畢業(yè)論文---混凝吸附方法深度處理焦化廢水的研究

1、<p>　　混凝吸附方法深度處理焦化廢水的研究</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本文以焦化廢水二級生化出水為研究對象，采用膨潤土、改性雙氰胺PAC、PAM作為基本材料，對焦化廢水進(jìn)行深度處理。本課題探討了膨潤土的量、氫氧化鈣的量、雙氰胺改性絮凝劑的用量、PAC和PAM對焦化廢水COD和色度的影響。試驗(yàn)結(jié)果顯示：膨潤土具有較高的吸

2、附性能，當(dāng)膨潤土添加量為3.3g/L、PAC添加量為1.98g/L、PAM添加量為0.132g/L時，COD去除率達(dá)到59.2%，脫色率達(dá)到90.3%；改性雙氰胺絮凝劑對焦化廢水的色度有極高的去除作用，脫色率可達(dá)到91%以上，但對焦化廢水的COD去除效果不明顯。通過正交試驗(yàn)，確定焦化廢水深度處理的最佳反應(yīng)條件為：膨潤土3.96g/L，氫氧化鈣0.297g/L，改性雙氰胺3.96ml/L，PAC 1.98g/L，PAM 0.132g/L。

3、經(jīng)本方法處理后，焦化廢水的COD從180mg/L降到63mg/L，色度從250降低至50以下，達(dá)到國家《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996 一級標(biāo)準(zhǔn)）。</p><p>　　關(guān)鍵詞：膨潤土；改性雙氰胺；焦化廢水；COD；脫色</p><p>　　Study on Advanced Treatment of Coking Wastewater by Coagulation and A

4、dsorption</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In this paper, montmorillonite, modified dicyandiamide, polyaluminium chloride and Polyacrylamide were selected as experimental materials

5、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 color were diss

6、cussed too. Results were as follows: montmorillonite exhibited high adsorption capacity. The removal rate of COD and color for coking wastewat</p><p>　　The optimal process conditions based on orthogonal expe

7、riment were: montmorillonite 3.96g/L, Ca(HO)2 0.198g/L, modified dicyandiamide 3.96ml/L, polyaluminium chloride 1.98g/L and Polyacrylamide 0.132g/L. The COD value of treated coking wastewater decreased to 63mg/L and colo

8、r below 50 under optimal conditions, which reached I-class criteria specified in “Integrated Wastewater Discharge Standard” (GB 8978-1996). </p><p>　　Key word: montmorillonite; Modified dicyandiamide; Cokin

9、g wastewater；COD; chromaticity</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p><b>　　1.1 引言1</b></p><p>　　1.2 焦化廢水的來源及特點(diǎn)2</p><p>　　1.3 焦化廢水的處理技術(shù)現(xiàn)狀3</p>

10、<p>　　1.4 焦化廢水的深度處理技術(shù)4</p><p>　　1.4.1 生物法4</p><p>　　1.4.2 化學(xué)處理法4</p><p>　　1.4.3 物理處理法6</p><p>　　1.5 本研究的的目的及意義7</p><p>　　2、實(shí)驗(yàn)材料及方法7</p>

11、<p>　　2.1 實(shí)驗(yàn)材料7</p><p>　　2.1.1焦化廢水7</p><p>　　2.2 實(shí)驗(yàn)原料及儀器8</p><p>　　2.2.1 實(shí)驗(yàn)原料8</p><p>　　2.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器10</p><p>　　2.3水質(zhì)分析方法10</p><p>

12、;　　2.4 實(shí)驗(yàn)裝置11</p><p>　　3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析13</p><p>　　3.1 PAC/ PAM對焦化廢水色度及COD去除率的影響13</p><p>　　3.1.1實(shí)驗(yàn)過程13</p><p>　　3.1.2 結(jié)果與分析13</p><p>　　3.2 不同量的膨潤土對焦化廢水的色度及C

13、OD的影響14</p><p>　　3.2.1 實(shí)驗(yàn)過程14</p><p>　　3.2.2 結(jié)果與分析14</p><p>　　3.3 氫氧化鈣添加量對焦化廢水的色度及COD的影響16</p><p>　　3.3.1 實(shí)驗(yàn)過程16</p><p>　　3.3.2結(jié)果與分析16</p>&l

14、t;p>　　3.4 雙氰胺改性絮凝劑對焦化廢水的色度及COD的影響17</p><p>　　3.4.1 實(shí)驗(yàn)過程17</p><p>　　3.4.2 結(jié)果與分析18</p><p>　　3.5 最佳配比正交試驗(yàn)19</p><p>　　3.5.1 實(shí)驗(yàn)過程20</p><p>　　3.5.2結(jié)果與討

15、論21</p><p>　　3.5.3 成本分析22</p><p>　　附圖：試驗(yàn)結(jié)果對比24</p><p><b>　　4．結(jié)論29</b></p><p><b>　　致謝30</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：31</b>

16、;</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1 引言</b></p><p>　　水資源是指由當(dāng)?shù)亟邓a(chǎn)生的，可以用于人們生產(chǎn)與生活各類用途，存在于河流、湖泊、地下含水層中的逐年可更新的動態(tài)水資源，主要包括地表水和地下水。水資源具有循環(huán)性和有限性、時空分布不均勻性、不可替代性、經(jīng)濟(jì)上

17、的利害兩重性等四種特性。 我國是一個水資源缺乏的國家，人均水資源只有世界平均水平的四分之一，被聯(lián)合國列為13個貧水國之一。水資源緊缺的問題已經(jīng)制約了國民經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展，雖然這些年來我國一直強(qiáng)調(diào)節(jié)約用水，但各地的用水量和排水量不斷增長，水污染也不斷加劇。因此，開展污水回用工作，已經(jīng)迫在眉睫。缺水和環(huán)保已經(jīng)成為制約高耗水、多污染石化企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。近些年來隨著人類環(huán)保意識的不斷提高，對于生存的環(huán)境，特別是對水、空氣等加大了對其處理，

