變,，先投加聚合氯化鋁,，再以3 mL/L的加入量向廢水中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.02%的聚丙烯酰胺，聚合氯化鋁與聚丙烯酰胺聯(lián)合使用對廢水處理效果的影響見圖2,。

由圖2可知，隨聚合氯化鋁加入量的增加,，SS和濁度去除率增大,；當(dāng)聚合氯化鋁加入量為25 mg/L時，SS和濁度去除率最大,；聚合氯化鋁加入量在25mg/L到30 mg/L時,，SS和濁度去除率基本不變,，大于30 mg/L時，SS和濁度去除率明顯下降,，出現(xiàn)該現(xiàn)象可能是由于在混凝沉淀過程中，隨投藥量增加,，經(jīng)混凝劑水解產(chǎn)生的氫氧化物增多,，使正電荷密度得到加強［7］,，水中膠體顆粒與混凝劑之間的相互作用得以加強。但混凝劑的加入量并非越多越好,，當(dāng)混凝劑加入量達(dá)到一定值時,，濁度和SS隨投藥量增加而減小,，此時混凝劑的有效利用率降低。兩種混凝劑混合作用最佳條件下,，剩余濁度為13.52 NTU,，SS為68.08 mg/L,，雖然對濁度和SS有一定的去除效果，但是與工業(yè)冷卻循環(huán)水回用指標(biāo)［8］相差很大，而且對氯離子沒有明顯去除效果,。

2.3 聚合氯化鋁與高分子納米除氯劑聯(lián)合使用

保持廢水的pH不變，先投加聚合氯化鋁,，再以3.0 mL/L的加入量向廢水中投加高分子納米除氯劑,，聚合氯化鋁與高分子納米除氯劑聯(lián)合使用對廢水處理效果的影響見圖3,。

由圖3可知，隨著聚合氯化鋁加入量的增加,，SS,、濁度,、氯離子去除率在開始階段增大；當(dāng)聚合氯化鋁加入量為20 mg/L時,，SS,、濁度,、氯離子去除率最大；聚合氯化鋁加入量大于20 mg/L時,，SS和濁度去除率有所下降,，氯離子去除率基本趨于平穩(wěn),。出現(xiàn)此現(xiàn)象的原因可能是聚合氯化鋁混凝體系Zeta電位隨著聚合氯化鋁加入量的增加而上升，當(dāng)混凝體系達(dá)到等電點,，聚合氯化鋁與水中帶負(fù)電荷的大分子有機(jī)物質(zhì)結(jié)合,，易于除去，隨著加入量的繼續(xù)增加,，可能水中膠體表面電荷出現(xiàn)反轉(zhuǎn),，增加了絮體之間的排斥力，從而引起濁度,、SS去除率下降,。而投加高分子納米除氯劑的去除效果明顯優(yōu)于聚丙烯酰胺。高分子納米除氯劑是采用生物納米技術(shù),，使用交聯(lián)淀粉顆粒［9］與木質(zhì)素季銨鹽［10］混合得到的高分子聚合物,，其成分季胺型陽離子淀粉本身具有優(yōu)異的絮凝效果［11］，而改性后的木質(zhì)素大分子表現(xiàn)出正電性的化合物特征,，對水溶液中顆粒起到靜電吸引與電性中和作用,，對SS和濁度的去除有明顯的輔助作用。而大分子木質(zhì)素結(jié)構(gòu)中包含有芳環(huán),、脂肪族側(cè)鏈和許多活性官能團(tuán),，從而表現(xiàn)出一系列的化學(xué)反應(yīng)活性，其中正碳離子可以吸附帶負(fù)電荷的氯離子基團(tuán),，達(dá)到去除氯離子的效果［12］。綜合考慮,，選擇加入量分別為20 mg/L和3.0 mL/L的聚合氯化鋁與高分子納米除氯劑混合處理煤氣冷凝水,，出水SS小于10 mg/L，濁度小于10 NTU，氯離子去除率達(dá)到80%左右,。

