陈雪梅，张月，陈 杨

(东北电力大学化学工程学院，吉林吉林132012)

我国是煤炭生产的大国，每年因洗选煤产生了大量的洗煤废水。这些洗煤废水中含有大量的煤泥颗粒，尤其是一些地质年代较短的煤种所产生的洗煤废水悬浮物含量和COD值很高，固体颗粒表面带较强负电荷，使其具了稳定胶体的性质，较难沉降分离，给洗煤废水的闭路循环带来了一定的难度［1－3］。大量洗煤废水的排放，不仅严重污染了水体，同时也增加了企业的运营成本。目前，对洗煤废水的处理多采用混凝沉淀的方法［4－5］。选择合理的混凝剂能获得理想的絮体，提高混凝效率，达到良好的混凝沉淀效果。本文拟采用粉煤灰为原料制备聚硅酸铝铁混凝剂用于处理高浓度洗煤废水。

1 实验材料与方法

1.1 实验水样

实验中所用水样为取自某火力发电厂的输煤皮带飞落在地面的煤粉，经筛分后用自来水浸泡12 h后制得。水质见表1。

表1 实验用水样的性质

1.2 主要仪器和试剂

主要仪器:pHS25型酸度计，SGZ－B型浊度仪，JJ－4A型六联搅拌器，JB－2型恒温磁力搅拌器等。

主要试剂:粉煤灰(吉林某电厂)，FeCl3，HCL，NaOH，K2Cr2O7，石灰溶液。

1.3 聚硅酸铝铁的制备

称取一定量粉煤灰于银坩埚中，在900－1 000℃高温炉中焙烧2 h，取出冷却后在热水浴中向坩埚中加入热除盐水浸取熔融物，10 min后加入浓盐酸和10%Cacl2溶液，仍在热水浴中浸一段时间至溶液透明，加入5%氢氧化钠和6%的三氯化铁溶液各50 mL，之后用3%盐酸溶液调至中性，静止，得到上清液，制得聚硅酸铝铁(PSAF)［6－7］。

2 实验结果与讨论

2.1 PSAF投加量对絮凝效果的影响

8 个烧杯各取洗煤废水300 mL，向烧杯中分别投加2 mL、2.5 mL、3 mL、3.5 mL、4 mL、4.5 mL、5 mL、5.5 mL的聚硅酸铝铁溶液，放在搅拌仪上以120 r/min的速度搅拌3 min，静止1 min后放在搅拌仪上以60 r/min的速度搅拌3 min，静止30 min，之后取上清液对COD、ZD进行了测定，结果见图1、2。

图1 PSAF投加量对絮凝效果的影响

图2 PSAF投加量对COD去除效果的影响

如图1、2所示，随着PSAF溶液的投加量的增加，ZD和COD cr逐渐降低，当PSAF的投加量为4.0 mL时，ZD和COD cr分别为9.8NTU和10.63 mg/L，达到最低值。继续增加PSAF溶液的投加量，ZD和COD cr变化不大，但略有增加。所以，当PSAF投加量为4.0 mL即13 mg/L为最佳的投加量。铝铁中等聚合物首先以吸附电中和方式与颗粒物发生作用，但投加量不足，使絮凝效果不明显，随着PSAF溶液的投加量的增加，聚合物在羟基连接作用下分子量逐渐增大，最终形成宏观絮团，在此过程中部分颗粒物进入絮团中，这使中等聚合物有充分的机会与颗粒物发生吸附电中和作用，并发挥桥联和网捕等多种作用。

2.2 石灰加入量对絮凝效果的影响

烧杯中各取300 mL的洗煤废水，投加4.0 mLPSAF溶液，以120 r/min的速度搅拌3 min，静止1 min，然后向每个烧杯中分别投加 2 mL、2.5 mL、3 mL、3.5 mL、4 mL、4.5 mL、5 mL 的2%石灰溶液，以60 r/min的速度搅拌3 min，静止30 min，最后取上清液进行COD、ZD的测定，实验结果见图3、4。