18、高科技的投入。在人類造成的污水當(dāng)中有的成分較簡單、生物降解性較好、濃度較低的工業(yè)有機(jī)廢水都可通過組合傳統(tǒng)工藝而得以處理，但對于高濃度高毒性廢水，如焦化、染料、制藥等廢水則因技術(shù)和經(jīng)濟(jì)原因，治理難度較大。而我國又是焦化廢水（焦炭）生產(chǎn)和應(yīng)用大國，因此產(chǎn)生了大量的處理難度較大的焦化廢水，焦化廢水中有機(jī)成分復(fù)雜且含有一些有毒的物質(zhì)[1]。</p><p>　　1.2 焦化廢水的來源及特點(diǎn)</p><

19、p>　　焦化生產(chǎn)過程中排放出大量含酚、氰、油、氨氮等有毒、有害物質(zhì)的廢水。焦化廢水主要來自煉焦和煤氣凈化過程及化工產(chǎn)品的精制過程，其中以蒸氦過程中產(chǎn)生的剩余氨水為主要來源。蒸氨廢水是混合剩余氨水蒸餾后所排出的廢水。剩余氨水是焦化廠最重要的酚氰廢水源，是含氨的高濃度酚水，由冷凝鼓風(fēng)工段循環(huán)氨水泵排出，送往剩余氨水貯槽。剩余氨水主要由三部分組成：裝爐煤表面的濕存水、裝爐煤干餾產(chǎn)生的化合水和添加入吸煤氣管道和集氣管循環(huán)氧水泵內(nèi)的含油工藝

20、廢水。剩余氨水總量可按裝爐煤14％計。剩余氨水在貯槽中與其它生產(chǎn)裝置送來的工藝廢水混合后，稱為混合剩余氨水?；旌鲜Ｓ喟彼娜ハ颍械氖侵苯诱舭?，有的是先脫酚后蒸氨，有的是與富氨水合在一起蒸氨，還有的是與脫硫富液一起脫酸菜氨，脫酸蒸氨前要進(jìn)行過濾除油[8]。</p><p>　　焦化廢水所含污染物包括酚類、多環(huán)芳香族化合物及含氮、氧、硫的雜環(huán)化合物等，是一種典型的含有難降解的有機(jī)化合物的工業(yè)廢水。焦化廢水中的易降解

21、有機(jī)物主要是酚類化合物和苯類化合物，砒咯、萘、呋喃、瞇唑類屬于可降解類有機(jī)物。難降解的有機(jī)物主要有砒啶、咔唑、聯(lián)苯、三聯(lián)苯等[9]。</p><p>　　焦化廢水的水質(zhì)因各廠工藝流程和生產(chǎn)操作方式差異很大而不同。一般焦化廠的蒸氨廢水水質(zhì)如下：CODcr3000－3800mg／L、酚600－900mg／L、氰10mg／L、油50－70mg/L、氨氮300mg/L左右。如果CODcr按3500mg／L計，氨氮按280

22、mg/L計，則每噸焦炭最少可產(chǎn)生0.65kgCODcr和0.05kg氨氮，全國機(jī)焦產(chǎn)量為7000萬噸，則每年可產(chǎn)生45500噸CODcr和3500噸氨氮，如果污水不處理，將對環(huán)境造成多么大的污染[13]。</p><p>　　1.3 焦化廢水的處理技術(shù)現(xiàn)狀</p><p>　　焦化廢水的處理，一直是國內(nèi)外污水處理領(lǐng)域的一大難題，幾十年來尚未出現(xiàn)突破性的研究成果。廢水中污染物成份復(fù)雜，含有揮

23、發(fā)酚、多環(huán)芳烴和氧、硫、氮等雜環(huán)化合物，屬較難生化降解的高濃度有機(jī)工業(yè)廢水。目前焦化廢水一般按常規(guī)方法先進(jìn)行預(yù)處理，然后進(jìn)行生物脫酚二次處理。但是，焦化廢水經(jīng)上述處理后，外排廢水中氰化物、COD及氨氮等指標(biāo)仍然很難達(dá)標(biāo)。其廢水處理工藝如圖1.1。</p><p>　　圖1.1焦化廢水典型處理工藝流程</p><p>　　1.4 焦化廢水的深度處理技術(shù)</p><p&g

24、t;　　焦化廢水一般要通過預(yù)處理(一級處理)、二級處理(一般采用生化處理)和深度處理才能排放。但是，焦化廢水在二級出水中COD和色度等指標(biāo)往往是超標(biāo)的，所以要進(jìn)行三級深度處理。目前，焦化廢水深度處理的方法主要有以下幾種：</p><p>　　1.4.1 生物法 【1】</p><p>　　生物處理法是利用微生物氧化分解廢水中有機(jī)物的方法，常作為焦化廢水處理系統(tǒng)中的深度處理。目前，活性污泥

25、法是一種應(yīng)用最廣泛的焦化廢水好氧生物處理技術(shù)。這種方法是讓生物絮凝體及活性污泥與廢水中的有機(jī)物充分接觸；溶解性的有機(jī)物被細(xì)胞所吸收和吸附，并最終氧化為最終產(chǎn)物（主要是CO2）。非溶解性有機(jī)物先被轉(zhuǎn)化為溶解性有機(jī)物，然后被代謝和利用。</p><p>　　近年來，人們從微生物、反應(yīng)器及工藝流程幾方面著手，研究開發(fā)了生物強(qiáng)化技術(shù)：生物流化床，固定化生物處理技術(shù)及生物脫氮技術(shù)等。這些技術(shù)的發(fā)展使得大多數(shù)有機(jī)物質(zhì)實(shí)現(xiàn)了生

