《毕业设计（论文）混凝吸附方法深度处理焦化废水的研究.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计（论文）混凝吸附方法深度处理焦化废水的研究.doc（29页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、混凝吸附方法深度处理焦化废水的研究摘要本文以焦化废水二级生化出水为研究对象，采用膨润土、改性双氰胺PAC、PAM作为基本材料，对焦化废水进行深度处理。本课题探讨了膨润土的量、氢氧化钙的量、双氰胺改性絮凝剂的用量、PAC和PAM对焦化废水COD和色度的影响。试验结果显示：膨润土具有较高的吸附性能，当膨润土添加量为3.3g/L、PAC添加量为1.98g/L、PAM添加量为0.132g/L时，COD去除率达到59.2%，脱色率达到90.3%；改性双氰胺絮凝剂对焦化废水的色度有极高的去除作用，脱色率可达到91%以上，但对焦化废水的COD去除效果不明显。通过正交试验，确定焦化废水深度处理的最佳反应条件为
2、：膨润土3.96g/L，氢氧化钙0.297g/L，改性双氰胺3.96ml/L，PAC 1.98g/L，PAM 0.132g/L。经本方法处理后，焦化废水的COD从180mg/L降到63mg/L，色度从250降低至50以下，达到国家污水综合排放标准（GB8978-1996 一级标准）。关键词：膨润土；改性双氰胺；焦化废水；COD；脱色Study on Advanced Treatment of Coking Wastewater by Coagulation and AdsorptionAbstractIn this paper, montmorillonite, modified dicyan
3、diamide, polyaluminium chloride and Polyacrylamide were selected as experimental materials for the advanced treatment of coking wastewater，and the effect of addition quantity of montmorillonite, Ca(OH)2, modified dicyandiamide, polyaluminium chloride and Polyacrylamide on the removal of COD and colo
4、r were disscussed too. Results were as follows: montmorillonite exhibited high adsorption capacity. The removal rate of COD and color for coking wastewater were 59.2% and 90.3% respectively when the addition quantity of montmorillonite was 3.3g/L, polyaluminium chloride was 1.98g/L and Polyacrylamid
5、e was 0.132g/L. modified dicyandiamide showed high ability on color, but the removal of COD was not obvious. The optimal process conditions based on orthogonal experiment were: montmorillonite 3.96g/L, Ca(HO)2 0.198g/L, modified dicyandiamide 3.96ml/L, polyaluminium chloride 1.98g/L and Polyacrylami
6、de 0.132g/L. The COD value of treated coking wastewater decreased to 63mg/L and color below 50 under optimal conditions, which reached I-class criteria specified in “Integrated Wastewater Discharge Standard” (GB 8978-1996). Key word: montmorillonite; Modified dicyandiamide; Coking wastewater；COD; ch
7、romaticity 1 绪论11.1 引言11.2 焦化废水的来源及特点21.3 焦化废水的处理技术现状31.4 焦化废水的深度处理技术41.4.1 生物法41.4.2 化学处理法41.4.3 物理处理法61.5 本研究的的目的及意义72、实验材料及方法72.1 实验材料72.1.1焦化废水72.2 实验原料及仪器82.2.1 实验原料82.2.2 实验仪器102.3水质分析方法102.4 实验装置113.实验结果与分析133.1 PAC/ PAM对焦化废水色度及COD去除率的影响133.1.1实验过程133.1.2 结果与分析133.2 不同量的膨润土对焦化废水的色度及COD的影响143.
