齐大山铁矿瓦斯泥污水处理研究 54页

'东北大学硕士学位论丈摘要摘要瓦斯泥污水是钢铁企业的主要工业废水之一，具有水量大、水温高、悬浮物高等特点。若处理不好，不仅直接影响高：1)、的正常生产，而且会造成环境污染及水资源的严重浪费。鞍钢集团鞍矿公司齐大山铁矿选矿分厂过滤车间瓦斯泥水处理生产系统凶受鞍钢集团鞍钢股份公司炼铁总厂高炉入炉料变化的影响，水处理系统中瓦斯泥量降低，瓦斯泥含铁品位也由原来的50％降低到35％左右，但碳粉含量(40％以上)增力lI，导致瓦斯泥水处理溢流浊度高(溢流悬浮物含量达到10000ppm以上)、围形物的回收率低，溢流水不能回用且脱水难等问题一直困扰着现场的生产运行，而且溢流水外排成为了鞍钢西大沟外排水超标排放的主要因素之一。因此，开展瓦斯泥废水絮凝技术研究，探求处理瓦斯泥废水经济、高效的絮凝剂，对瓦斯泥废水进行恰当治理，最大限度地予以循环使用，对于提高水的循环使用率，减少排污，保护环境，保证高炉安全、高效生产具有重要意义。本研究选用聚丙烯酰胺(PAM)、聚合氯化铝(PAC)和聚合硫酸铁(PFS)对齐大山铁矿瓦斯泥污水水样进行化学絮凝实验，在确定了絮凝剂最佳用量和使用最佳pH值后，将此三种絮凝剂分别与CaO配合进行了处理效果实验。研究表明，聚丙烯酰胺(PAM)的絮凝效果最好，其最佳的使用参数为3．5mg／L废水，pH9．0，与混合使用时氧化钙加入量为100mg／L废水。在实验室实验基础上，按照如下加药量进行了工业现场实验，其中CaO的配置浓度为10％。加药量为100．2009／m3水，聚丙烯酰胺(PAM)的配制浓度为10％，加药量为l-29／m3水。应用实验出水取样的检测结果表明，药剂正常使用后，出水悬浮物浓度可以稳定在100ppm以下。加入絮凝剂后，滤饼生产水分S25％、输出水分20．3％，完全能满足牛产要求。选矿评价结果表玎月，经处理后的溢流水对浮选药剂制度有影响，调整药剂制度后，对浮选的精矿、尾矿品位没有负而影响。瓦斯泥水经处理后可以回收循环利用。采用氧化钙配加PAM作为高效絮凝剂处理齐大山铁矿选矿分厂过滤车间瓦斯泥水，l^广，"不仅解决了齐大山铁矿面临的生产问题，使外排水得以达标排放，而且具有用量少、成本低、效率高的优点。关键词：瓦斯泥污水，絮凝剂，聚丙烯酰胺(PAM)，滤饼 ●▲ljii¨n-工tl，●●●t■_¨， IAbstractGasslimewastewaterisoneofthcmainindustrialwastewaterinsteelcompanies，andisoflargewater,hightemperatureandsuspendedsubstance．Ifnotproperlytreated，itwillnotonlyaffecttherunningoftheblastfurnace，butalsoresultinenvironmentalpollutionandseriouswaterwaste．AffectedbythechangeoffurnaceburdenfromAnshanSteelGroupironmakinggeneralplant，gasslimewastewatertreatmentsystem，inAnshanSteelGroupQidashanIronMinefiltercloggingplant，thegasslimecontentdecreased，theFecontentdecreasedfrom50％to35％，butthecarbonpowdercontentincreased．Itresultedthattheoverflowwashi【ghturbidity(theoverflowsuspendedmaRerismorethan10000ppm)，thatthesolidsrecycleratewaslow,andthattheoverflowwasunusedanddifficulttodehydration．Alloftheseperplextothesiteproduction，andoverfloweffluxbecomeoneofthemainfactorsthatmakeAnSteelemUXoverstandard．Therefore，carryingoutresearchingongasslimewastewaterflocculation，developingeconomicalandefficientflocculanthavesignificantmeaningtotreatgasslimewastewaterproperly,toimprovetherecyclerate，toreducepollutantdischarge，andthesafetyandefficientrunningoftheburdenfurnace．Inthisstudy,polyacrylamide(PAM)，polyaluminiumchioride(PAC)andpolymericferricsulfate(PFS)werechosentodochemicalflocculationexperimentforgasslimewastewater．ARerdeterminingtheoptimumdosageofflocculationandthebestpH，weUSetheseflocculationmixingwithCaOtodotreatmenteffectexperiment．TheresultshowedthatPAMpresentsthebestflocculationeffect．itsoptimizationofusingparameteris3．5mg／Lwastewater，phby9．0，CaOadditionalcontentislOOmg／Lwastewater．Basedonlaboratoryexperiment,Weusefollowingparametertodoindustrialexperiment．CaOdensityis10％，additiondosageis100-2009／m’wastewater；PAMdensityis5％，additiondosageisl-29／m3wastewater．