摘要：研究了聚合氯化鐵在采用H2O2-鐵炭法處理含高濃度鍍錫廢水時(shí)的應(yīng)用及相關(guān)因素的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，利用冷軋酸洗廢液制備的聚合氯化鐵對(duì)該廢水具有良好的處理效果，主要影響因素為聚合氯化鐵用量。混凝處理500mL廢水較佳條件為：自制聚合氯化鐵4.0mL，pH為7.5，聚丙烯酰胺0.3mL，沉降時(shí)間20min，此時(shí)廢水COD去除率達(dá)到70%，為該廢水的后續(xù)處理提供便利條件。
引言
目前國(guó)內(nèi)絕大數(shù)電鍍錫生產(chǎn)線采用弗洛斯坦法，因而生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的電鍍廢水主要成分為苯酚磺酸（PSA）類物質(zhì)，該類物質(zhì)較為穩(wěn)定且很難降解，目前國(guó)內(nèi)外普遍采用H2O2-鐵炭法處理該類廢水。但由于該類廢水中PSA濃度較高，其化學(xué)需氧量（COD）值高達(dá)20000-40000mg/L，經(jīng)過(guò)H2O2-鐵炭法氧化降解處理后，COD去除一般在70%-80%，廢水中COD值仍然很高，約為5000-10000mg/mL，同時(shí)難以進(jìn)一步降解，可生化性也差，為后續(xù)的生化處理帶來(lái)影響，且造成超標(biāo)排污。
1、試驗(yàn)部分
1.1廢水處理工藝
高濃度鍍錫廢水→鐵炭反應(yīng)器→混凝→沉降分離。
1.2試驗(yàn)方法
取500mL高濃度廢水進(jìn)入H2O2-鐵炭反應(yīng)器進(jìn)行氧化降解，用石灰乳調(diào)節(jié)pH值后，加入一定量的PAM，攪拌，靜置，取上清液，測(cè)量COD值。
2、試驗(yàn)結(jié)果與討論
2.1混凝劑的選擇
高濃度電鍍液廢水經(jīng)過(guò)鐵炭床后，PSA氧化分解產(chǎn)生的中間有機(jī)物以及殘余PSA易乳化穩(wěn)定在水中或者溶于水，需要用混凝劑中和或改變膠體離子表面的電荷，形成絮凝體吸附有機(jī)物和懸浮物的共沉淀，將其去除。取500mL經(jīng)H2O2-鐵炭床的廢水，測(cè)量其原始COD，分別加入不同種類的混凝劑4mL，攪拌，用石灰乳調(diào)節(jié)pH值為7.0，加入0.15mLPAM，攪拌，靜置，取上清液，測(cè)量剩余COD值。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，用聚鋁作為混凝劑，溶液無(wú)明顯變化，仍處渾濁狀態(tài)，用其他混凝劑后溶液分層，上清液COD值如表1所示。
表1不同混凝劑處理效果的比較
| 混凝劑種類 | 聚合氯化鐵 | 聚合氯化鋁鐵 | 三氯化鐵 |
| 剩余COD/（mg·L-1） | 2030 | 3380 | 3190 |
| 去除率/% | 70.02 | 50.04 | 53.06 |
注：鐵炭柱出水COD值為6800mg/L。
可見上述3種混凝劑除聚鋁外都有很好的混凝效果，效果較好的為自制的聚合氯化鐵（PFC），去除率達(dá)70%，因此，確定采用聚合氯化鐵作為混凝劑。
2.2單因素對(duì)COD去除率的影響試驗(yàn)
2.2.1混凝劑加入量對(duì)處理效果的影響
取500mL經(jīng)鐵炭床法處理的廢水，分別加入不同量聚合氯化鐵，攪拌，用石灰乳調(diào)節(jié)pH值到7.0，加入0.15mLPAM攪拌，靜置，取上清液，測(cè)量剩余COD值，計(jì)算COD去除率，結(jié)果如圖1所示。
從混凝機(jī)理分析，聚合氯化鐵在該過(guò)程中的作用可能包括降低膠體的動(dòng)電位、吸附架橋聯(lián)接、沉淀物卷掃等，其濃度將決定其效果。由圖1可知，隨著聚合氯化鐵用量的增加，廢水COD去除率先較快速上升，在大于4.0mL以后，去除率變化不明顯。
2.2.2pH對(duì)處理效果的影響