8、2.1 实验过程143.2.2 结果与分析143.3 氢氧化钙添加量对焦化废水的色度及COD的影响163.3.1 实验过程163.3.2结果与分析163.4 双氰胺改性絮凝剂对焦化废水的色度及COD的影响173.4.1 实验过程173.4.2 结果与分析183.5 最佳配比正交试验193.5.1 实验过程203.5.2结果与讨论213.5.3 成本分析22附图：试验结果对比244结论29致谢30参考文献：31 1 绪论1.1 引言水资源是指由当地降水产生的，可以用于人们生产与生活各类用途，存在于河流、湖泊、地下含水层中的逐年可更新的动态水资源，主要包括地表水和地下水。水资源具有循环性和有限性、
9、时空分布不均匀性、不可替代性、经济上的利害两重性等四种特性。 我国是一个水资源缺乏的国家，人均水资源只有世界平均水平的四分之一，被联合国列为13个贫水国之一。水资源紧缺的问题已经制约了国民经济和社会的发展，虽然这些年来我国一直强调节约用水，但各地的用水量和排水量不断增长，水污染也不断加剧。因此，开展污水回用工作，已经迫在眉睫。缺水和环保已经成为制约高耗水、多污染石化企业可持续发展的瓶颈。近些年来随着人类环保意识的不断提高，对于生存的环境，特别是对水、空气等加大了对其处理，高科技的投入。在人类造成的污水当中有的成分较简单、生物降解性较好、浓度较低的工业有机废水都可通过组合传统工艺而得以处理，但对
10、于高浓度高毒性废水，如焦化、染料、制药等废水则因技术和经济原因，治理难度较大。而我国又是焦化废水（焦炭）生产和应用大国，因此产生了大量的处理难度较大的焦化废水，焦化废水中有机成分复杂且含有一些有毒的物质1。1.2 焦化废水的来源及特点备煤煤焦炉焦炭加工焦炭煤气初冷焦油氨水分离焦油加工煤气脱氨煤气终冷煤气终冷煤气终冷煤气脱氨蒸苯粗苯加工古马隆生产冷煤气煤气管道水封水焦化生产过程中排放出大量含酚、氰、油、氨氮等有毒、有害物质的废水。焦化废水主要来自炼焦和煤气净化过程及化工产品的精制过程，其中以蒸氦过程中产生的剩余氨水为主要来源。蒸氨废水是混合剩余氨水蒸馏后所排出的废水。剩余氨水是焦化厂最重要的酚氰
11、废水源，是含氨的高浓度酚水，由冷凝鼓风工段循环氨水泵排出，送往剩余氨水贮槽。剩余氨水主要由三部分组成：装炉煤表面的湿存水、装炉煤干馏产生的化合水和添加入吸煤气管道和集气管循环氧水泵内的含油工艺废水。剩余氨水总量可按装炉煤14计。剩余氨水在贮槽中与其它生产装置送来的工艺废水混合后，称为混合剩余氨水。混合剩余氨水的去向，有的是直接蒸氨，有的是先脱酚后蒸氨，有的是与富氨水合在一起蒸氨，还有的是与脱硫富液一起脱酸菜氨，脱酸蒸氨前要进行过滤除油8。焦化废水所含污染物包括酚类、多环芳香族化合物及含氮、氧、硫的杂环化合物等，是一种典型的含有难降解的有机化合物的工业废水。焦化废水中的易降解有机物主要是酚类化合
12、物和苯类化合物，砒咯、萘、呋喃、眯唑类属于可降解类有机物。难降解的有机物主要有砒啶、咔唑、联苯、三联苯等9。焦化废水的水质因各厂工艺流程和生产操作方式差异很大而不同。一般焦化厂的蒸氨废水水质如下：CODcr30003800mgL、酚600900mgL、氰10mgL、油5070mg/L、氨氮300mg/L左右。如果CODcr按3500mgL计，氨氮按280mg/L计，则每吨焦炭最少可产生0.65kgCODcr和0.05kg氨氮，全国机焦产量为7000万吨，则每年可产生45500吨CODcr和3500吨氨氮，如果污水不处理，将对环境造成多么大的污染13。1.3 焦化废水的处理技术现状焦化废水的处理