26、物降解處理，出水水質(zhì)得到了很大改善，使得生物處理技術(shù)成為一項(xiàng)很有發(fā)展前景的廢水處理技術(shù)。合肥鋼鐵集團(tuán)公司焦化廠、安陽鋼鐵公司焦化廠、昆明焦化制氣廠采用A/O（缺氧/好氧）法生物脫氮工藝，運(yùn)行結(jié)果表明該工藝運(yùn)行穩(wěn)定可靠，廢水處理效果良好，但是處理設(shè)施規(guī)模大，投資費(fèi)用高。上海寶鋼焦化廠將原有的A/O生物脫氮工藝改為A/OO工藝，污水處理效果優(yōu)于A/O工藝，運(yùn)行成本有所降低，效果明顯?？偟膩砜?，生物法具有廢水處理量大、處理范圍廣、運(yùn)行費(fèi)用相對

27、較低等優(yōu)點(diǎn)，改進(jìn)后的新技術(shù)使焦化廢水處理達(dá)到了工程應(yīng)用要求，從而使得該技術(shù)在國內(nèi)外廣泛采用。但是生物降解法的稀釋水用量大，處理設(shè)施規(guī)模大，停留時間長，投資費(fèi)用較高，對廢水的水質(zhì)條件要求嚴(yán)格，廢水的pH值、溫度、營養(yǎng)、有毒物質(zhì)濃度、進(jìn)水有機(jī)物濃度、溶解氧量等多種因素都會影響到細(xì)菌的生長和出水水質(zhì)，這也就對操作管理提出了較高要求[18]。</p><p>　　1.4.2 化學(xué)處理法【4】</p><

28、;p><b>　　1.化濕式氧化技術(shù)</b></p><p>　　催化濕式氧化技術(shù)是在高溫、高壓條件下，在催化劑作用下，用空氣中的氧將溶于水或在水中懸浮的有機(jī)物氧化，最終轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)N２和CO２排放。該技術(shù)的研究始于20世紀(jì)70年代，是在Zimmerman的濕式氧化技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。在我國，鞍山焦耐院與中科院大連物化所合作，曾經(jīng)成功地研制出雙組分的高活性催化劑，對高濃度的含氨氮

29、和有機(jī)物的焦化廢水具有極佳的處理效果。</p><p>　　濕式催化氧化法具有適用范圍廣、氧化速度快、處理效率高、二次污染低、可回收能量和有用物料等優(yōu)點(diǎn)。但是，由于其催化劑價格昂貴，處理成本高，且在高溫高壓條件下運(yùn)行，對工藝設(shè)備要求嚴(yán)格，投資費(fèi)用高，國內(nèi)很少將該法用于廢水處理。</p><p><b>　　2.臭氧氧化法</b></p><p>

30、;　　臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，能與廢水中大多數(shù)有機(jī)物，微生物迅速反應(yīng)，可除去廢水中的酚、氰等污染物，并降低其COD、BOD值，同時還可起到脫色、除臭、殺菌的作用。</p><p>　　臭氧的強(qiáng)氧化性可將廢水中的污染物快速、有效地除去，而且臭氧在水中很快分解為氧，不會造成二次污染，操作管理簡單方便。但是，這種方法也存在投資高、電耗大、處理成本高的缺點(diǎn)。同時若操作不當(dāng)，臭氧會對周圍生物造成危害。</p>&

31、lt;p><b>　　3.離子體處理技術(shù)</b></p><p>　　等離子體技術(shù)是利用高壓毫微秒脈沖放電所產(chǎn)生的高能電子（5～20 eV）、紫外線等多效應(yīng)綜合作用，降解廢水中的有機(jī)物質(zhì)。等離子體處理技術(shù)是一種高效、低能耗、使用范圍廣、處理量大的新型環(huán)保技術(shù)，目前還處于研究階段。有研究表明，經(jīng)等離子體處理的焦化廢水，有機(jī)物大分子被破壞成小分子，可生物降解性大大提高，再經(jīng)活性污泥法處理，

32、出水的酚、氰、COD指標(biāo)均有大幅下降，具有發(fā)展前景。但處理裝置費(fèi)用較高，有待于進(jìn)一步研究開發(fā)廉價的處理裝置。</p><p><b>　　4.光催化氧化法</b></p><p>　　光催化氧化法是由光能引起電子和空隙之間的反應(yīng)，產(chǎn)生具有較強(qiáng)反應(yīng)活性的電子（空穴對），這些電子（空穴對）遷移到顆粒表面,便可以參與和加速氧化還原反應(yīng)的進(jìn)行。光催化氧化法對水中酚類物質(zhì)及其他

33、有機(jī)物都有較高的去除率。高華等在焦化廢水中加入催化劑粉末，在紫外光照射下鼓入空氣，能將焦化廢水中的所有有機(jī)毒物和顏色有效去除。在最佳光催化條件下，控制廢水流量為3600 mL/h，就可以使出水COD值由472 mg/L降至100 mg/L以下，且檢測不出多環(huán)芳烴。</p><p>　　目前，這種方法還僅停留在理論研究階段。這種水處理方法能有效地去除廢水中的污染物且能耗低，有著很大的發(fā)展?jié)摿?。但是有時也會產(chǎn)生一些有

34、害的光化學(xué)產(chǎn)物，造成二次污染。由于光催化降解是基于體系對光能的吸收，因此，要求體系具有良好的透光性。</p><p><b>　　5.化學(xué)氧化技術(shù)</b></p><p>　　電化學(xué)水處理技術(shù)的基本原理是使污染物在電極上發(fā)生直接電化學(xué)反應(yīng)或利用電極表面產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性活性物質(zhì)使污染物發(fā)生氧化還原轉(zhuǎn)變。目前的研究表明，電化學(xué)氧化法氧化能力強(qiáng)、工藝簡單、不產(chǎn)生二次污染，是一

