摘要：焦化廢水成分復雜，本文利用聚合氯化鋁作為混凝劑處理焦化廢水，在投加量一定的條件下通過實驗分析堿化度和pH值對混凝效果及殘留鋁量的影響。
焦化廢水是煤制焦炭，煤氣凈化以及焦化產品回收精制過程中產生的廢水，含有多種有機污染物和無機污染物。焦化廢水對水體的危害較大，直接排放將會造成水體缺氧，危害水體生物，導致水質惡化，使環境遭受嚴重的破壞其至會威脅人類的健康。對焦化廢水進行深度處理是當前焦化行業必不可少的工序。
聚合氯化鋁（縮寫PAC）是一種新型無機高分子凈水劑。在城市用水和工業廢水處理工藝中，PAC具有混凝性能好、絮體大、用量少、效率高、沉淀快、適用范圍廣等優點。本文通過使用自制PAC對焦化廢水進行系統地混凝實驗，探討焦化廢水處理過程中一定投加量下較佳堿化度和pH適用范圍。水體經聚合氯化鋁混凝處理后，部分鋁殘留于水體中，過量的鋁離子如果進入人體將會沉積在大腦內，導致腦損傷，造成嚴重的記憶力喪失，出現早老性癡呆癥；此外殘留的鋁鹽對微生物的生長也有一定的抵制作用。因此，使用鋁系混凝劑PAC需要對處理后出水的殘留鋁量進行檢測。
1、聚合氯化鋁混凝機理
聚合氯化鋁的混凝機理主要有三種：
一是吸附理論，即鋁鹽水解形成的溶解性聚合物質吸附于膠體上，利用電中和使得膠體脫穩；
二是吸附架橋理論，即鋁鹽的水解產物一中性氫氧化鋁聚合物可起架橋作用吸附在膠粒表面而產生絮體顆粒；
三是卷掃網捕理論，即膠體顆粒被氫氧化鋁沉淀物網捕，它的實質是通過吸附和卷掃網捕作用使水溶液中的溶質、膠體或懸浮物顆粒脫穩而產生絮狀物或絮狀沉淀物，從而達到凈化效果。
2、實驗材料與過程
2.1 聚合氯化鋁的制備
采用緩慢滴堿法，將適量的濃度為0.5mol/L AlCl3置于錐形瓶中，在劇烈攪拌條件下，用滴定管緩慢滴加NaOH溶液至預先設定的[OH]/[Al]，即堿化度分別為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5，滴加速率約為0.5ml/min，堿液全部滴加完畢后繼續攪拌2h，定容至100mL，濃度為0.1mol/L，于冰箱內靜置24h。
2.2 混凝實驗
PAC在投加量（以Al計）為1.5mmol/L的條件下，對山東某焦化廠生化廢水（COD=320mg/L、濁度=54NTU、pH=5.5），在JBY-Ⅱ型絮凝攪拌儀上進行燒杯混凝試驗，每個400mL的燒杯放置200mL的水樣，加入一定量的絮凝劑后，先以120r/min的速度攪拌1min，再以40r/min的速度攪拌5min，靜置沉淀30min后，取上清液，通過重鉻酸鉀加熱回流、光電式混濁度儀及EDTA和ZnCl2配位滴定法分別測定混凝后水體的COD、濁度及殘留鋁量。
3、實驗結果與分析
混凝處理焦化廢水后COD、濁度和殘留鋁量的分析結果見表1和表2所示。
表1 不同堿化度混凝實驗結果
| B | COD/mg·L-1 | 濁度 | 殘留鋁量/mg·L-1 |
| 0.5 | 157 | 8.9 | 171 |
| 1.0 | 151 | 7.6 | 160 |
| 1.5 | 119 | 6.0 | 118 |
| 2.0 | 135 | 7.8 | 138 |
| 2.5 | 129 | 7.0 | 126 |
表2 堿化度B=1.5不同pH混凝實驗結果
| pH | COD/mg·L-1 | 濁度 | 殘余鋁量/mg·L-1 |
| 4 | 168 | 19.1 | 20.2 |
| 5 | 152 | 7.9 | 15.8 |
| 6 | 140 | 5.8 | 6.0 |
| 7 | 101 | 5.1 | 5.9 |
| 8 | 124 | 5.0 | 5.7 |
| 9 | 139 | 10.0 | 6.5 |
3.1 堿化度對混凝效果回及殘留鋁量的影響