2.4 高分子納米除氯劑加入量對廢水處理效果的影響

保持廢水的pH不變,，聚合氯化鋁加入量為20mg/L時，高分子納米除氯劑加入量對廢水處理效果的影響見圖4,。

由圖4可知：隨著高分子納米除氯劑加入量的增加,，SS、濁度,、氯離子去除率增大,；當(dāng)高分子納米除氯劑加入量為2.0 mL/L時,，SS、濁度,、氯離子去除率最大,；高分子納米除氯劑加入量大于2.0mL/L時，SS和濁度去除率有所下降,，但氯離子去除率趨于平穩(wěn),。此現(xiàn)象說明高分子納米除氯劑在一定的投加范圍內(nèi)，對混凝去除SS和濁度具有輔助作用,，但當(dāng)加入量過大時，氯離子濃度沒有明顯變化,，而水體出現(xiàn)渾濁，剩余濁度增加，原因可能是高分子納米除氯劑中的木質(zhì)素基團(tuán)首先通過靜電吸引或氫鍵作用吸附氯離子和膠體顆粒,，再依靠片狀絮體自身的憎水、沉降性將膠體顆粒及懸浮物網(wǎng)捕,、卷掃下來,，由于高分子納米除氯劑分子屬網(wǎng)狀的高分子混凝劑,，沒有聚丙烯酰胺分子那樣明顯的條狀結(jié)構(gòu)，由架橋而引發(fā)的絮凝作用較?。?3］,。高分子納米除氯劑本身帶有正電荷的基團(tuán)，投加過量會使原來因電荷中和而失穩(wěn)的膠體顆粒帶上正電荷,，膠體顆粒間會因斥力而出現(xiàn)再穩(wěn)現(xiàn)象［14］。因此,，高分子納米除氯劑較佳的加入量為2.0 mL/L,，此時出水SS小于10 mg/L,，濁度小于10 NTU，氯離子去除率達(dá)到80%左右,，基本接近工業(yè)冷卻循環(huán)水回用指標(biāo),。

2.5 廢水pH對廢水處理效果的影響

當(dāng)高分子納米除氯劑加入量為2.0 mL/L、聚合氯化鋁加入量為20 mg/L時,，廢水pH對廢水處理效果的影響見圖5。由圖5可知：隨著廢水pH的增大,，SS,、濁度,、氯離子去除率增大,；當(dāng)廢水pH為6.5時,，SS和濁度去除率最大，分別為96.8%和98.62%,；當(dāng)廢水pH大于6.5時,，SS、濁度,、氯離子去除率有所下降，尤其SS和濁度去除率下降明顯,。原因可能是pH影響鋁鹽混凝劑的水解程度，從而影響混凝效果,。通常認(rèn)為適宜的廢水pH條件下，聚合氯化鋁中的鋁具有較高正電荷,，是發(fā)揮絮凝作用的主要存在形態(tài)［15］；高分子納米除氯劑中的木質(zhì)素季銨基團(tuán)帶正電荷,，在酸性條件下由于靜電排斥作用，伸展度大,，有效分子長度長，易于吸附架橋,，而堿性條件下分子上所帶電荷被中和,，分子內(nèi)的氫鍵作用力使分子成線團(tuán)狀，伸展度小,，分子的有效長度短，難于吸附架橋,。在廢水pH為6.5時,，高分子納米除氯劑表現(xiàn)出最強的靜電吸附作用,，對水中氯離子吸附效果最好。兩種藥劑結(jié)合作用的最佳pH為6.5,，與廢水自身pH基本相同，無需調(diào)節(jié),，此時出水SS小于10 mg/L,，濁度小于10NTU，氯離子去除率達(dá)到80%以上,，基本接近工業(yè)冷卻循環(huán)水回用指標(biāo)。

2.6 廢水中其他離子的混凝去除效果

當(dāng)聚合氯化鋁加入量為20 mg/L,、高分子納米除氯劑加入量為2.0 mL/L、不調(diào)節(jié)廢水pH時,，混凝處理后煤氣冷凝水出水水質(zhì)見表2。由表2可見,，使用聚合氯化鋁與高分子納米級除氯劑混凝時，不僅對濁度,、SS和氯離子有較好的去除效果，而且對廢水中的其他離子也有一定的去除效果,。

表2 混凝處理后煤氣冷凝水出水水質(zhì)

3 結(jié)論

a）采用不同混凝劑處理高爐煤氣冷凝水，當(dāng)聚合氯化鋁與聚丙烯酰胺混合使用時,，出水SS和濁度均有一定去除效果，且優(yōu)于單獨使用聚合氯化鋁時的混凝效果,，但是兩者對氯離子的去除都幾乎沒有作用，而且出水水質(zhì)與工業(yè)循環(huán)冷卻水回用標(biāo)準(zhǔn)有較大差距,。

b）當(dāng)聚合氯化鋁加入量為20 mg／L、高分子納米級除氯劑加入量為2.0 mL／L時,，對高爐煤氣冷凝水的處理效果優(yōu)于聚合氯化鋁與聚丙烯酰胺聯(lián)合使用,，出水SS小于10 mg/L,，濁度小于10 NTU，氯離子去除率達(dá)到80%左右,，基本接近工業(yè)冷卻循環(huán)水回用指標(biāo),。

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