13、，一直是国内外污水处理领域的一大难题，几十年来尚未出现突破性的研究成果。废水中污染物成份复杂，含有挥发酚、多环芳烃和氧、硫、氮等杂环化合物，属较难生化降解的高浓度有机工业废水。目前焦化废水一般按常规方法先进行预处理，然后进行生物脱酚二次处理。但是，焦化废水经上述处理后，外排废水中氰化物、COD及氨氮等指标仍然很难达标。其废水处理工艺如图1.1。生产排放废水蒸氨出油池调节池浮选池污泥沉淀池s生物曝气池s混凝沉淀池s出 水s污泥送煤池s回流污泥s空气图1.1焦化废水典型处理工艺流程 1.4 焦化废水的深度处理技术焦化废水一般要通过预处理(一级处理)、二级处理(一般采用生化处理)和深度处理才能排放。
14、但是，焦化废水在二级出水中COD和色度等指标往往是超标的，所以要进行三级深度处理。目前，焦化废水深度处理的方法主要有以下几种：1.4.1 生物法 【1】生物处理法是利用微生物氧化分解废水中有机物的方法，常作为焦化废水处理系统中的深度处理。目前，活性污泥法是一种应用最广泛的焦化废水好氧生物处理技术。这种方法是让生物絮凝体及活性污泥与废水中的有机物充分接触；溶解性的有机物被细胞所吸收和吸附，并最终氧化为最终产物（主要是CO2）。非溶解性有机物先被转化为溶解性有机物，然后被代谢和利用。近年来，人们从微生物、反应器及工艺流程几方面着手，研究开发了生物强化技术：生物流化床，固定化生物处理技术及生物脱氮技
15、术等。这些技术的发展使得大多数有机物质实现了生物降解处理，出水水质得到了很大改善，使得生物处理技术成为一项很有发展前景的废水处理技术。合肥钢铁集团公司焦化厂、安阳钢铁公司焦化厂、昆明焦化制气厂采用A/O（缺氧/好氧）法生物脱氮工艺，运行结果表明该工艺运行稳定可靠，废水处理效果良好，但是处理设施规模大，投资费用高。上海宝钢焦化厂将原有的A/O生物脱氮工艺改为A/OO工艺，污水处理效果优于A/O工艺，运行成本有所降低，效果明显。总的来看，生物法具有废水处理量大、处理范围广、运行费用相对较低等优点，改进后的新技术使焦化废水处理达到了工程应用要求，从而使得该技术在国内外广泛采用。但是生物降解法的稀释水
16、用量大，处理设施规模大，停留时间长，投资费用较高，对废水的水质条件要求严格，废水的pH值、温度、营养、有毒物质浓度、进水有机物浓度、溶解氧量等多种因素都会影响到细菌的生长和出水水质，这也就对操作管理提出了较高要求18。1.4.2 化学处理法【4】1.化湿式氧化技术催化湿式氧化技术是在高温、高压条件下，在催化剂作用下，用空气中的氧将溶于水或在水中悬浮的有机物氧化，最终转化为无害物质N和CO排放。该技术的研究始于20世纪70年代，是在Zimmerman的湿式氧化技术的基础上发展起来的。在我国，鞍山焦耐院与中科院大连物化所合作，曾经成功地研制出双组分的高活性催化剂，对高浓度的含氨氮和有机物的焦化废水
17、具有极佳的处理效果。湿式催化氧化法具有适用范围广、氧化速度快、处理效率高、二次污染低、可回收能量和有用物料等优点。但是，由于其催化剂价格昂贵，处理成本高，且在高温高压条件下运行，对工艺设备要求严格，投资费用高，国内很少将该法用于废水处理。2.臭氧氧化法臭氧是一种强氧化剂，能与废水中大多数有机物，微生物迅速反应，可除去废水中的酚、氰等污染物，并降低其COD、BOD值，同时还可起到脱色、除臭、杀菌的作用。臭氧的强氧化性可将废水中的污染物快速、有效地除去，而且臭氧在水中很快分解为氧，不会造成二次污染，操作管理简单方便。但是，这种方法也存在投资高、电耗大、处理成本高的缺点。同时若操作不当，臭氧会对周围
18、生物造成危害。3.离子体处理技术等离子体技术是利用高压毫微秒脉冲放电所产生的高能电子（520 eV）、紫外线等多效应综合作用，降解废水中的有机物质。等离子体处理技术是一种高效、低能耗、使用范围广、处理量大的新型环保技术，目前还处于研究阶段。有研究表明，经等离子体处理的焦化废水，有机物大分子被破坏成小分子，可生物降解性大大提高，再经活性污泥法处理，出水的酚、氰、COD指标均有大幅下降，具有发展前景。但处理装置费用较高，有待于进一步研究开发廉价的处理装置。4.光催化氧化法光催化氧化法是由光能引起电子和空隙之间的反应，产生具有较强反应活性的电子（空穴对），这些电子（空穴对）迁移到颗粒表面,便可以参与