所用混凝劑聚合氯化鐵為無(wú)機(jī)高分子聚合物，在不同pH時(shí)，生成的水解產(chǎn)物不同，混凝效果也不同。取500mL經(jīng)過(guò)鐵炭床的鍍錫廢水，加入5.0 mL聚合氯化鐵，攪拌，用石灰乳調(diào)節(jié)不同pH值，加入0.2mL的PAM，攪拌，靜置，取上清液，測(cè)定COD去除率。pH對(duì)處理效果的影響如圖2所示。
一般情況下，鐵鹽無(wú)機(jī)絮凝劑適合于堿性和中性環(huán)境下使用，鐵的水解反應(yīng)及生成物主要通過(guò)提高溶液pH值，即增加溶液中OH-濃度實(shí)現(xiàn)。從試驗(yàn)結(jié)果看，PFC的處理效果在pH為6.0-9.0，先隨著pH增加而增加，隨后再減小，由于pH偏高時(shí)，水解產(chǎn)物會(huì)產(chǎn)生鐵的氧化物沉淀，影響混凝劑的混凝作用。
2.2.3PAM加入量對(duì)處理效果的影響
為將小顆粒懸浮物在較短的時(shí)間內(nèi)去除，需加快沉降速度，因而需要加入助凝劑。取500mL經(jīng)過(guò)鐵炭床的鍍錫廢水，加入5.0mL聚合氯化鐵，攪拌，用石灰乳調(diào)節(jié)pH值為7.0，加入不同量的PAM，攪拌，靜置，取上清液，測(cè)量殘余COD值，計(jì)算COD去除率，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。
由圖3可見，當(dāng)PAM用量在0.1-0.50mL時(shí)，隨PAM用量的增加，COD去除率增加，0.2-0.4mL時(shí)去除率較高，但過(guò)量后效果變差。PAM通過(guò)吸附由混凝劑形成的顆粒，將其搭橋聯(lián)結(jié)成一一個(gè)個(gè)絮凝體，使得顆粒進(jìn)一步變大，加快沉降，殘余COD減少，但是過(guò)量時(shí)可能因產(chǎn)生的絮凝體比較松散，浮力較大，反而難以沉降，影響處理效果。
2.2.4沉降時(shí)間對(duì)處理效果的影響
取500mL經(jīng)過(guò)鐵炭床的鍍錫廢水，加入5.0mL聚合氯化鐵，攪拌，用石灰乳調(diào)節(jié)pH值為7.0，加入0.3mL的PAM，攪拌，靜置不同時(shí)間，取上清液，測(cè)量殘余COD值，計(jì)算COD去除率，結(jié)果如圖4所示。
某種特定顆粒沉降隨沉降時(shí)間的延長(zhǎng)，沉降分離效果隨之提高。產(chǎn)生的顆粒體在沉降過(guò)程中，超過(guò)20min后，上清液COD逐漸降低并趨于穩(wěn)定，效果變化很小。考慮工程實(shí)際，確定沉降時(shí)間為20min。
2.3影響因素的正交試驗(yàn)
從以上分析可知，在常溫試驗(yàn)中影響去除效果的主要因素有破乳劑添加量、pH、PAM用量等，進(jìn)行3因子4水平的正交實(shí)驗(yàn)（因子為聚鐵添加量、pH、PAM用量；每個(gè)因子選定為4個(gè)不同狀態(tài)作比較），因子水平如表2。
表2因子水平表
| 因子 | 水平 | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | |
| 聚鐵添加量/mL | 2.0 | 3.0 | 4.0 | 5.0 |
| pH | 6.5 | 7.5 | 8.5 | 9.5 |
| PAM用量/mL | 0.1 | 0.2 | 0.3 | 0.4 |
用正交表安排設(shè)計(jì)試驗(yàn)，試驗(yàn)用的鐵炭柱出水COD為6810mg/L，廢水處理量為500mL，試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析評(píng)價(jià)見表3和表4。
表3正交試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果
| 試驗(yàn)次數(shù) | 因子 | 上清液 | ||
| 聚鐵添加量/mL | pH | PAM用量/mL | COD/（mg·L-1） | |
| 1 | 2.0 | 6.5 | 0.1 | 2967 |