Betweenindustrialexperiment，thetestingresultsshowthattheoverflowsuspendedsedimentconcentrationisbelow100ppm，theproductionwatercontentoffiltercakeisnothigerthan25％，theoutputwatercontentis20．3％．Itcanmeettheproductionrequirements．Themineralprocessingevaluationshowsthatthetreatedoverflowhaveeffectonflotationreagentsystem．Afteradjustingthereagentsystem，ithasnonegativeinfluenceto-、^-，I●，4●rr．．，^／ thecontentofconcentrateoreandtailingore．ThegasslimewastewatercanberecycleaRert他ated．TouseCaOandPAMasflocculantnotonlysolveproductionquestionthatQidashanironminefaced，andmakeeffluxmeetstandard，butalsohasadvantageoflessamount，lowcostandhighefficiency．Keywords：GasSlimeWastewater；Flocculent；Polyacrylamide(PAM)；Filtercake·IV- h～．●}j东北大学硕士学位论文目录目录独创性声明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．i摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．ii第1章绪论⋯⋯⋯⋯t．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．11．1瓦斯泥废水来源⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．11．2瓦斯泥废水性质⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．11．3选题重要性和可行性论证⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．21．3．1课题来源、选题依据和背景情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．21．3．2研究目的、理论意义和实际应用价值⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．21．4研究构想与思路、拟解决的关键问题及主要研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．31．4．1本课题中瓦斯泥水处理难的主要原因⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．31．4．2拟解决的关键问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯31．4．3主要研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4第2章絮凝机理及絮凝剂发展概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯52．1絮凝技术概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．52．2絮凝中的概念及絮凝剂的分类⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．52．2．1重要概念⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯52．2．2絮凝剂的分类⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯62．3化学絮凝的理论基础⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。72．3．1DLVO理论和压缩双电层机理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯82．3．2吸附电中和机理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1l2．3．3卷扫(网捕)作用机理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。ll2．3．4吸附架桥机理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．122．4影响絮凝效果的主要因素⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯132．4．1絮凝剂种类的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．132．4．2絮凝剂投加量的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．132．4．3水的pH值影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．142．4．4温度的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．142．4．5搅拌强度和时间的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．142．4．6水中杂质成分及共存盐类的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。152．4．7高分子絮凝剂的性质和结构对絮凝作用的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．152．4．8混凝剂投加顺序的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．