19、和加速氧化还原反应的进行。光催化氧化法对水中酚类物质及其他有机物都有较高的去除率。高华等在焦化废水中加入催化剂粉末，在紫外光照射下鼓入空气，能将焦化废水中的所有有机毒物和颜色有效去除。在最佳光催化条件下，控制废水流量为3600 mL/h，就可以使出水COD值由472 mg/L降至100 mg/L以下，且检测不出多环芳烃。目前，这种方法还仅停留在理论研究阶段。这种水处理方法能有效地去除废水中的污染物且能耗低，有着很大的发展潜力。但是有时也会产生一些有害的光化学产物，造成二次污染。由于光催化降解是基于体系对光能的吸收，因此，要求体系具有良好的透光性。5.化学氧化技术电化学水处理技术的基本原理是使污
20、染物在电极上发生直接电化学反应或利用电极表面产生的强氧化性活性物质使污染物发生氧化还原转变。目前的研究表明，电化学氧化法氧化能力强、工艺简单、不产生二次污染，是一种前景比较广阔的废水处理技术。6.化学混凝和絮凝化学混凝和絮凝是用来处理废水中自然沉淀法难以沉淀去除的细小悬浮物及胶体微粒，以降低废水的浊度和色度，混凝法的关键在于混凝剂。目前一般采用聚合硫酸铁作混凝剂,对CODcr的去除效果较好,但对色度、F-的去除效果较差。浙江大学环境研究所卢建航等针对上海宝钢集团的焦化废水，开发了一种专用混凝剂。实验结果发现：混凝剂最佳有效投加量为300 mg/L，最佳混凝pH范围为6.06.5；混凝剂对焦化废
21、水中的CODCr、F-、色度及总CN都有很高的去除率,去除效果受水质波动的影响较小，混凝pH对各指标的去除效果有较大的影响。絮凝剂在废水中与有机胶质微粒进行迅速的混凝、吸附与附聚，可以使焦化废水深度处理取得更好的效果。马应歌等在相同条件下用3种常用的聚硅酸盐类絮凝剂(PASS,PZSS,PFSC)和高铁酸钠(Na2FeO4)处理焦化废水,实验结果表明,高铁酸钠具有优异的脱色功能，优良的COD去除、浊度脱除性能，形成的絮凝体颗粒小、数量少、沉降速度快、且不形成二次污染。1.4.3 物理处理法【5】物理处理法中常用的为吸附法。作为一种废水处理技术，吸附法能有效去除废水中的污染物。吸附法是利用吸附剂
22、的强吸附能力和大比表面积，将水中的杂质吸附，从而达到使水净化的目的。目前常用的吸附剂有活性炭、粉煤灰、膨润土、沸石、树脂等。活性炭孔隙结构发达、化学性质稳定、耐强酸碱、耐高温、具有良好的吸附性能，是一种常用的吸附剂。活性炭具有良好的吸附性能和稳定的化学性质，是最常用的一种吸附剂。活性炭吸附法适用于废水的深度处理。但是，由于活性炭再生系统操作难度大，装置运行费用高，在焦化废水处理中未得到推广使用。1.5 本研究的的目的及意义 在焦化废水处理中，根据目前的焦化废水的处理现状，可以发现大多数企业二级生化出水中污染物指标仍然很高，尤其是COD和色度，远远超过污水综合处理标准（GB8978-1996）一
23、级要求。主要表现在焦化废水成分复杂且色度、COD很高，严重影响到焦化废水的回用，因此需要对二级生化出水进行深度处理。混凝沉淀是常用的一种处理方法，常用的混凝材料有无机混凝剂、有机混凝剂以及粘土矿物等。而在实际应用中，有机药剂对焦化废水的深度处理效果好，见效快，但成本高，制备繁琐，不稳定。而无机药剂成本低，制备简单，但对废水的处理效果一般，见效慢。因此本实验采取有机无机混合方法对焦化废水进行深度处理，使其达到见效快、处理好、成本低等等。近年来，有机无机混合絮凝剂在环境工程领域内的应用范围不断增加，并成为国内外众多学者的研究热点。 本文采用天然粘土类矿物（蒙脱石）和合成絮凝剂（双氰胺改性絮凝剂、聚