| 2 | 2.0 | 7.5 | 0.2 | 2837 |
| 3 | 2.0 | 8.5 | 0.3 | 2899 |
| 4 | 2.0 | 9.5 | 0.1 | 2870 |
| 5 | 3.0 | 6.5 | 0.2 | 2502 |
| 6 | 3.0 | 7.5 | 0.1 | 2610 |
| 7 | 3.0 | 8.5 | 0.4 | 2495 |
| 8 | 3.0 | 9.5 | 0.3 | 2512 |
| 9 | 4.0 | 6.5 | 0.3 | 2284 |
| 10 | 4.0 | 7.5 | 0.4 | 2156 |
| 11 | 4.0 | 8.5 | 0.1 | 2481 |
| 12 | 4.0 | 9.5 | 0.2 | 2490 |
| 13 | 5.0 | 6.5 | 0.4 | 2305 |
| 14 | 5.0 | 7.5 | 0.3 | 2089 |
| 15 | 5.0 | 8.5 | 0.2 | 2213 |
| 16 | 5.0 | 9.5 | 0.1 | 2530 |
表4正交試驗(yàn)評(píng)價(jià)表
| 項(xiàng)目 | 聚鐵添加量/mL | pH | PAM用量/mL |
| ∑CODn1 | 11573 | 10058 | 10588 |
| ∑CODn2 | 10119 | 9692 | 10042 |
| ∑CODn3 | 9411 | 10088 | 9784 |
| ∑CODn4 | 9137 | 10402 | 9826 |
| A | 2436 | 710 | 804 |
注：∑CODni（i=1、2、3、4）——i水平試驗(yàn)后的上清液COD之和；A——∑CODni（i=1、2、3、4）的較差。
表3和表4的數(shù)據(jù)表明，上清液COD濃度主要隨著聚合氯化鐵的添加量而變化，當(dāng)添加量從2.0增加到4.0時(shí)，廢水中殘余COD濃度快速下降，隨后減緩；隨著pH增加，上清液COD濃度先下降然后又上升，在7.5左右去除率較高；隨PAM用量增加，上清液COD濃度先較快下降，用量達(dá)到0.4mL左右，殘余的COD則有所上升，0.3mL的用量比較適合。
從表4的較差值比較可知，pH和PAM用量對(duì)上清液COD濃度影響不大，而聚合氯化鐵添加量是影響上清液COD濃度即COD去除效率的主要因素。
2.4聚合氯化鐵較佳添加量的確定
根據(jù)正交試驗(yàn)的分析結(jié)果，選擇pH=7.5，PAM用量為0.6mL/L廢水作為試驗(yàn)條件，進(jìn)行優(yōu)選聚合氯化鐵的添加量，試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。
表5不同聚鐵添加量對(duì)COD去除率的影響
| 聚合氯化鐵的添加量/mL | 殘余COD/（mg·L-1） | 去除率/% |
| 3.0 | 2610 | 61.7 |
| 4.0 | 2045 | 70.0 |
| 5.0 | 2089 | 69.3 |
注：廢水原始COD為6810mg/L。
由上表可見，處理500mL廢水，聚合氯化鐵的用量在3.0-5.0mL都有較好的效果，在用量為4.0mL時(shí)，處理效率較高。
3、結(jié)論
1）聚合氯化鐵適合于作為鐵炭法處理高濃度電鍍錫廢水工藝的混凝劑，COD去除效果優(yōu)于聚合氯化鋁鐵、三氯化鐵。
2）隨著聚合氯化鐵用量的增加，廢水COD去除率先快速上升，后去除率變化不明顯；pH在6.0-9.0，COD去除率先隨著pH增加而增加，但pH偏高時(shí)水解產(chǎn)物會(huì)影響聚合氯化鐵的混凝作用，去除率隨之減小；助凝劑PAM用量在0.2-0.4mL效果均較好；本混凝試驗(yàn)產(chǎn)生的顆粒體在20min沉降之后，COD去除效果趨于穩(wěn)定。
3）在pH、助凝劑、混凝劑3因素中聚合氯化鐵添加量是影響COD去除效率的主要因素；處理500mL廢水的較佳條件為：聚合氯化鐵4.0mL，混凝后pH值為7.5左右，PAM為0.3mL，沉降時(shí)間20min，COD去除率為70%。