图3 石灰加入量对絮凝效果的影响

图4 石灰加入量对COD去除效果的影响

如图3、4所示，随着石灰加入量的增加，ZD和COD cr逐渐降低，当石灰的加入量为3.0 mL时，ZD和COD cr分别为2.75NTU和6.45 mg/L，达到最低值。继续增加石灰溶液的投加量，ZD和COD cr略有上升，当石灰的加入量为5.0 mL时，ZD和COD cr增至18.76NTU和120.8 mg/L。当石灰投入量较小时，网捕作用较小，当石灰的加入量为5.0 mL时，由于沉降时间不足，使ZD值反而上升，但ZD也小于20 mg/L，所以石灰与PSAF联合使用后，进一步降低了出水的ZD值。石灰加入量的增加可能带入了小部分的无机还原物，使COD值反而上升。总之，采用粉煤灰制备的聚硅酸铝铁处理高浓度洗煤废水，使胶体颗粒脱稳凝聚，但形成的絮体较细，不利于沉降，加入石灰后，网捕作用使絮体增大，沉降速度加快。

2.3 pH对絮凝效果的影响

烧杯中各取300mL的洗煤废水，先向各烧杯中投加4.0 mL聚硅酸铝铁溶液，以120 r/min的速度搅拌3min，再向各烧杯中加入3 mL石灰溶液，以60 r/min的速度搅拌3 min。分别调节pH为4、5、6、7、8、9、10，搅拌0.5 min，静止30 min，取上清液进行对 COD、ZD 的测定，实验结果见图5、6。

由图所知，当pH在5－9之间，处理后的水ZD基本小于20NTU，COD也基本小于20 mg/L，当pH为7时，ZD为6.58NTU，COD cr为8.47 mg/L，达到最低，说明聚硅酸铝铁可以适应的pH范围较宽，在5－9之间，但最合适的pH值为7。

图5 pH对絮凝效果的影响

图6 pH对COD去除效果的影响

2.4 温度对絮凝效果的影响

烧杯各取300mL的洗煤废水，分别放入10－40℃的恒温水浴中，先向各烧杯中投加4.0 mL聚硅酸铝铁溶液，以120 r/min的速度搅拌3 min，再向各烧杯中加入3 mL石灰溶液，以60 r/min的速度搅拌3 min，静止30 min，取上清液进行对COD、ZD进行测定，实验结果见图7、8。

图7 温度对絮凝效果的影响

图8 温度对COD去除效果的影响

由图7可知，当温度在10～40℃之间，处理后的水ZD基本小于12NTU，在25℃时ZD为6.58NTU，COD为8.06 mg/L，达到最低，说明聚硅酸铝铁对低温水也有较好的混凝效果，但最佳的温度在25℃。

3 结 论

(1)利用粉煤灰制备聚硅酸铝铁工艺流程简单，实现废物再利用的同时处理了洗煤废水，降低了废水排放量，节约了生产成本。

(2)采用粉煤灰制备的聚硅酸铝铁处理高浓度洗煤废水，使胶体颗粒脱稳凝聚，但形成的絮体较细，不利于沉降，加入石灰后，网捕作用使絮体增大，沉降速度加快。

(3)高浓度洗煤废水水样经过聚硅酸铝铁和石灰联合混凝沉淀后，上清液的ZD为6.58NTU，COD cr为8.06 mg/L，ZD和COD的去除率分别达到了98%和99.7%，达到了GB 8978－1996《污水综合排放标准》一级标准。

［1］李亚峰，胡筱敏，陈健，张玲玲.高浓度洗煤废水处理技术与工程实践［J］.工业水处理，2009，28(3):2－3.

［2］张崇淼，张大伦，罗运军.聚酰胺胺树形分子在洗煤废水处理中的应该研究［J］.能源环境保护，2013，17(4):20－24.

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［4］刘科峰，许艳红，赵春等.新型混凝剂处理洗煤废水的优化研究［J］.环境科学与管理，2009，35(10):64－68.

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