24、合氯化铝、聚丙烯酰胺），研究其对焦化废水生化出水脱色和去除COD的影响，主要内容包括：蒙脱石对焦化废水脱色和去除COD的影响；双氰胺改性絮凝剂对焦化废水脱色和去除COD的影响；蒙脱石、双氰胺改性絮凝剂、聚合氯化铝、聚丙烯酰胺复配最佳条件研究。通过本项研究提高焦化废水深度处理的途径与技术，为蒙脱石和有机混合絮凝剂在环境领域的开发应用提供基础数据。2、实验材料及方法2.1 实验材料2.1.1焦化废水本实验所处理的某焦化厂生化二级处理出水，颜色为橙色。具体理化指标见表2.1。 表2.1 焦化废水指标指标COD（mg/L）色度（倍）pHNH3-N焦化废水1802506-90注： pH值无量纲表2.2
25、污水综合排放标准-GB8978-1996标准COD（mg/L）色度（倍）一级标准 100 802.2 实验原料及仪器2.2.1 实验原料1膨润土：是以蒙脱石为主的含水粘土矿。其性质主要取决于蒙脱石的属性和相对含量，通常蒙脱石含量大于60 %。蒙脱石的化学式可表示为：Al2O34SiO2nH2O。蒙脱石矿物的晶体结构是由两层硅氧四面体中间夹一层铝氢氧八面体组成，四面体和八面体由共用的氧原子联结，如图2.1所示，蒙脱石为2：1型粘土矿物。由于蒙脱石晶胞间由氧层与氧层相对之间的作用力是很弱的分子力，这使得水分子容易进入晶胞间从而产生膨胀，同时晶胞间吸附有大量的不同种类与数量的阳离子，这些阳离子对膨润
26、土的性质有很大的影响，因此根据吸附阳离子的类型将膨润土分为钙基膨润土、钠基膨润土及有机膨润土等。由于膨润土的吸水、膨胀及吸附等性质，膨润土被广泛应用于工业中，如防渗材料、污水处理材料等。近几十年，膨润土也开始应用于污染土地的修复中，特别是含有有机污染物及重金属的场地修复。图2.2.1 蒙脱石矿物晶体结构示意图 2双氰胺：分子式为C2H4N4。分析纯，含量为98.0%，白色棱形结晶性粉末，不可燃。3氯化铵：分子式为NH4Cl。分析纯，含量全99.5%。氯化铵为无色结晶或白色结晶性粉末；无臭，味咸、凉；有引湿性。在水中易溶，在乙醇中微溶。4甲醛：分子式为HCHO。分析纯，含量二37.0%40.0%
27、。5聚合氯化铝(PAC)：是一种无机高分子混凝剂,多羟基，多核络合体的阳离子型无机高分子絮凝剂，固体产品外观为黄色或白色固体粉末，其化学分子式为Al2(OH)nCl6-nm.(式中，1n5,m10)，且易溶于水，有较强的架桥吸附性，在水解过程中伴随电化学，凝聚，吸附和沉淀等物理化变化，最终生成Al2(OH)3(OH)3,从而达到净化目的。6聚丙烯酰胺（Polyscrylamide）简称PAM：分阳离子、阴离子型、非离子型，分子量从400-2000万之间，产品外观为白色粉末，易溶于水，温度超过120时易分解。聚丙烯酰胺是一种合成高分子絮凝剂，俗称西伯朗。属于聚合电解质。它是目前铀水冶厂浸出矿浆的
28、固液分离过程(如逆流倾析-洗涤过程)中广泛使用的絮凝剂，目的在于改善矿浆的澄清、沉降和过滤性能，适应的源水PH5.0-9.0范围均可凝聚。本试验中采用的是阳离子型聚丙烯酰胺。7氢氧化钙：氢氧化钙是一种白色粉末状固体。又名消石灰。氢氧化钙具有碱的通性。2.2.2 实验仪器 表2.2 实验仪器仪器名称仪器规格生产厂家分光光度计7230G上海精科pH计pHS-25型上海雷磁仪器厂电子天平ES120-4沈阳龙腾电子称量仪器有限公司COD回流装置 实验室专用2.3水质分析方法：(1) pH值pH值：玻璃电极法(2) CODCr：重铬酸钾法计算公式：CODcr=(V0-V1)C81000/V2 (2-1)
29、C硫酸亚铁铵标准溶液的浓度（mg/l）V0空白消耗硫酸亚铁铵标准溶液的体积（ml）V1水样消耗硫酸亚铁铵标准溶液的体积（ml）V2水样体积（ml）(3) CODCr去除率： (2-2)其中：COD0为染料废水原液的化学需氧量； COD1为染料废水降解处理后的化学需氧量；(4) 色度的去除率在： 其中：C0为焦化废水未经处理时由分光光度仪测的得读数； C1为焦化废水经过处理后由分光光度仪测的得读数；3.实验结果与分析3.1 PAC/ PAM对焦化废水色度及COD去除率的影响3.1.1实验过程取 300ml的焦化废水水样分别加入5个烧杯中，加入不同浓度的PAC搅拌（转速为80rmin）1min，再