35、種前景比較廣闊的廢水處理技術(shù)。</p><p><b>　　6.化學(xué)混凝和絮凝</b></p><p>　　化學(xué)混凝和絮凝是用來處理廢水中自然沉淀法難以沉淀去除的細(xì)小懸浮物及膠體微粒，以降低廢水的濁度和色度，混凝法的關(guān)鍵在于混凝劑。目前一般采用聚合硫酸鐵作混凝劑,對CODcr的去除效果較好,但對色度、F-的去除效果較差。浙江大學(xué)環(huán)境研究所盧建航等針對上海寶鋼集團(tuán)的焦化

36、廢水，開發(fā)了一種專用混凝劑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：混凝劑最佳有效投加量為300 mg/L，最佳混凝pH范圍為6.0~6.5；混凝劑對焦化廢水中的CODCr、F-、色度及總CN都有很高的去除率,去除效果受水質(zhì)波動的影響較小，混凝pH對各指標(biāo)的去除效果有較大的影響。絮凝劑在廢水中與有機(jī)膠質(zhì)微粒進(jìn)行迅速的混凝、吸附與附聚，可以使焦化廢水深度處理取得更好的效果。馬應(yīng)歌等在相同條件下用3種常用的聚硅酸鹽類絮凝劑(PASS,PZSS,PFSC)和高鐵酸鈉(

37、Na2FeO4)處理焦化廢水,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,高鐵酸鈉具有優(yōu)異的脫色功能，優(yōu)良的COD去除、濁度脫除性能，形成的絮凝體顆粒小、數(shù)量少、沉降速度快、且不形成二次污染。</p><p>　　1.4.3 物理處理法【5】</p><p>　　物理處理法中常用的為吸附法。作為一種廢水處理技術(shù)，吸附法能有效去除廢水中的污染物。吸附法是利用吸附劑的強(qiáng)吸附能力和大比表面積，將水中的雜質(zhì)吸附，從而達(dá)到使水凈

38、化的目的。目前常用的吸附劑有活性炭、粉煤灰、膨潤土、沸石、樹脂等。</p><p>　　活性炭孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐強(qiáng)酸堿、耐高溫、具有良好的吸附性能，是一種常用的吸附劑。活性炭具有良好的吸附性能和穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，是最常用的一種吸附劑?；钚蕴课椒ㄟm用于廢水的深度處理。但是，由于活性炭再生系統(tǒng)操作難度大，裝置運(yùn)行費(fèi)用高，在焦化廢水處理中未得到推廣使用。</p><p>　　1.5

39、 本研究的的目的及意義</p><p>　　在焦化廢水處理中，根據(jù)目前的焦化廢水的處理現(xiàn)狀，可以發(fā)現(xiàn)大多數(shù)企業(yè)二級生化出水中污染物指標(biāo)仍然很高，尤其是COD和色度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過《污水綜合處理標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）一級要求。主要表現(xiàn)在焦化廢水成分復(fù)雜且色度、COD很高，嚴(yán)重影響到焦化廢水的回用，因此需要對二級生化出水進(jìn)行深度處理?；炷恋硎浅Ｓ玫囊环N處理方法，常用的混凝材料有無機(jī)混凝劑、有機(jī)混凝劑以及粘土礦物

40、等。而在實(shí)際應(yīng)用中，有機(jī)藥劑對焦化廢水的深度處理效果好，見效快，但成本高，制備繁瑣，不穩(wěn)定。而無機(jī)藥劑成本低，制備簡單，但對廢水的處理效果一般，見效慢。因此本實(shí)驗(yàn)采取有機(jī)無機(jī)混合方法對焦化廢水進(jìn)行深度處理，使其達(dá)到見效快、處理好、成本低等等。近年來，有機(jī)無機(jī)混合絮凝劑在環(huán)境工程領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用范圍不斷增加，并成為國內(nèi)外眾多學(xué)者的研究熱點(diǎn)。</p><p>　　本文采用天然粘土類礦物（蒙脫石）和合成絮凝劑（雙氰胺改性絮

41、凝劑、聚合氯化鋁、聚丙烯酰胺），研究其對焦化廢水生化出水脫色和去除COD的影響，主要內(nèi)容包括：蒙脫石對焦化廢水脫色和去除COD的影響；雙氰胺改性絮凝劑對焦化廢水脫色和去除COD的影響；蒙脫石、雙氰胺改性絮凝劑、聚合氯化鋁、聚丙烯酰胺復(fù)配最佳條件研究。通過本項(xiàng)研究提高焦化廢水深度處理的途徑與技術(shù)，為蒙脫石和有機(jī)混合絮凝劑在環(huán)境領(lǐng)域的開發(fā)應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　2、實(shí)驗(yàn)材料及方法&l

42、t;/b></p><p><b>　　2.1 實(shí)驗(yàn)材料</b></p><p><b>　　2.1.1焦化廢水</b></p><p>　　本實(shí)驗(yàn)所處理的某焦化廠生化二級處理出水，顏色為橙色。具體理化指標(biāo)見表2.1。</p><p>　　表2.1 焦化廢水指標(biāo)</p>&l

43、t;p><b>　　注： pH值無量綱</b></p><p>　　表2.2 《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》---GB8978-1996</p><p>　　2.2 實(shí)驗(yàn)原料及儀器</p><p>　　2.2.1 實(shí)驗(yàn)原料</p><p>　　1．膨潤土：是以蒙脫石為主的含水粘土礦。其性質(zhì)主要取決于蒙脫石的屬性和相對含量，

44、通常蒙脫石含量大于60 %。蒙脫石的化學(xué)式可表示為：Al2O3·4SiO2·nH2O。蒙脫石礦物的晶體結(jié)構(gòu)是由兩層硅氧四面體中間夾一層鋁氫氧八面體組成，四面體和八面體由共用的氧原子聯(lián)結(jié)，如圖2.1所示，蒙脫石為2：1型粘土礦物。由于蒙脫石晶胞間由氧層與氧層相對之間的作用力是很弱的分子力，這使得水分子容易進(jìn)入晶胞間從而產(chǎn)生膨脹，同時晶胞間吸附有大量的不同種類與數(shù)量的陽離子，這些陽離子對膨潤土的性質(zhì)有很大的影響，因此根據(jù)