15第3章絮凝法处理瓦斯泥废水实验研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．173．1实验材料⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯17 东北大学硕士学位论文目录3．1．1实验仪器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l73．1．2实验试剂⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l73．1．3实验水样⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯173．2测试方法和实验方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．173．2．1测试方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。l73．2．2实验方法【24．30】⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l93．3所用絮凝剂简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯203．3．1聚合氯化铝⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．203．3．2铁盐絮凝剂⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2l3．3．3聚丙烯酰胺⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。223．4实验结果及分析讨论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯233．4．1标准曲线的绘制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．233．4．2聚合氯化铝(PAC)处理瓦斯泥废水⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．253．4．3聚合硫酸铁(PFS)处理-瓦斯泥废水⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯273．4．4聚丙烯酰胺(PAM)对处理瓦斯泥废水⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．293．4．5三种絮凝剂与凝聚剂CaO混合使用时的絮凝效果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3l3．4．6三种絮凝剂最优条件下处理效果比较⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。343．5本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯34第4章瓦斯泥污水处理药剂应用实验研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．354．1实验方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯354．2试验时间⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯354．3试验条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯364．4取样与监测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯364．5试验结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯364．6本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4l第5章结论与建议⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯435．1结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。435．2建议⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。43参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。45致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．47 东北大学硕士学位论丈第1章绪论1．1瓦斯泥废水来源高炉确：冶炼过程中，由于一层炽热的厚焦炭确：炉缸内燃烧，开始山空气过剩燃烧而逐渐变成空气不足的燃烧，结果产生了高炉煤气。据统计高炉的综合焦比一般400·600k／t铁，每消耗It焦炭可产生3500-4000Nm3的煤气，高炉煤气一般含尘量10-40kg／Nm3，高炉煤气必须经过净化才能送往用户使用，净化处理后煤气要求含尘低于10---40mg／Nm3。炉煤气净化技术分为湿法和干法两火类。目前，我国的钢铁企业主要采用湿法，从而就会导致瓦斯泥废水的产生。瓦斯泥废水是炼铁厂的主要污水，每生产It铁会产生大约3-20m3的污水，其中的主要污染物为烟尘、无机盐及少量的酚、氰等有害物质。净化处理高炉煤气，是将炉顶煤气引入重力除尘器除去50％--60％的大灰尘，进入双文氏管串级洗涤系统，设在文氏管喉口处的喷嘴向喉口喷水，煤气在流经喉口时速度很快，水滴与高速气流撞击中被雾化，气液两相充分接触，将煤气中的含尘量降到30．80mg／m3，达到除尘和冷却煤气的目的，煤气经洗涤后进入高炉煤气管网。洗涤后的废水通过水封连续排出，即为高炉煤气洗涤废水，即瓦斯泥废水ll】。瓦斯泥废水治理的原则是从经济运行、节约水资源和保护水资源三方面考虑，对废水进行适当处理，最大限度地予以循环使用。瓦斯泥废水中的悬浮物主要利用沉淀法除去，并根据水质情况，采用自然沉淀或投加凝聚剂进行混凝沉淀。