由表1可知，投加量一定時不同堿化度下，PAC的混凝去除COD和濁度的效果及殘留鋁量的變化規律是保持一致的。當堿化度B＜1.5時，COD和濁度的去除效果較差，殘留鋁量較高；當堿化度B=1.5時，COD和濁度的去除效果較佳，殘留鋁量較低；當 堿化度B＞1.5時，COD和濁度的去除效果有所降低，殘留鋁量有所增加；B=2.5時，COD和濁度的去除效果又有所回升，殘留鋁量又有所下降。
投加量一定時不同堿化度的PAC去除COD和濁度效果與廢水的水質和PAC的形態有關。焦化廢水含有大量的酚類等帶苯環的有機物，帶有負電荷。對于不同堿度的PAC處理焦化廢水的混凝效果大致可分為三個階段：
（1）無明顯凝聚，即B值較低時不足以形成顯著凝聚，此時混凝效果較差，COD和濁度的去除率較低；
（2）凝聚脫穩，即隨B增加后產生明顯的凝聚作用，本文中，B=1.5時COD和濁度的去除效果達較佳。主要是因為堿化度在1.5左右時PAC中的Al主要以帶有正電荷的單體態或雙核羥基鋁為主，廢水中大量的陰離子與帶正電荷的Al離子發生電中和，并壓縮擴散層厚度，降低膠體顆粒表面動電位，使膠體脫穩而絮凝沉降；
（3）再穩，即當B值繼續增加時，膠體重新穩定，COD和濁度的去除效果反而趨向惡化。
通過比較堿化度B對COD和濁度去除效果的影響，推測堿化度對殘留鋁量的影響原因可能是B值較小時， 混凝劑PAC中主體為單體鋁或鋁的二聚體，混凝效果較差，鋁在溶液中殘留量高；隨著B值升高，大多數鋁鹽的水解聚合物與水體中的顆粒物形成絮體下沉，殘留在水體中的鋁量降低，當堿化度B=1.5時，達到較低值；當B值增加至2.0時，受OH影響混凝效果不如B=1.5的PAC，殘留鋁量增加。當B為2.5時，AI主要以高聚合態及溶膠態的鋁水解聚合產物存在，可發揮其良好的吸附和卷掃網捕作用，具有良好的混凝效果，使殘留在水體中的鋁量較少。
3.2 pH對絮凝效果及殘留鋁量的影響
由表2可知，在投加量一定相同堿化度且不同pH條件下，PAC對焦化廢水進行混凝實驗發現pH對COD和濁度的去除及殘留鋁量影響非常明顯。pH低于7時，隨著pH的增加，COD和濁度的去除效果增強，殘留鋁量明顯降低；當pH在7-8時，COD和濁度的去除效果達較佳，殘留鋁量變化不大；隨著pH的進一步增加，PAC對COD和濁度去除效果又趨向惡化，殘留鋁量有所升高。這主要是因為pH影響著PAC中Al的形態，在pH較低的條件下，Al主要以低電荷的單體鋁形態存在，隨著體系pH值上升，低電荷的Al含量逐漸減少，高電荷多聚物含量有所增加，電中和粘結架橋能力增強，對COD和濁度的去除效果也增強， 當pH在中性范圍內時，由于PAC水解生成大量的Al(OH)3 ，無定形沉淀物易于下沉，水體中可溶性鋁含量較低，使得水體中鋁的殘留量下降至較低點；而在堿性條件下，PAC中的鋁逐漸水解轉化成了電荷較低的溶膠一沉淀形態，電中和能力下降且生成了較多帶負電荷的溶解形態，COD和濁度的去除效果減弱，鋁的殘留量也隨著pH的升高而增加。因此對于pH值較高或較低的焦化廢水，加酸或堿調到中性范圍，對保證混凝效果，減少殘留鋁量是非常必要的。
此外鋁系混凝劑在逐級水解時，都釋放出H+，使原水體pH略有降低。當pH偏離鋁鹽適宜pH范圍時，高電荷低聚合度產物偏多，雖然有利于壓縮雙電層，使膠粒脫穩，但混凝作用差，整個混凝效果不佳。因此，為取得較好的混凝效果，原水體應有一定的堿度，當堿度不足時應投加一定量的堿。
4、結論
4.1 當投加量一定不同堿化度下自制PAC處理焦化廢水時，PAC混凝去除COD和濁度的效果及殘留鋁含量的變化規律是保持一致的。COD降得越多，濁度的去除效果越好，水體中的殘留鋁含量越少。當堿化度B=1.5時，COD和濁度的去除效果較佳，殘留鋁含量較低。
4.2 采用合成的PAC處理焦化廢水，當投加量一定時，pH在中性范圍內，COD和濁度的去除效果較佳，殘留鋁含量較低。
投加量一定的條件下進行試驗操作時，控制堿化度為1.5，調節pH在中性范圍內，處理該廠焦化廢水，混凝效果較佳，殘留鋁量較低。