45、吸附陽離子的類型將膨潤土分為鈣基膨潤土、鈉基膨潤土及有機(jī)膨潤土等。由于膨潤土的吸水、膨脹及吸附等性質(zhì)，膨潤土被廣泛應(yīng)用于工業(yè)中，如防滲材料、污水處理材料等。近幾十年，膨潤土也開始應(yīng)用于污染土地的修復(fù)中，特別是含有有機(jī)污染物及重金屬的場地修復(fù)。</p><p>　　圖2.2.1 蒙脫石礦物晶體結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　2．雙氰胺：分子式為C2H4N4。分析純，含量為98.0%，白色棱形

46、結(jié)晶性粉末，不可燃。　</p><p>　　3．氯化銨：分子式為NH4Cl。分析純，含量全99.5%。氯化銨為無色結(jié)晶或白色結(jié)晶性粉末；無臭，味咸、涼；有引濕性。在水中易溶，在乙醇中微溶。</p><p>　　4．甲醛：分子式為HCHO。分析純，含量二37.0%~40.0%。</p><p>　　5．聚合氯化鋁(PAC)：是一種無機(jī)高分子混凝劑,多羥基，多核絡(luò)合體的

47、陽離子型無機(jī)高分子絮凝劑，固體產(chǎn)品外觀為黃色或白色固體粉末，其化學(xué)分子式為Al2(OH)nCl6-nm.(式中，1≤n≤5,m≤10)，且易溶于水，有較強(qiáng)的架橋吸附性，在水解過程中伴隨電化學(xué)，凝聚，吸附和沉淀等物理化變化，最終生成Al2(OH)3(OH)3,從而達(dá)到凈化目的。</p><p>　　6．聚丙烯酰胺（Polyscrylamide）簡稱PAM：分陽離子、陰離子型、非離子型，分子量從400-2000萬之間

48、，產(chǎn)品外觀為白色粉末，易溶于水，溫度超過120℃時易分解。聚丙烯酰胺是一種合成高分子絮凝劑，俗稱西伯朗。屬于聚合電解質(zhì)。它是目前鈾水冶廠浸出礦漿的固液分離過程(如逆流傾析-洗滌過程)中廣泛使用的絮凝劑，目的在于改善礦漿的澄清、沉降和過濾性能，適應(yīng)的源水PH5.0-9.0范圍均可凝聚。本試驗(yàn)中采用的是陽離子型聚丙烯酰胺。</p><p>　　7．氫氧化鈣：氫氧化鈣是一種白色粉末狀固體。又名消石灰。氫氧化鈣具有堿的通

49、性。</p><p>　　2.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器</p><p><b>　　表2.2 實(shí)驗(yàn)儀器</b></p><p>　　2.3水質(zhì)分析方法：</p><p><b>　　(1) pH值</b></p><p><b>　　pH值：玻璃電極法</b>&

50、lt;/p><p>　　(2) CODCr：重鉻酸鉀法</p><p>　　計算公式：CODcr=(V0-V1)×C×8×1000/V2 (2-1)</p><p>　　C—硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度（mg/l）</p><p>　　V0—空白消耗硫酸亞鐵

51、銨標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積（ml）</p><p>　　V1—水樣消耗硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積（ml）</p><p>　　V2—水樣體積（ml）</p><p>　　(3) CODCr去除率：</p><p><b>　　(2-2)</b></p><p>　　其中：COD0—為染料廢水原液的化學(xué)需氧量；

52、</p><p>　　COD1—為染料廢水降解處理后的化學(xué)需氧量；</p><p>　　(4) 色度的去除率在：</p><p>　　其中：C0—為焦化廢水未經(jīng)處理時由分光光度儀測的得讀數(shù)；</p><p>　　C1—為焦化廢水經(jīng)過處理后由分光光度儀測的得讀數(shù)；</p><p><b>　　3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

53、</b></p><p>　　3.1 PAC/ PAM對焦化廢水色度及COD去除率的影響</p><p><b>　　3.1.1實(shí)驗(yàn)過程</b></p><p>　　取 300ml的焦化廢水水樣分別加入5個燒杯中，加入不同濃度的PAC攪拌（轉(zhuǎn)速為80r∕min）1min，再加入相同濃度的PAM攪拌1min，沉淀完全后測色度及COD，

54、具體實(shí)驗(yàn)處理見表3.1。</p><p>　　表3.1 試驗(yàn)處理</p><p>　　3.1.2 結(jié)果與分析</p><p>　　圖 3.1 PAC/ PAM對焦化廢水色度及COD去除率的影響</p><p>　　聚合氯化鋁(PAC)是一種新型無機(jī)高分子水處理絮凝劑，在水解過程中伴隨電化學(xué)發(fā)生，具有較強(qiáng)的架橋吸附性能和凝聚能力。聚丙烯酰胺（

55、PAM）為水溶性高分子聚合物，不溶于大多數(shù)有機(jī)溶劑，具有良好的絮凝性，可以降低液體之間的磨擦阻力。在實(shí)際廢水處理中，聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺常常配合使用，聚丙作為助凝劑，可以顯著提高絮凝效果。</p><p>　　在對比試驗(yàn)中，單獨(dú)使用膨潤土處理焦化廢水，體系中膨潤土以懸液的形式存在，由于膨潤土粒徑很?。ㄐ∮?5μm），導(dǎo)致沉淀時間過長，因而在實(shí)際工程中難以單獨(dú)應(yīng)用。</p><p>　　因