瓦斯泥废水在沉淀处理时．沉淀池下部积聚了大量的污泥，污泥的利用，需要根据污泥的成分不同而异，还应根据炼铁厂所在地点不同而异。污泥含铁量一般约为30％一O％，应作为炼铁原料予以利用。在建有选矿厂的企业，可将泥浆送到选矿厂与浮选精矿混合浓缩，再一并进行过滤脱水，然后作为炼铁原料送烧结厂。1．2瓦斯泥废水性质瓦斯泥废水的成分很不稳定。不同高炉即使同一座高炉，在不同工况下产生的瓦斯泥废水，其成分的变化很大，但主要取决于高炉炉料的成分、状况、炉顶煤气压力、用水量及温度。例如：当高炉100％使用烧结矿时，要减少煤气中的含尘量，并相应的减少南灰尘带入深入瓦斯泥废水的碱性物质。溶解在废水中的C02的含量，与废水的温度有关，炉顶压力小，洗涤水温度高则废水中C02的含量就少，反之亦然。当炉顶煤气压力高时，煤气中含尘量相应就减少，废水中的悬浮物含量也相对减少，．目．粒度较细。另、J， 东北大学硕士学位论文第1章绪论外现代高炉大都采用喷煤技术来节约能源降低成本，这就造成瓦斯泥废水中灰分增加，悬浮物粒度更细。鞍钢炼铁厂瓦斯泥水呈黑色，pH范围大致为8．，一8．8，溢流悬浮物含量达到10000ppm以上，经重量法测定水样混匀后测定，鞍钢调军台选矿厂过滤车间瓦斯泥污水固形物重量浓度平均为1．12％。粒度分布不均匀，细粒级含量较高，表面粗糙，有孔隙，呈不规则形状。见表l是瓦斯泥水中固形物的多元素还学分析结果。表1．1多元素化学分析结果!些!!!：!竖竺堕：!!呈婴!旦堡!堕!婴!塑!璺坠!竖!墨堡型!堡名称丌eCCaOMgOSi02A1203含量，％27．Il40．766．741．676．632．271．3选题重要性和可行性论证1．3．1课题来源、选题依据和背景情况鞍钢齐大山铁矿选矿分厂过滤车间瓦斯泥水处理生产系统近几年来由于受鞍钢炼铁厂工艺改造(烧结方式的变化——变热料为冷料)变化影响，高炉利用率提高，瓦斯泥含量降低，品味由原来的500,6下降到35％左右，碳粉含量(40％以上)增加等因素的影响，导致该系统瓦斯泥水处理溢流浊度高(溢流悬浮物含量达到10000ppm以上)、固形物的回收率低，溢流水不能回用并且难脱水等问题一直困扰着现场的生产运行，而且由于溢流水外排，造成了严重的环境污染，是造成鞍钢西大沟外排水超标排放的主要因素之一。瓦斯泥污水处理势在必行。1．3．2研究目的、理论意义和实际应用价值在众多工业废水中，瓦斯泥废水作为我国钢铁企业的主要工业废水之一，具有水量大，水温高、悬浮物含量高等特点墨l。据报道，我国黑色冶金企业每年共产生高炉煤气洗涤废水约4．58亿吨，排放量达2．73亿吨，而排放合格率仅约为24％【3】。目前，我国仅宝钢和首钢等少数大型企业的高炉煤气洗涤废水经处理后的循环使用率达90％以上，而大部分企业的废水都是采用沉淀池沉淀，一部分循环使用，一部分外排。少数企业的废水未经处理就直接捧入江河．造成环境污染及水资源的严重、浪费。瓦斯泥废水的水质情况直接影响高炉的正常生产。若处理不好，废水的循环使用率低，外排废水量大，造成环境污染及水资源的严重浪费。另一方面，易导致系统管路和冷却塔的结垢及洗涤器喷嘴的堵塞，使高炉煤气换热不良，洗涤不干净，同时损耗能源，．2． 东北大学硕士学位论文第1章绪论降低产量，增加设备维护费用。尤其是当前由于高炉喷煤工艺的改进及高炉炉况的变化，使煤气洗涤水中细颗粒含量明显增高，成分变化波动较大。由于细悬浮物颗粒表面带有较强的负电荷，易形成比较稳定的胶体形态，使经济的处理瓦斯泥废水难度加大。因此，开展瓦斯泥废水絮凝技术研究，探求处理瓦斯泥废水经济、高效的絮凝剂，对提高水的循环使用率，减少排污，保护环境，保证高炉安全、高效生产具有重要意义。絮凝过程一般包括两个阶段：第一段为悬浮液的去稳定化，在该段中使单个颗粒相互接触，消除和克服颗粒之间的排斥力，使它们相互附着在第二段中絮团长大。本次试验是在该高效复合絮凝剂的工业应用实验取得成功的基础上，进一步考察药剂的使用条件，优化药剂使用制度，系统将该种絮凝剂与其它几种絮凝剂进行比较，得出最佳的使用条件和最优的配比方式，以在确保出水水质达标的前提下，尽可能降低滤饼水分，从而满足过滤产品外输的要求。1．4研究构想与思路、拟解决的关键问题及主要研究内容1．4．1本课题中瓦斯泥水处理难的主要原因本课题中过滤车间瓦斯泥水处理难的主要成因：(1)固形物中碳含量超过40％，固形物粒度细、密度小：(2)现场实际瓦斯泥含量降低，水流量增大，沉降面积不足；(3)污水流量、浓度波动均较大；(4)浓密机存在缺陷：没有设导流板、出水三角堰，溢溜槽前没有设挡板：1．4．2拟解决的关键问题本次研究拟解决的关键问题是通过系统的条件实验，确定符合鞍钢瓦斯泥废水处理的絮凝剂配方和使用条件，根据现场实际情况，开发一种高效的、实用的絮凝剂，以最小成本，达到最佳的处理效果选择的絮凝剂应具备如下特点：(1)能够快速产生结构密实、尺寸较大的聚集体，从而使微细颗粒快速沉降，提高浓密机底流浓度，有利于后续过滤作业；(2)絮凝完全，溢流浊度低，最佳使用效果可达lOOppm以下。因此不仅可以减少可回收物料的流失，而且具有很好的经济效益和社会效益；(3)产生的聚集体强度较高，不易分散：(4)具有较强的二次絮凝能力，不会因管道输送等引起的紊流而影响絮凝效果；(5)冬季低温下使用效果不受影响，常年可以正常使用： 东北大学硕士学位论文第1章绪论(6)无二次污染。1．4．3主要研究内容在研究大量文献开发一种适合瓦斯泥水处理的高效絮凝剂(既满足出水浊度、又保证过滤效果)，并进行实验确定高效复合絮凝剂使用条件；在实验室条件实验的基础上，进行工业实验。1．在自然pH条件下，分别对三种絮凝剂做絮凝沉降试验，确定其最佳用量。2．在其最佳用量的条件下，再分别对三种絮凝剂做絮凝沉降试验，测定其最佳pH。3．在PAM、PAC、PFS最佳的使用条件下(最佳用量和最佳pH)，分别与CaO混合使用，进行两种混凝剂相互配比使用的沉降试验，测定其最佳的配比方案。4、工业实验，在实验室实验基础上，按照CaO的配置浓度为10％，加药量为100—2009／m3水，聚丙烯酰胺(PAM)的配制浓度为596,,，加药量为l-29／m3水，进行工业现场实验，进一步确定最佳的工业应用方案。．4． 东北大学硕士学位论文第2章絮凝机理及絮凝荆发展概况第2章絮凝机理及絮凝剂发展概况2．1絮凝技术概述在生活污水和各种工业废水中，根据分散在液相中的固体颗粒的粒度大小，可将固液混合体系分为胶体、溶解物、悬浮液三大类【41。一般认为，固体粒度小于l¨m(或10r6到10母m之间)的固液分散体系称为胶体。