30、加入相同浓度的PAM搅拌1min，沉淀完全后测色度及COD，具体实验处理见表3.1。表3.1 试验处理序号12345PAM浓度11111用量（ml）44444PAC浓度45678用量（ml）10101010103.1.2 结果与分析图 3.1 PAC/ PAM对焦化废水色度及COD去除率的影响聚合氯化铝(PAC)是一种新型无机高分子水处理絮凝剂，在水解过程中伴随电化学发生，具有较强的架桥吸附性能和凝聚能力。聚丙烯酰胺（PAM）为水溶性高分子聚合物，不溶于大多数有机溶剂，具有良好的絮凝性，可以降低液体之间的磨擦阻力。在实际废水处理中，聚合氯化铝和聚丙烯酰胺常常配合使用，聚丙作为助凝剂，可以显著提
31、高絮凝效果。在对比试验中，单独使用膨润土处理焦化废水，体系中膨润土以悬液的形式存在，由于膨润土粒径很小（小于45m），导致沉淀时间过长，因而在实际工程中难以单独应用。因此，本实验中引入PAC与PAM与粘土矿物配合使用对焦化废水进行深度处理。本实验研究了PAC/ PAM的比例对焦化废水脱色及COD去除率的影响，以确定PAC/ PAM的最佳比例，具体试验结果见图3.1。可以发现，在PAM用量固定条件下，增加PAC的投加量，焦化废水中COD去除率明显提高，当PAC与PAM比例（质量比）增加到150/1时，此时焦化废水中COD和色度的去除率达到最大值为45.9%，对焦化废水色度的去除率变化不大，随着P
32、AC投加量增加，焦化废水的去除率缓慢提升，当PAC与PAM比例（质量比）增加到150/1时，此时焦化废水中色度的去除率达到最大值为83.8%。此后，继续增加PAC的投加量，焦化废水中COD和色度的去除率变化较小。由本试验确定，当PAC与PAM比例为150/1（质量比）时，焦化废水中COD和色度的去除效果较好。3.2 不同量的膨润土对焦化废水的色度及COD的影响3.2.1 实验过程取300ml焦化废水水样分别加入不同量的膨润土，在搅拌机搅拌15min，150200rmin，加10mlPAC（质量浓度为6），搅拌1min，转速为80 rmin，加4mlPAM（质量浓度为1），搅拌1min，转速为8
33、0rmin，具体实验处理见表3.2。表3.2 试验处理序号12345膨润土（g）0.60.81.01.21.4PAC（ml）1010101010PAM(ml)444443.2.2 结果与分析膨润土具有很强的吸湿性，能吸附相当于自身体积8-20倍的水而膨胀至30倍。在水介质中能分散呈胶体悬浮液，并具有一定的粘滞性、触变性和润滑性，它和泥沙等的掺和物具有可塑性和粘结性，有较强的阳离子交换能力和吸附能力。因此常用于污水的治理。图3.2为膨润土添加量对COD去除率和色度去除率的影响。根据前面的对比试验，当体系中仅添加PAC和PAM而未添加膨润土时（10ml 6%的PAC，4ml 2的PAM）时，焦化废
34、水中COD去除率为45.9%，吸光度去除率为 83.8%，达不到污水综合排放标准（GB8978-1996）一级排放标准。从图3.2可以发现，膨润土具有较高的吸附性能，当添加量为1.98g/L时，COD去除率可以达到45.6%。增加膨润土用量，COD去除率增加，当膨润土用量增加到3.3g/L时，COD去除率达到最大值（59.2%），此时，焦化废水中COD浓度为73.4mg/L，远低于污水综合排放标准（GB8978-1996）一级排放标准。当膨润土用量超过3.3g/L时，此时COD去除率有所降低。图3.2 不同量的膨润土对焦化废水的色度及COD的影响从色度去除率的变化曲线可以看到，膨润土有较强的脱