56、此，本實(shí)驗(yàn)中引入PAC與PAM與粘土礦物配合使用對焦化廢水進(jìn)行深度處理。本實(shí)驗(yàn)研究了PAC/ PAM的比例對焦化廢水脫色及COD去除率的影響，以確定PAC/ PAM的最佳比例，具體試驗(yàn)結(jié)果見圖3.1。可以發(fā)現(xiàn)，在PAM用量固定條件下，增加PAC的投加量，焦化廢水中COD去除率明顯提高，當(dāng)PAC與PAM比例（質(zhì)量比）增加到150/1時，此時焦化廢水中COD和色度的去除率達(dá)到最大值為45.9%，對焦化廢水色度的去除率變化不大，隨著PAC投加

57、量增加，焦化廢水的去除率緩慢提升，當(dāng)PAC與PAM比例（質(zhì)量比）增加到150/1時，此時焦化廢水中色度的去除率達(dá)到最大值為83.8%。此后，繼續(xù)增加PAC的投加量，焦化廢水中COD和色度的去除率變化較小。由本試驗(yàn)確定，當(dāng)PAC與PAM比例為150/1（質(zhì)量比）時，焦化廢水中COD和色度的去除效果較好。</p><p>　　3.2 不同量的膨潤土對焦化廢水的色度及COD的影響</p><p>

58、;　　3.2.1 實(shí)驗(yàn)過程</p><p>　　取300ml焦化廢水水樣分別加入不同量的膨潤土，在攪拌機(jī)攪拌15min，150～200r／min，加10mlPAC（質(zhì)量濃度為6﹪），攪拌1min，轉(zhuǎn)速為80 r／min，加4mlPAM（質(zhì)量濃度為1‰），攪拌1min，轉(zhuǎn)速為80r／min，具體實(shí)驗(yàn)處理見表3.2。</p><p><b>　　表3.2 試驗(yàn)處理</b>

59、;</p><p>　　3.2.2 結(jié)果與分析</p><p>　　膨潤土具有很強(qiáng)的吸濕性，能吸附相當(dāng)于自身體積8-20倍的水而膨脹至30倍。在水介質(zhì)中能分散呈膠體懸浮液，并具有一定的粘滯性、觸變性和潤滑性，它和泥沙等的摻和物具有可塑性和粘結(jié)性，有較強(qiáng)的陽離子交換能力和吸附能力。因此常用于污水的治理。圖3.2為膨潤土添加量對COD去除率和色度去除率的影響。</p><p

60、>　　根據(jù)前面的對比試驗(yàn)，當(dāng)體系中僅添加PAC和PAM而未添加膨潤土?xí)r（10ml 6%的PAC，4ml 2‰的PAM）時，焦化廢水中COD去除率為45.9%，吸光度去除率為 83.8%，達(dá)不到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）一級排放標(biāo)準(zhǔn)。從圖3.2可以發(fā)現(xiàn)，膨潤土具有較高的吸附性能，當(dāng)添加量為1.98g/L時，COD去除率可以達(dá)到45.6%。增加膨潤土用量，COD去除率增加，當(dāng)膨潤土用量增加到3.3g/L時，COD去

61、除率達(dá)到最大值（59.2%），此時，焦化廢水中COD濃度為73.4mg/L，遠(yuǎn)低于《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）一級排放標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)膨潤土用量超過3.3g/L時，此時COD去除率有所降低。</p><p>　　圖3.2 不同量的膨潤土對焦化廢水的色度及COD的影響</p><p>　　從色度去除率的變化曲線可以看到，膨潤土有較強(qiáng)的脫色能力，當(dāng)添加量為2.0g/L時，脫色率達(dá)到8

62、9.2%，當(dāng)膨潤土用量增加時，脫色率增加，當(dāng)膨潤土用量增加到3.3g/L時，脫色率達(dá)到90.3%，此時脫色率達(dá)到最大值。當(dāng)繼續(xù)增加用量時，脫色率開始降低。原因可能為膨潤土過量后形成懸液留在體系中，造成本底顏色（淡黃色）增加。由以上實(shí)驗(yàn)確定，當(dāng)膨潤土添加量為3.3g/L時，COD去除效果和色度去除效果最好。但此時，膨潤土用量較大，產(chǎn)生的沉淀污泥較多，且污泥膨松，體積較大。</p><p>　　3.3 氫氧化鈣添加量

63、對焦化廢水的色度及COD的影響</p><p>　　在采用粘土礦物、聚鋁和聚丙處理焦化廢水過程中，產(chǎn)生的絮體比較松散、體積較大，給后續(xù)的污泥處理工作帶來一定不便。此外，在采用絮凝法處理污水過程中，體系的pH常常會影響到絮凝劑的絮凝效果，因而最終會影響到污水的處理效果。本試驗(yàn)中引入了了氫氧化鈣，其作用主要為：一、改變焦化廢水的pH值；二、氫氧化鈣為微溶物，有助于加快沉淀物的沉淀速度。</p><

64、p>　　3.3.1 實(shí)驗(yàn)過程</p><p>　　取容量為500ml的燒杯5個，并在5個燒杯中各加入300ml焦化廢水水樣，并向5個燒杯中分別加入1g膨潤土和不同量的氫氧化鈣，在攪拌機(jī)攪拌15min，轉(zhuǎn)速為150～200r／min，然后添加加10ml 質(zhì)量濃度為6﹪的PAC，攪拌1min，轉(zhuǎn)速為80 r／min，再添加4ml 質(zhì)量濃度為1‰的PAM，攪拌1min，轉(zhuǎn)速為80r／min，沉淀后測定清液中CO

65、D含量和色度。具體實(shí)驗(yàn)處理見表3.3。</p><p><b>　　表3.3 試驗(yàn)處理</b></p><p>　　3.3.2結(jié)果與分析</p><p>　　氫氧化鈣是一種白色粉末狀固體，又名消石灰。氫氧化鈣具有堿的通性，是一種強(qiáng)堿。氫氧化鈣的堿性比氫氧化鈉強(qiáng)，但由于氫氧化鈣的溶解度比氫氧化鈉小得多，所以氫氧化鈣溶液的腐蝕性和堿性比氫氧化鈉小，