也有把固体粒度小于0．2p．m者，细分为超胶体的；固体颗粒大于Ipm的固液分散体系常称为悬浮液。常含有不同种类和数量的悬浮体和胶体。如采矿废水中含有火量无机矿物质悬浮体：炼焦煤气废水含有焦油及悬浮体；机械加工废水中含有油脂及大量固体悬浮物：而造纸、制糖、染料行业和生活污水中则含有大量的有机微粒。这些悬浮物，溶胶或者是有机污染物等，其大小在l0。Ll旷m的范围内。由于这些微粒不是以分子状态分散到介质水中，所形成的体系具有很大界面，属热力学不稳定体系。但这些颗粒自动凝聚成大颗粒并从分散介质中沉淀出来的速度却很慢，原因之一就是水体中的悬浮体及溶胶表面大多带有同性电荷，颗粒间由于同性电荷的相斥而分散稳定，不互相聚集。对于上述各类废水的处理，一般都要先使这些溶胶和悬浮体脱稳，进而凝聚、絮凝成大颗粒而沉淀出来。它是给水与废水处理中广泛应用的方法。絮凝处理过程还可改善污泥的脱水性能。众所周知，絮凝过程就是向待处理水体中加入一定的絮凝剂，使水体中胶体系在所加絮凝剂作用下，相互接触、碰撞脱稳凝集成一定粒径的聚集体，脱稳的聚集体由于进一步碰撞、化学薪结、网捕卷扫、共同沉淀等作用而聚集成絮状体，最终借助重力作用而沉淀以达到固液分离的目的。因此，在絮凝处理过程中，絮凝剂的种类、性质、品种的好坏是关系到絮凝处理效果的关键因素。2．2絮凝中的概念及絮凝剂的分类2．2．1重要概念1．混凝混凝(coagulation．flocculation)是通过投加某些电介质使水中的细小颗粒相互聚集形成絮状大颗粒的过程。其主要的目的是为了改变水中黏土和细菌等悬浮固体的存在性质和状态，以利于后续．T序的去除过程。简言之，就是混凝足从加药开始，直至最终形成絮凝体(俗称矾花)的过程。混凝过程主要是去除水中的悬浮物体和胶体，此过程由凝聚和絮凝两个阶段构成，它决定了水中的悬浮物聚集程度、颗粒成长的质量及其讲解．5． 东北大学硕士学位论文第2章絮凝机理及絮凝剂发展概况特性，是水处理工艺中至关重要的环节。2．凝聚凝聚(coagulation)是颗粒脱稳及凝结的前步，此时胶体颗粒问的斥力由于物理的或化学的某种效应而部分的去掉。其扩散层被压缩，电位降低，从而使得胶体颗粒可能黏结在一起的现象或过程。简言之，凝聚就是指加药后胶体失去了聚集稳定性(简称脱稳)，并通过胶体本身的布朗运动进行碰撞聚集形成尺寸较小的“微絮凝体”(microfloc)的过程。3．絮凝絮凝(flocculation)是向水中加入大量或过量的絮凝剂之后，脱稳颗粒直接或间接的相互絮凝生成呈“絮状”的大颗粒而进行卷扫、沉淀分离的过程，该过程紧接着凝聚过程进行。简言之，絮凝就是指“微絮凝体”(microfloc)再通过机械或水力搅拌进一步聚集成肉眼可见的“絮凝体”(floc)。4．浑浊度水中含有悬浮物和胶体状态的杂质，使水产生不透明的现象，其浑浊程度以浑浊度(简称浊度)作指标。浑浊度的标准单位常以不溶性的ImgSi02／L所构成的浑浊度为l度，如果某种水的浑浊度为X度，则它的浑浊度相当于xmgSi02／L标准浑浊液一样，与水中颗粒的种类和大小无关。2．2．2絮凝剂的分类絮凝剂的分类方法很多。按组成的不同，一般的可将其分为无机絮凝剂、有机絮凝剂以及近年来兴起的生物絮凝剂；若根据分子量的高低、官能团的特性及官能团离解后所带电荷的性质，可将其进一步分为高分子、低分子、阳离子型、阴离子型和非离子型絮凝剂等H。i，如表2．1所示：．6． 东北大学硕士学位论文第2章絮凝机理及絮凝荆发展概况表2．1絮凝剂的分类铝盐硫酸铝、氯化铝低分子铁盐硫酸铁、硫酸弧铁、氯化铁无机絮凝剂其它无机盐类硫酸镁、硫酸锌、氯化锌阳离子型聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合硫酸铁高分子阴离子型活性硅酸阳离子型聚乙烯皿胺、水溶性苯胺树脂盐酸盐阴离子型羧甲基纤维素钠低聚合度非离子型淀粉、水溶性尿素树脂动物胶两性型动物胶、蛋白质有机絮凝剂阳离子型聚乙烯吡啶盐、乙烯吡啶共聚物高聚合度阴离子型聚丙烯酸钠、水解聚丙烯酰胺非离子型聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯淀粉、．木质素、甲宁等的改性产物、甲天然有机高分子絮凝剂壳素的改性产物、微生物絮凝剂2．3化学絮凝的理论基础【H一1胶体稳定性，系指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。胶体稳定性分“动力学稳定”和“聚集稳定”两种。动力学稳定系指颗粒布朗运动对抗重力影响的能力，粒子愈小，动力学稳定性愈高。聚集稳定性系指胶体粒子之间不能相互聚集的特性。由于粒子表面同性电荷的斥力作用或水化膜的阻碍使这种自发聚集不能发生，胶体稳定性，关键在于聚集稳定性。胶体粒子半径在l0．Llo．7m范围内，比单个分子要大的多，是许多分子或原子构成的复合体。胶体分散系是高度分散的多相体系，比表面很大，因而其自由焓也大，处于热力学不稳定状态，胶体粒子有自动聚集以降低表面自由焓并与分散介质分离的趋势。这就是絮凝法处理污水的化学基础。对于不同的絮凝剂，存在相同或不同的混凝机理。这些混凝机理的提出和作用都与DLVO理论有关。混凝作用机理是复杂的物理、化学过程。关于混凝机理，一般认为是凝聚和絮凝两个作用过程。目前得到广泛认同的混凝作用机理：压缩．双电层作用机理产生凝聚；吸附电中和产生絮凝；架桥作用产生絮凝：卷扫(网捕)作用产生絮凝。．7． 东北大学硕士学位论文第2幸絮凝机理及絮凝剂发展概况2．3．1DLVO理论和压缩双电层机理1．DLVO理论Derjaguin、Landau、Vervey和overbcek四人提出的胶体稳定理论，简称DLVO理论，通过胶体颗粒间的吸引能和排斥能的相互作用，产生的相互作用能来解释胶体的稳定性和产生絮凝沉淀的原因，在解释絮凝机理方面形成了比较完善的体系，得到广泛的承认。胶体颗粒表面带有电荷，如果它们带同种电荷，由于静电作用，会产生相互排斥，排斥力和排斥能的大小与颗粒问的距离和所带的电荷数量有关。排斥能愈大，则颗粒不能靠近，不利于絮凝沉淀，胶体保持稳定状态。加入电解质后，能中和颗粒表面电荷和减小扩散层厚度，降低排斥能，导致絮凝体的形成。颗粒间的排斥能是影响絮凝的重要参数，可以表示为：％=三舰2In【l+exp(一脚)】(2-1)式中％——颗粒间的排斥能，erg，lerg=lO-7J；，．——颗粒的半径，6m；D——水的介电常数：甜——吸附层和扩散层界面上的电位(静电电位)：K——璃子云的厚度，6m；日——颗粒问的最短距离。