35、色能力，当添加量为2.0g/L时，脱色率达到89.2%，当膨润土用量增加时，脱色率增加，当膨润土用量增加到3.3g/L时，脱色率达到90.3%，此时脱色率达到最大值。当继续增加用量时，脱色率开始降低。原因可能为膨润土过量后形成悬液留在体系中，造成本底颜色（淡黄色）增加。由以上实验确定，当膨润土添加量为3.3g/L时，COD去除效果和色度去除效果最好。但此时，膨润土用量较大，产生的沉淀污泥较多，且污泥膨松，体积较大。 3.3 氢氧化钙添加量对焦化废水的色度及COD的影响在采用粘土矿物、聚铝和聚丙处理焦化废水过程中，产生的絮体比较松散、体积较大，给后续的污泥处理工作带来一定不便。此外，在采用絮凝法
36、处理污水过程中，体系的pH常常会影响到絮凝剂的絮凝效果，因而最终会影响到污水的处理效果。本试验中引入了了氢氧化钙，其作用主要为：一、改变焦化废水的pH值；二、氢氧化钙为微溶物，有助于加快沉淀物的沉淀速度。3.3.1 实验过程取容量为500ml的烧杯5个，并在5个烧杯中各加入300ml焦化废水水样，并向5个烧杯中分别加入1g膨润土和不同量的氢氧化钙，在搅拌机搅拌15min，转速为150200rmin，然后添加加10ml 质量浓度为6的PAC，搅拌1min，转速为80 rmin，再添加4ml 质量浓度为1的PAM，搅拌1min，转速为80rmin，沉淀后测定清液中COD含量和色度。具体实验处理见表
37、3.3。表3.3 试验处理序号12345膨润土(g)1.01.01.01.01.0Ga(OH)2(g)0.0480.0540.0670.0840.090PAC（ml）1010101010PAM(ml)444443.3.2结果与分析氢氧化钙是一种白色粉末状固体，又名消石灰。氢氧化钙具有碱的通性，是一种强碱。氢氧化钙的碱性比氢氧化钠强，但由于氢氧化钙的溶解度比氢氧化钠小得多，所以氢氧化钙溶液的腐蚀性和碱性比氢氧化钠小，同时，氢氧化钙成本远低于氢氧化钠，且能加快沉淀物的沉淀，使絮体更加密实。因此本试验引入Ca (OH)2 用来调节溶液pH以及加快絮体沉淀速度，具体试验结果见图3.3。图3.3 氢氧化
38、钙添加量对焦化废水的色度及COD的影响通过对比试验可以发现，未添加氢氧化钙处理中絮凝沉淀过程相对比较慢，絮体比较蓬松，体积较大且不稳定，而添加氢氧化钙处理中絮凝沉淀过程明显加快，污泥体积约为未添加氢氧化钙污泥体积的1/3-1/2。从图3.3可以发现，添加氢氧化钙对焦化废水COD的影响微小而对沉降过程和污泥体积影响较大；添加少量的氢氧化钙有助于色度去除率的提高，而过量的氢氧化钙则导致色度去除率有所降低，原因可能为添加过量氢氧化钙后，体系pH过高，使聚铝、聚丙的絮凝能力降低。综合以上试验结果，确定本试验中氢氧化钙的最佳添加量为每300ml焦化废水中可加0.067g，此时焦化废水出水的pH在78之间
39、。3.4 双氰胺改性絮凝剂对焦化废水的色度及COD的影响3.4.1 实验过程双氰胺的改性：分别取33.6g双氰胺、10.7g氯化铵和21.6ml甲醛于烧杯中，然后在60条件下水浴反应1h，然后滴加10.8ml甲醛，在80条件下水浴反应2h，降温至60持续反应1h，然后定容至100ml，密封保存，使用时稀释10倍。取300ml焦化废水水样分别加入不同量的有机絮凝剂，搅拌1min，转速为80rmin，然后过滤，测定滤液中COD和色度。具体实验处理见表3.4。表3.4 试验处理序号12345有机药剂（ml）1.21.82.43.03.6双氰胺添加量（g）0.040.060 0.081 0.101 0
40、.121 3.4.2 结果与分析采用甲醛对双氰胺进行改性，得到的双氰胺-甲醛缩合物属一种水溶性阳离子缩聚物，最早是作为一种印染助剂，广泛应用在丝绸、毛织物和棉织物的印染上。Ryuichi15等（Ryuichi S，Miyuki TReaction of N-cyanoguannidine with formaldehyde-Preparation of new flocculants for anionic colloidal particlesBull Chem Soc Jpn，1993，66：2 4522 453）通过研究发现，双氰胺一甲醛缩合物具有一定的絮凝性能，能对水中的带负电性质的胶