66、同時，氫氧化鈣成本遠(yuǎn)低于氫氧化鈉，且能加快沉淀物的沉淀，使絮體更加密實(shí)。因此本試驗(yàn)引入Ca (OH)2 用來調(diào)節(jié)溶液pH以及加快絮體沉淀速度，具體試驗(yàn)結(jié)果見圖3.3。</p><p>　　圖3.3 氫氧化鈣添加量對焦化廢水的色度及COD的影響</p><p>　　通過對比試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，未添加氫氧化鈣處理中絮凝沉淀過程相對比較慢，絮體比較蓬松，體積較大且不穩(wěn)定，而添加氫氧化鈣處理中絮凝沉淀過

67、程明顯加快，污泥體積約為未添加氫氧化鈣污泥體積的1/3-1/2。從圖3.3可以發(fā)現(xiàn)，添加氫氧化鈣對焦化廢水COD的影響微小而對沉降過程和污泥體積影響較大；添加少量的氫氧化鈣有助于色度去除率的提高，而過量的氫氧化鈣則導(dǎo)致色度去除率有所降低，原因可能為添加過量氫氧化鈣后，體系pH過高，使聚鋁、聚丙的絮凝能力降低。綜合以上試驗(yàn)結(jié)果，確定本試驗(yàn)中氫氧化鈣的最佳添加量為每300ml焦化廢水中可加0.067g，此時焦化廢水出水的pH在7～8之間。&

68、lt;/p><p>　　3.4 雙氰胺改性絮凝劑對焦化廢水的色度及COD的影響</p><p>　　3.4.1 實(shí)驗(yàn)過程</p><p>　　雙氰胺的改性：分別取33.6g雙氰胺、10.7g氯化銨和21.6ml甲醛于燒杯中，然后在60℃條件下水浴反應(yīng)1h，然后滴加10.8ml甲醛，在80℃條件下水浴反應(yīng)2h，降溫至60℃持續(xù)反應(yīng)1h，然后定容至100ml，密封保存，使

69、用時稀釋10倍。</p><p>　　取300ml焦化廢水水樣分別加入不同量的有機(jī)絮凝劑，攪拌1min，轉(zhuǎn)速為80r∕min，然后過濾，測定濾液中COD和色度。具體實(shí)驗(yàn)處理見表3.4。</p><p><b>　　表3.4 試驗(yàn)處理</b></p><p>　　3.4.2 結(jié)果與分析</p><p>　　采用甲醛對雙氰胺

70、進(jìn)行改性，得到的雙氰胺-甲醛縮合物屬一種水溶性陽離子縮聚物，最早是作為一種印染助劑，廣泛應(yīng)用在絲綢、毛織物和棉織物的印染上。Ryuichi[15]等（Ryuichi S，Miyuki T．Reaction of N-cyanoguannidine with formaldehyde-Preparation of new flocculants for anionic colloidal particles．Bull Chem Soc J

71、pn，1993，66：2 452～2 453）通過研究發(fā)現(xiàn)，雙氰胺一甲醛縮合物具有一定的絮凝性能，能對水中的帶負(fù)電性質(zhì)的膠體顆粒產(chǎn)生絮凝作用。</p><p><b>　　其反應(yīng)方程式：</b></p><p>　　改性雙氰胺除對染色廢水有處理效果外，對含油污水、造紙廢水、屠宰廢水也有良好的處理效果。</p><p>　　近年來，改性雙氰胺在廢

72、水中的應(yīng)用研究逐漸增多，并取得了積極的效果。</p><p>　　改性雙氰胺是一種新型高效脫色劑，屬一種水溶性陽離子樹脂, 具有一定的絮凝性能, 能對水中的帶負(fù)電性質(zhì)的膠體顆粒產(chǎn)生絮凝作用，通過對焦化廢水的深度處理中[20]。</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)采用甲醛、氯化銨等對雙氰胺進(jìn)行改性，得到改性雙氰胺。并對改性雙氰胺的絮凝效果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3.4。</p>&

73、lt;p>　　圖3.4 改性雙氰胺對焦化廢水的色度及COD的影響</p><p>　　從圖3.4可以發(fā)現(xiàn)，改性雙氰胺對焦化廢水具有極強(qiáng)的的脫色能力，當(dāng)改性雙氰胺的添加量為0.04mg/l時，色度去除率可達(dá)到88％，隨著改性雙氰胺用量的增加，脫色效果更加明顯，當(dāng)改性雙氰胺用量增加大0.081g時，脫色率達(dá)到最大值，為94.6%。此后隨著加入量的繼續(xù)增加，脫色率略有下降；改性雙氰胺對焦化廢水COD的去除效果較小

74、，當(dāng)改性雙氰胺的添加量為0.04mg/l時，COD去除率為27.5％，增加改性雙氰胺投加量，COD去除率降低，當(dāng)改性雙氰胺加入量大于2.7 m g /L 時，焦化廢水中COD含量與處理前相比逐漸增加。</p><p>　　以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改性雙氰胺對焦化廢水具有極大的脫色效果，但COD的去除能力一般。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，未達(dá)到污染物的全面去除，應(yīng)與其他絮凝劑配合使用。</p><p>　

75、　3.5 最佳配比正交試驗(yàn)【7】</p><p>　　正交試驗(yàn)是利用正交表安排多因素試驗(yàn)、分析試驗(yàn)結(jié)果的一種設(shè)計方法。它從多因素試驗(yàn)的全部水平組合中挑選部分由代表性的水平組合進(jìn)行試驗(yàn)，通過對這部分試驗(yàn)結(jié)果的分析了解全面試驗(yàn)的情況，找到最優(yōu)水平組合。</p><p>　　若試驗(yàn)的主要目的是尋求最優(yōu)水平組合，則可以利用正交設(shè)計來安排試驗(yàn)。正交設(shè)計的基本特點(diǎn)是，用部分試驗(yàn)來代替全面試驗(yàn)，通過對