两个胶体颗粒之间，还存在相互吸引能，它的大小与颗粒问的距离有关。当两个球形颗粒的体积相等，距离非常小的情况下，其吸引能可以表示为：匕一啬(2-2)式中彳——范德华常数，A=10merg；，．——颗粒德半径，cm；何—-颗粒间的最短距离：当两个颗粒之间的距离非常小时，颗粒间的相互作用能巧可以用以下公式计算：．8． 东北大学硕士学位论文第2幸絮凝机理及絮凝刑发展概况巧一12rD(3u—Z13n)[!+ex卧脚)卜啬根据式(k3)，可以计算并绘出颗粒表面电荷相互作用能曲线，如图2-1所示。V＼、、厂i：：：i：三；三：三}二二二二≮。。、。．．。。／，，，o一一一一一⋯下√二／V^l-，’第二竣小能量值，⋯⋯一～”。少籽馒慨舭图2·1颗粒表面电荷相互作用能曲线Fig．2．1Interactionenergycurveofp盯ticlesurfacecharges匕——趿引能：％——抟斥能；巧——相互作用能；圪——能峰；D——颗粒表面间距离从图2．1中可以得到以下结论：①颗粒问的距离很大和很小时，相互作用能以吸引能为主，能够形成絮凝体：②当颗粒问的距离处于中等程度时，相互作用能以排斥能为主，颗粒处于稳定状态，不能形成絮凝体：③颗粒相距很远时，吸引能和排斥能都等于零；④II|l线吩有两个最小能量值，颗粒间的相互作用能达到第一个或第二个最小能量值时，便产生絮凝沉淀，为了使颗粒脱稳而加入絮凝剂，其主要作用就是减少或消除处予中等距离上的排斥能．使得它们之间以吸引能为丰，以便于颗粒聚集和絮凝：．．9．． 东北大学硕士拳住论文第2章絮凝机理及絮凝荆发展概况⑤曲线巧存在能量障碍，颗粒间相互作用能曲线巧有一个能量峰吃，能量峰圪是凝聚和絮凝的最大能量障碍。2．压缩双电层作用机理产生凝聚对胶体而言，聚集稳定性主要决定于胶体颗粒表面的动电位即毛电位。图2．2表示粘土胶体结构及双电层示意。带负电荷的胶核表面与扩散于溶液中的正电荷离子正好电性中和，构成双电层结构。由DLVO理论：比较薄的双电层能够降低排斥能，如果排斥f／皂,(Zeta电位)降低到一定程度，颗粒就能够被第--,b值的吸引力所吸引，产生疏松的絮凝体，这样的絮凝体容易扩散，而且只适合于静止沉淀分离。◆+◆一一＼·=、嗉函。一一二＼、4～-atom-一,●1L_一1一●一霸一+．．／／r．一◆+图2-2胶体双电层结构示意图Fig．2．2ThesketchofColloidelectricdoublelayerstructure如果废水中含有大量的电解质离子，它们就会压缩胶体颗粒的双电层，中和颗粒的表面电荷。在咸水中，Na+围绕在胶体颗粒周围，与其表面的电荷到达平衡，Na+扩散到溶液中的倾向很小。因此，在胶体颗粒的双电层中Na+的浓度增加。实际上，当盐分的浓度增加到一定值后，双电层厚度变小，两个胶体颗粒互相接近，达到第二个最小能量值，产生凝聚和絮凝沉淀。双电层的压缩不能大量减少胶体颗粒表面的电荷，而电荷只是从胶体颗粒表面扩散开。扩散程度与盐的性质和作用形式有关。胶体颗粒双电层的压缩，能使胶体颗粒脱稳，产生絮凝沉淀。通过沉淀分离可以除去固体的絮凝物。．10． 东北大学硕士学位论文第2章絮凝机理及絮凝荆发展概况2．3．2吸附电中和机理吸附电中和作用是指胶粒表面带有电荷，对异号离子、异号胶粒或链状高分子带异号电荷的部分有强烈的吸附作用，由于这种吸附作用中和了胶粒表面的电荷，减少了静电斥力，颗粒问的相互作用能达到第一最小能量值，相互吸引而形成稳定的絮体沉降下来(如图2．3所示)。在电中和过程中，胶粒表面电荷不但可以降低到零，而且还可以带上相反的电荷，如果絮凝剂的投加量过高，胶粒就可能发生再稳现象弘”】。电中和作用与双电层压缩是不同的，电中和作用是第一最小能量值的作用力的结果，这个作用力很强，形成的絮体坚实，体积小；压缩双电层是第二最小能量值的作用力的结果，这个作用力较弱，形成的絮体疏松，体积大。在实际水处理过程中，随着絮凝剂投加量的增加，胶粒的双电层首先受到压缩，扩散层厚度减小，颗粒间的相互作用能先达到第二最小能量值，产生微弱的絮凝作用，进而胶粒表面的电荷被大量中和，扩散层厚度变得更小或接近于零，颗粒间的相互作用能达到第一最小能量值，胶粒相互吸引而形成絮体沉淀下来，胶体溶液也因此脱稳。如果进一步增加絮凝剂的投加量，则由于胶粒表面电荷被完全中和而变为反号电荷，这时胶粒间又出现了排斥能，颗粒间的相互作用能可能又会逐渐以排斥为主，使胶体溶液出现再稳现象。图2-3吸附电中和作用Fig．2．3Adsorption-chargeneutralization2．3．3卷扫(网捕)作用机理质图2-4卷扫(网捕)作用Fig．2．4Sweeping(nettooling)action在水处理中投加水解金属盐类絮凝剂，通常是使用无机物如铝盐和铁盐絮凝剂，，若加入量很大，则可能产生大量的水解沉淀物，在这些沉淀物迅速沉淀的过程中，水中．11． 东北大学硕士学位论文第2章絮凝机理及絮凝剂发展概况的胶粒会被这些沉淀物所卷扫(或网捕)而发生共沉降，这种絮凝作用称为卷扫絮凝(如图2．4)。这种作用基本上是一种机械作用，所需絮凝剂量与原水胶体粒子的性质无关，而与浓度成反比，胶体粒子浓度小，则需要投加较多的水解金属盐类，若胶体粒子浓度大，则需要较少的水解金属盐类。在水溶液中，铝盐或铁盐无机絮凝剂发生水解，形成水合金属氧化物高分子，其高分子的聚合度取决于水溶液的pH值和温度。随着高浓度絮凝剂的作用，带负电的胶体颗粒暴露在所产生的阳离子高分子附近。因此，被这些阳离子高分子的电荷所中和。这些高分子化合物具有三维空间的立体结构，适合于胶体颗粒的捕获。随着高分子化合物体积的收缩、沉淀物和悬浮物像多孔的网子一样，从水中将胶体和悬浮物颗粒清扫下来，形成絮状沉淀。2．3．4吸附架桥机理有机高分子的吸附架桥理论是由Lame：等人提出的。该理论着重讨论了各种电荷的高分子絮凝剂对胶体颗粒的化学吸附架桥作用。伸展在水中的线性聚合高分子链上的化学基团与胶体颗粒表面通过氢键结合，或静电引力、离子键及配位键结合，通过架桥方式将多个胶体颗粒随意地束缚在聚合物分子的活性链节即尾端活性基团上，从而形成桥联状粗大絮体颗粒。即使胶体问的静电斥力阻碍其有效碰撞结合，但只要聚合物分子链超过胶体颗粒间的有效排斥距离，就会产生凝聚絮凝作用。Lamer等通过对高分子物质吸附架桥作用的研究认为，当高分子链的一端吸附了某一胶粒后，另一端又吸附另一胶粒，形成“胶粒一高分子一胶粒”的絮体，如图2．5(a)所示。