41、体颗粒产生絮凝作用。其反应方程式：改性双氰胺除对染色废水有处理效果外，对含油污水、造纸废水、屠宰废水也有良好的处理效果。近年来，改性双氰胺在废水中的应用研究逐渐增多，并取得了积极的效果。改性双氰胺是一种新型高效脱色剂，属一种水溶性阳离子树脂, 具有一定的絮凝性能, 能对水中的带负电性质的胶体颗粒产生絮凝作用，通过对焦化废水的深度处理中20。本实验采用甲醛、氯化铵等对双氰胺进行改性，得到改性双氰胺。并对改性双氰胺的絮凝效果进行了实验。具体实验结果见图3.4。图3.4 改性双氰胺对焦化废水的色度及COD的影响从图3.4可以发现，改性双氰胺对焦化废水具有极强的的脱色能力，当改性双氰胺的添加量为0.0
42、4mg/l时，色度去除率可达到88，随着改性双氰胺用量的增加，脱色效果更加明显，当改性双氰胺用量增加大0.081g时，脱色率达到最大值，为94.6%。此后随着加入量的继续增加，脱色率略有下降；改性双氰胺对焦化废水COD的去除效果较小，当改性双氰胺的添加量为0.04mg/l时，COD去除率为27.5，增加改性双氰胺投加量，COD去除率降低，当改性双氰胺加入量大于2.7 m g /L 时，焦化废水中COD含量与处理前相比逐渐增加。以上实验结果表明，改性双氰胺对焦化废水具有极大的脱色效果，但COD的去除能力一般。因此，在实际应用中，未达到污染物的全面去除，应与其他絮凝剂配合使用。3.5 最佳配比正交
43、试验【7】正交试验是利用正交表安排多因素试验、分析试验结果的一种设计方法。它从多因素试验的全部水平组合中挑选部分由代表性的水平组合进行试验，通过对这部分试验结果的分析了解全面试验的情况，找到最优水平组合。若试验的主要目的是寻求最优水平组合，则可以利用正交设计来安排试验。正交设计的基本特点是，用部分试验来代替全面试验，通过对部分试验的结果分析，了解全面试验的情况。正因为正交试验是来代替全面试验，它不可能像全面试验那样对个因素效应、正交作用一一分析；且当交互作用存在时，有可能出现交互作用的混杂。虽然正交设计有上述不足，但它能通过部分试验找到最优水平组合，因而很受实际工作者青睐。3.5.1 实验过程
44、取300ml焦化废水水样分别加入不同量的膨润土和氢氧化钙，在搅拌机搅拌15min，转速为150200rmin，加入不同量的有机絮凝剂，搅拌1min，转速为80 rmin，加入不同浓度的PAC，搅拌1min，转速为80 rmin，加不同浓度的PAM，搅拌1min，转速为80rmin。试验因素、水平及测试结果分别见表3.5。表 3.5正交实验因素水平序号12345膨润土（g）0.60.81.01.21.4强氧化钙（g）0.0480.0540.0670.0840.090改性双氰胺1.21.82.43.03.6PAC+PAM4%+0.15%+0.56%+17%+28%+3表3.6 正交实验序号膨润土(
45、g)氢氧化钙（g）改性双氰胺（ml）PAC+PAM（浓度+ml）COD色度COD去除率色度去除率10.60.0481.2410ml+0.14ml740.09358.98820.60.0541.8510ml+0.54ml900.0595092.430.60.0672.4610ml+14ml800.02755.696.540.60.0843.0710ml+24ml870.04051.794.850.60.0903.6810ml+34ml990.0524593.360.80.0481.8610ml+14ml73.90.05758.992.670.80.0542.4710ml+24ml103.30.05142.693.480.80.0673.0810ml+34ml94.90.06547.391.690.80.0843.6410ml+0.14ml99.10.09244.988.1100.80.0901.2