76、部分試驗(yàn)的結(jié)果分析，了解全面試驗(yàn)的情況。正因?yàn)檎辉囼?yàn)是來代替全面試驗(yàn)，它不可能像全面試驗(yàn)?zāi)菢訉€因素效應(yīng)、正交作用一一分析；且當(dāng)交互作用存在時，有可能出現(xiàn)交互作用的混雜。雖然正交設(shè)計有上述不足，但它能通過部分試驗(yàn)找到最優(yōu)水平組合，因而很受實(shí)際工作者青睞。</p><p>　　3.5.1 實(shí)驗(yàn)過程</p><p>　　取300ml焦化廢水水樣分別加入不同量的膨潤土和氫氧化鈣，在攪拌機(jī)攪拌1

77、5min，轉(zhuǎn)速為150～200r／min，加入不同量的有機(jī)絮凝劑，攪拌1min，轉(zhuǎn)速為80 r／min，加入不同濃度的PAC，攪拌1min，轉(zhuǎn)速為80 r／min，加不同濃度的PAM，攪拌1min，轉(zhuǎn)速為80r／min。試驗(yàn)因素、水平及測試結(jié)果分別見表3.5。</p><p>　　表 3.5正交實(shí)驗(yàn)因素水平</p><p>　　表3.6 正交實(shí)驗(yàn)</p><p>

78、　　3.5.2結(jié)果與討論</p><p>　　設(shè)膨潤土為因素A，添加量設(shè)置五個水平1、2、3、4、5，因素（強(qiáng)氧化鈣）藥量為因素B，五個水平為1、2、3、4、5，以此類推C、D，水平1、2、3、4、5。</p><p>　　表 3.7 正交試驗(yàn)結(jié)果分析</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)以COD的去除率為主要參考對象，已知COD去除率值越大為最優(yōu)水平，由表8可以看出A4B5

79、C1D3為最佳水平組合，及最佳合成條件。所以本實(shí)驗(yàn)最佳條件為膨潤土1.2g+氫氧化鈣0.090g+改性雙氰胺 1.2ml+6%PAC 10ml+1%PAM 4ml。對得到的較好水平組合進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，脫色率為97.7%（色度低于50），COD為63mg/L，去除率達(dá)到66.67%。</p><p>　　3.5.3 成本分析</p><p>　　根據(jù)市場行情，對本實(shí)驗(yàn)中最佳組合混合絮凝劑的生產(chǎn)

80、成本進(jìn)行估算。</p><p>　　表3.6 處理1m3焦化廢水廢酸所需藥劑成本 元/m3</p><p>　　由上表可知，處理1m3焦化廢水（二級生化出水）需藥劑成本3.58元，在進(jìn)水COD180mg/L，色度250條件下，使用混凝吸附方法對焦化廢水（二級生化出水）進(jìn)行處理，可使出水水質(zhì)指標(biāo)COD從180mg/L降到63mg/L，色度低于50，達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1

81、996）一級標(biāo)準(zhǔn)。</p><p><b>　　4．結(jié)論</b></p><p>　　通過以上實(shí)驗(yàn)研究，可以得出以下結(jié)論：</p><p>　　（1）膨潤土具有較高的吸附性能，當(dāng)膨潤土添加量為3.3g/L，PAC添加量為1.98g/L、PAM添加量為0.132g/L時，COD去除率達(dá)到59.2%，脫色率達(dá)到90.3%，達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（

82、GB8978-1996）一級排放標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　?。?）改性雙氰胺絮凝劑雖然對焦化廢水的色度有極大的去除作用，但對焦化廢水的COD去除效果卻不顯著。</p><p>　?。?）通過正交試驗(yàn)確定焦化廢水深度處理的最佳反應(yīng)條件為：膨潤土1.2g+氫氧化鈣0.090g+改性雙氰胺 1.2ml+6%PAC 10ml+1%PAM 4ml。處理后的焦化廢水COD降到63mg/L，色度低于50

83、，達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）一級標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　（4）本實(shí)驗(yàn)采用混凝吸附方法對焦化廢水進(jìn)行深度處理，每噸水藥劑成本為3.58元。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本文是在xx老師的悉心指導(dǎo)下完成的。首先十分感謝各位老師的細(xì)心指導(dǎo)和督促，在每次設(shè)計遇到問題時老師不辭辛苦的講解才使得

84、我的設(shè)計順利的進(jìn)行。從設(shè)計的選題到資料的搜集直至最后設(shè)計的修改的整個過程中，花費(fèi)了xx老師很多的寶貴時間和精力，從中我也學(xué)到了很多在書本里學(xué)不到的東西，在此向?qū)煴硎局孕牡馗兄x！導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，開拓進(jìn)取的精神和高度的責(zé)任心都將使學(xué)生受益終生！</p><p>　　其次我要感謝這4年里給予我教育的老師們，是你們教會了我很多的基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識，讓我的知識得以充實(shí)，給予了我在以后的生活中得以生存的本領(lǐng)。我還要感謝

85、和我同一設(shè)計小組的幾位同學(xué)，是你們在我平時設(shè)計中和我一起探討問題，并指出我設(shè)計上的誤區(qū)，使我能及時的發(fā)現(xiàn)問題把設(shè)計順利的進(jìn)行下去，沒有你們的幫助我不可能這樣順利地結(jié)稿。</p><p>　　最后我要感謝我的父母和我的朋友們，是你們給予了我信心，給予了我?guī)椭?，使我無論遇到什么困難我都沒有放棄過，謝謝你們！</p><p>　　祝愿遼寧科技大學(xué)的未來越來越美好！</p><

86、p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1] 周國成．焦化廢水處理[J]．化工給排水設(shè)計，1995．</p><p>　　[2] 張非娟。工業(yè)廢水污染防治。同濟(jì)大學(xué)出版社。2001年5月 第一版。</p><p>　　[3] 呂鑒，賈燕兵。焦化廢水預(yù)處理。工業(yè)廢水與用水，2000,31．</p><p

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