放投(a)架桥模型示意图(b)胶体保护示意图(a)ThesketchofbridgingmodelCo)Thesketchofcolloidprotection图2．5聚合物的絮凝与保护作用Fig．2．5Flocculationandprotectioneffectofpolymer高分子在这里起了胶粒与胶粒之间相互结合的桥梁作用，故称吸附架桥作用。当高分子物质投量过多时，将产生“胶体保护”作用，如图2-5(b)所示，胶体保护可理解为：当．12． 东北大学硕士学位论文笫2章絮凝机理及絮凝荆发展概况全部胶粒的吸附面均被高分子覆盖后，两胶粒接近时，就受到高分子的阻碍而不能聚集。这种阻碍来源于高分子之间的相互排斥。排斥力可能来源于“胶粒一胶粒”之间高分子受到压缩变形(像弹簧被压缩一样)而具有排斥势能，也可能由于高分子之间的电性斥力(对带电高分二于而言)或水化膜。因此，高分子物质投量过少，不足以将胶粒架桥连接起来，投量过多又会产生胶体保护作用，最佳的投量应是既能把胶粒快速絮凝起来，又可使絮凝起来的最大胶粒不易脱落。分子量大对搭桥有利，絮凝效率高，但并不是越大越好。因为搭桥过程中也会发生链段间的重叠，从而产生一定的排斥作用。分子量过高时，这种排斥作用可能会削弱搭桥作用，而使絮凝效果变差。另一需要考虑的因素是高分子电解质的带电状态。高分子电解质的离解度越大，分子越扩展，这有利于搭桥：但另一方面，倘若高分子电解质的带电符号与质点的相同，则高分子带电越多，越不利于它在质点上吸附，因此存在一个最佳离解度。2．4影响絮凝效果的主要因素絮凝作用是复杂的物理和化学过程，絮凝处理效果是多种因素综合作用的结果。各影响因素也是复杂的和多方面的，处理过程中的每一个环节都很重要，忽视任何一方面都有可能导致絮凝处理的失败【!¨。2．4．1絮凝剂种类的影响混凝剂的选择主要取决于胶体和细微悬浮物的性质、浓度。如水中污染物主要呈胶体状态，且亏电位较高，则应先选无机混凝剂使其脱稳凝聚，如絮体细小，还需投加高分子混凝剂或配合使用活化硅胶等助凝剂。很多情况下，将无机混凝剂与高分子混凝剂并用，可明显提高混凝效果，扩大应用范围。对于高分子而言，链状分子上所带电荷量越大，电荷密度越高，链越能充分延伸，吸附架桥的空间范围也就越大，絮凝作用就越好。一般分子量越大，桥联越有利，絮凝效果越高。具有絮凝能力的高分子分子量一般至少在106左右。但分子量也不能太大，否则溶解困难，且吸附的胶粒间距离太远，不易聚集，絮凝效果将变差。2．4．2絮凝剂投加量的影响对任何混凝处理，都存在最佳混凝剂和最佳投药量，应通过试验确定。一般的投量范围是：普通铁盐、铝盐为l旺lOOmg／L：聚合盐为普通盐的l／2一l／3；有机高分子．13． 东北大学硕士学位论文第2章絮凝机理及絮凝荆发展概况混凝剂l—mg，L，投量过多可能造成胶体再稳，这是因为产生桥联作用的必要条件是胶粒表面存在空白点，若高分子浓度太大时，胶粒表面完全被高分子覆盖，无法通过桥联而发生絮凝，反而会起稳定作用。据研究分析，最佳浓度大约为胶粒表面高分子吸附量为饱和吸附量的一半时的浓度，这时相当于胶粒表面一半被高分子所覆盖，架桥机遇最大。2．4．3水的pH值影响pH值对絮凝作用的影响是非常大的。pH值对胶体颗粒的表面电荷的电位、絮凝剂的性质和作用等都有很大的影响。pH值对溶胶的影响，主要表现在胶体颗粒的电荷和电泳速度随pH值的变化而变化。pH值降低时，阳性溶液由于吸附了大量的H+，而使颗粒的电荷增大，点速度加快；pH值升高则得到与之相反的结果。对于阴性溶液，pH值上升，颗粒群吸附0H一增多．电荷增加，电泳速度加快，pH值下降则相反。pH值对上述颗粒电荷的影响，最终归结为对絮体成长和沉降量的影响。一般情况下，阳铝盐、铁盐等无机絮凝剂适合于碱性和中性的环境下使用。阳离子型的有机高分子絮凝剂适合于酸性和中性的环境，阴离子型的有机高分子絮凝剂适合于中性和碱性环境，而非离子型的有机高分子絮凝剂适合于从酸性到碱性的环境下使用。2．4．4温度的影响水的温度是絮凝反应、絮体成长、沉降分离等过程的重要控制因素。一般情况下，水温升高絮凝效果则随之提高，这主要是因为化学反应加快，水溶液黏度下降，絮凝凝聚分子扩散速度增加，絮体成长速度加快，因而促进了絮凝和沉降。一般而言，水温从24℃降低到O"C以下时，絮体生成速度降低约30％。在低温条件F，必须增加絮凝剂用量，同时，温度降低，水的黏度增大，从而增加水对絮凝体的撕裂作用，使絮体变得细小，不易分离。另一方面，水温过高，化学反应速度加快，形成的絮凝体细小，并使絮凝体的水合作用增加，导致污泥含水量高，体积大，难以处理。因此水温过高或过低，对絮凝作用皆4：利。2．4．5搅拌强度和时间的影响在化学絮凝法处理废水中，搅拌是一项必要的因素。。投加絮凝剂之后，为了增加颗粒碰撞频率，往往要进行搅拌，搅拌的速度和时间选择得恰当，可以加速絮凝过程，提高絮凝效果。～般在絮凝剂溶解阶段以强搅拌为好，在絮体成长阶段，缓速搅拌。．14． 东北大学硕士学位论丈第2章絮凝机理及絮凝荆发展概况2．4．6水中杂质成分及共存盐类的影响废水中存在的离子种类和数量，对胶体的稳定性和絮凝体的成长都有影响。例如，废水中普遍存在的S042一和CI一，S042-能扩大硫酸铝的絮凝pH值范围，而C厂的这种作用则较小。当水中的NaCI含量在500x10■以上时，絮体的形成受到阻碍而变成微细絮体。2．4．7高分子絮凝剂的性质和结构对絮凝作用的影响对于高分子絮凝剂，包括有机高分子絮凝剂和无机高分子絮凝剂，其结构和性质对絮凝作用影响很大。无机高分子絮凝剂的聚合度越大，则其电中和能力和吸附架桥功能越强。而对于有机絮凝剂来说，除了聚合度(即相对分子质量要求大于2×105)以外，线性结构的絮凝剂，其絮凝作用大，而成环状或支链结构的有机高分子絮凝剂，其絮凝效果则较差。有机高分子絮凝剂的官能团，对絮凝剂的性质起着决定性的作用。2．4．8混凝剂投加顺序的影响当使用多种混凝剂时，其最佳的投加顺序通过试验确定。一般而言，当无机混凝剂与有机混凝剂并用时，先投加无机混凝剂，再投加有机混凝剂。但当处理的胶粒在501am以上时，常先投加有机混凝剂吸附架桥，再加无机混凝剂压缩双电层而使胶体脱稳。．15． ．16．^pl 东北大学硕士学位论文第3章絮凝法处理瓦斯泥废水实验研究本实验利用无机絮凝剂进行强化絮凝处理瓦斯泥废水的研究，考察无机絮凝剂去除瓦斯泥废水中污染物的效能，同时试验了有机高分子絮凝剂与无机高分子絮凝剂复配使用时对处理效果的影响。3．1实验材料3．1．1实验仪器722型可见光光度计一台；PB—10酸度计一台；电炉一台3．1．2实验试剂1．凝聚剂：CaO(1％)2．絮凝剂：聚合氯化铝PAC(质量浓度1％)；聚合硫酸铁PFS(质量浓度1％)；阳离子型聚丙烯酰胺CPAM(质量浓度1％o，分子质量106_107)3．pH调整剂：硫酸(10％)；氢氧化钠(10％)3．1．3实验水样采自鞍钢集团鞍矿公司齐大山铁矿选矿厂过滤车间瓦斯泥污水来水。3．2测试方法和实验方法3．2．1测试方法1．分光光度法概述分光光度法是基于物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方法，包括比色法、可见及紫外分光光度法和红外光谱发等。本实验采用可见光分光光度法。许多物质是有颜色的，而有色溶液颜色的深浅与这些物质的浓度有关。溶液愈浓，颜包愈深。因此，可以用比较颜色的深浅来测定物质的浓度，这种测定方法就称为比色分析法。随着现代测试仪器的发展，目前已普遍的使用分光光度计进行比色分析。借助分光光度计的分析方法称为分光光度法。这种方法所测试液物质的量浓度下限可达lO击一1ff5mol／L，具有较高的灵敏度，适用于微量组分的测定。分光光度法测定的相对误差约为2％一5％，可以满足微量组分测定对准确度的要求。另外，分光光度法具有选择性好、测定迅速、仪器操作简单、应用范围广等特点，几乎所有的无机物质和许多有机物质都能用此法测定。因此，分)匕光度法对生产或科研都有极其重要的意义㈣。．17． 东北大学项士学位论丈第3章絮凝法处理瓦斯泥废水实验研究2．基本原理当一束强度为I。的平行单色光通过有色溶液时，一部分被溶液吸收，一部分被器皿表面反射，一部分则透过溶液。设入射光强度为厶，吸收光强度为，。，反射光强『变为，，，透射光强度为L，则Io=Ia+‘+L(3．1)在分光光度计中进行测量时，都是采用相同的比色皿，I，可以认为是常数，且可忽略不计，则Io=I口+I，(3．2)透过光强度L与入射光强度，。之比称为投射比或透光度，用r表示r=丢协3，从式(3．3)可以看出，溶液的透射比愈大，表示它对光的吸收愈小；相反，透射比愈小，它对光的吸收愈大。实践证明，溶液对光的吸收程度与溶液浓度、液层厚度及入射光波长等因素有关。朗伯(LambertJH)一比尔(BccrA)分别于1760年和1852年研究了光的吸收与溶液层厚度及溶液浓度的定量关系(入射光波长保持不变)，二者结合称为朗伯一比尔定律，也称光的吸收定律，即：当一束强度为，。的平行单色光垂直通过长度为b的液层、浓度为c的溶液时，光的强度减弱为J，则彳-lg争=勋c(3．4)式中，A为吸光度；K为比例常数，它与吸光物质的性质、入射光波长及温度等因素有关。式(3-4)是朗伯一比尔定律的数学表达式。它表明：当一束单色光通过含有吸光物质的溶液后．溶液的吸光度与吸光物质的浓度及吸收层厚度成正比。本实验即根据这～定律进行处理后废水上清液颗粒物质浓度的测定。3．曲线的绘制(1)取500raL的瓦斯泥废水于烧杯中，之后将其放在电炉上兢热至沸腾，同时不断用玻璃棒进行搅拌直至水蒸干； 东北大学硕士学位论丈第3章絮凝法处理瓦斯泥废水实验研究(2)将所得固体颗粒物质放在研钵中进行研磨，取研磨后的粉末状固体物质分别配制5、lO、15、20、25、30、40、50、60、70、80、90、100me／L的标准溶液。(3)用分光光度计分别测定标准溶液的吸光度值，每组标准溶液测量五次以消除测量误差，取平均值作为该组溶液的吸光度值。然后绘制吸光度一浓度标准曲线。3．2．2实验方法mIIJl1．在自然pH条件下，对三种絮凝剂做絮凝沉降试验，试验步骤如下：量取500mL瓦斯泥水试样于500mL量筒中，加入下述量的絮凝剂，搅拌后静置，同时开始计时。(1)聚丙烯酰胺(PAM)絮凝效果及其最佳用量。采用聚丙烯酰胺(PAM)做絮凝沉降试验，药剂用量分别为2．5、3．0、3．5、4．0、4．5mg／L水。每组实验中在0．5、l、1．5、2、3、5、7、10min时，用移液管取上清液测定其吸光度值。(2)聚合氯化铝(PAC)絮凝效果及其最佳用量。采用聚合氯化铝(PAC)做絮凝沉降试验，药剂用量分别为450、500、550、600、650mg／L水。每组实验中在l、2、3、5、7、10min时，用移液管取上清液测定其吸光度值。(3)聚合硫酸铁(PFS)絮凝效果及其最佳用量。采用聚合硫酸铁(PFS)做絮凝沉降试验，药剂用量分别为50、100、150、200、250mg／L水。每组实验中在l、2、3、5、7、10min时，用移液管取上清液测定其吸光度值。通过以上沉降试验得出三种絮凝剂的最佳使用量。2．在絮凝剂的最佳用量的条件下，改变瓦斯泥水的pH，分别在pH=9、8、7、6时重复上述实验过程。比较三种絮凝齐JJ(PAM、PAC、PFS)的沉降效果，确定其使用的最佳pH。3．在最佳的使用条件下，两种混凝剂相互配合使用时的处理效剁3¨。(1)PAM和CaO配合使用的絮沉降试验使得PAM的用量为最佳用量，pH为最佳值，CaO的使用量分别取为l、3、6、9mg／L时重复上述絮凝沉降试验，观察最后的絮凝情况，确定PAM和CaO的最佳配比。．19． 东北大学硕士学位论文第3章絮凝法处理瓦斯泥废水实验研究(2)P：AC和CaO配合使用的絮凝试验使得PAC的用量为最佳用量，pH为最佳值，CaO的使用量分别取为l、3、6、9mg／L时重复上述絮凝沉降试验，观察最后的絮凝情况，确定PAC和CaO的最佳配比。(3)PFS和CaO配合使用的絮凝试验使得PFS的用量为最佳用量，pH为最佳值，CaO的使用量分别取为l、3、6、9mg／L时重复上述絮凝沉降试验，观察最后的絮凝情况，确定PFS和CaO的最佳配比。根据上述及三组试验，可确定PAM、PAC、PFS分别与CaO配合使用时两种絮凝剂的最佳配比方案。3．3所用絮凝剂简介如果水中的污染物主要是细微悬浮物或次生化学沉淀物，可单独采用高分子混凝荆：若污染物主要是胶体状，且电位较高，则应首先投加高分子混凝剂或配合使用活性硅酸等助凝剂。很多情况下，往往将无机混凝剂与高分子混凝剂并用的，这样可明显提高混凝效果，扩大应用范围，且可降低各自的用量。本试验即采用此方法。本实验选择聚合氯化铝、聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺作为高分子絮凝剂，选用氧化钙作为无机混凝剂132．341。3．3．1聚合氯化铝(1)性状聚合氯化铝[Poly(aluminiumchloride)，PAC]翔J名聚铝、聚合铝、碱式氯化铝、羟基氯化铝、硫酸羟基氯化铝。分子式不明，一般表示为[A12(OH)。Cl钿·XH20]m，(m