摘要：焦化废水成分复杂，本文利用聚合氯化铝作为混凝剂处理焦化废水，在投加量一定的条件下通过实验分析碱化度和pH值对混凝效果及残留铝量的影响。
焦化废水是煤制焦炭，煤气净化以及焦化产品回收精制过程中产生的废水，含有多种有机污染物和无机污染物。焦化废水对水体的危害较大，直接排放将会造成水体缺氧，危害水体生物，导致水质恶化，使环境遭受严重的破坏其至会威胁人类的健康。对焦化废水进行深度处理是当前焦化行业必不可少的工序。
聚合氯化铝（缩写PAC）是一种新型无机高分子净水剂。在城市用水和工业废水处理工艺中，PAC具有混凝性能好、絮体大、用量少、效率高、沉淀快、适用范围广等优点。本文通过使用自制PAC对焦化废水进行系统地混凝实验，探讨焦化废水处理过程中一定投加量下较佳碱化度和pH适用范围。水体经聚合氯化铝混凝处理后，部分铝残留于水体中，过量的铝离子如果进入人体将会沉积在大脑内，导致脑损伤，造成严重的记忆力丧失，出现早老性痴呆症；此外残留的铝盐对微生物的生长也有一定的抵制作用。因此，使用铝系混凝剂PAC需要对处理后出水的残留铝量进行检测。
1、聚合氯化铝混凝机理
聚合氯化铝的混凝机理主要有三种：
一是吸附理论，即铝盐水解形成的溶解性聚合物质吸附于胶体上，利用电中和使得胶体脱稳；
二是吸附架桥理论，即铝盐的水解产物一中性氢氧化铝聚合物可起架桥作用吸附在胶粒表面而产生絮体颗粒；
三是卷扫网捕理论，即胶体颗粒被氢氧化铝沉淀物网捕，它的实质是通过吸附和卷扫网捕作用使水溶液中的溶质、胶体或悬浮物颗粒脱稳而产生絮状物或絮状沉淀物，从而达到净化效果。
2、实验材料与过程
2.1 聚合氯化铝的制备
采用缓慢滴碱法，将适量的浓度为0.5mol/L AlCl3置于锥形瓶中，在剧烈搅拌条件下，用滴定管缓慢滴加NaOH溶液至预先设定的[OH]/[Al]，即碱化度分别为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5，滴加速率约为0.5ml/min，碱液全部滴加完毕后继续搅拌2h，定容至100mL，浓度为0.1mol/L，于冰箱内静置24h。
2.2 混凝实验
PAC在投加量（以Al计）为1.5mmol/L的条件下，对山东某焦化厂生化废水（COD=320mg/L、浊度=54NTU、pH=5.5），在JBY-Ⅱ型絮凝搅拌仪上进行烧杯混凝试验，每个400mL的烧杯放置200mL的水样，加入一定量的絮凝剂后，先以120r/min的速度搅拌1min，再以40r/min的速度搅拌5min，静置沉淀30min后，取上清液，通过重铬酸钾加热回流、光电式混浊度仪及EDTA和ZnCl2配位滴定法分别测定混凝后水体的COD、浊度及残留铝量。
3、实验结果与分析
混凝处理焦化废水后COD、浊度和残留铝量的分析结果见表1和表2所示。
表1 不同碱化度混凝实验结果
| B | COD/mg·L-1 | 浊度 | 残留铝量/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 碱化度B=1.5不同pH混凝实验结果
| pH | COD/mg·L-1 | 浊度 | 残余铝量/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 碱化度对混凝效果回及残留铝量的影响
由表1可知，投加量一定时不同碱化度下，PAC的混凝去除COD和浊度的效果及残留铝量的变化规律是保持一致的。当碱化度B＜1.5时，COD和浊度的去除效果较差，残留铝量较高；当碱化度B=1.5时，COD和浊度的去除效果较佳，残留铝量较低；当 碱化度B＞1.5时，COD和浊度的去除效果有所降低，残留铝量有所增加；B=2.5时，COD和浊度的去除效果又有所回升，残留铝量又有所下降。
投加量一定时不同碱化度的PAC去除COD和浊度效果与废水的水质和PAC的形态有关。焦化废水含有大量的酚类等带苯环的有机物，带有负电荷。对于不同碱度的PAC处理焦化废水的混凝效果大致可分为三个阶段：
（1）无明显凝聚，即B值较低时不足以形成显著凝聚，此时混凝效果较差，COD和浊度的去除率较低；
（2）凝聚脱稳，即随B增加后产生明显的凝聚作用，本文中，B=1.5时COD和浊度的去除效果达较佳。主要是因为碱化度在1.5左右时PAC中的Al主要以带有正电荷的单体态或双核羟基铝为主，废水中大量的阴离子与带正电荷的Al离子发生电中和，并压缩扩散层厚度，降低胶体颗粒表面动电位，使胶体脱稳而絮凝沉降；
（3）再稳，即当B值继续增加时，胶体重新稳定，COD和浊度的去除效果反而趋向恶化。
通过比较碱化度B对COD和浊度去除效果的影响，推测碱化度对残留铝量的影响原因可能是B值较小时， 混凝剂PAC中主体为单体铝或铝的二聚体，混凝效果较差，铝在溶液中残留量高；随着B值升高，大多数铝盐的水解聚合物与水体中的颗粒物形成絮体下沉，残留在水体中的铝量降低，当碱化度B=1.5时，达到较低值；当B值增加至2.0时，受OH影响混凝效果不如B=1.5的PAC，残留铝量增加。当B为2.5时，AI主要以高聚合态及溶胶态的铝水解聚合产物存在，可发挥其良好的吸附和卷扫网捕作用，具有良好的混凝效果，使残留在水体中的铝量较少。
3.2 pH对絮凝效果及残留铝量的影响
由表2可知，在投加量一定相同碱化度且不同pH条件下，PAC对焦化废水进行混凝实验发现pH对COD和浊度的去除及残留铝量影响非常明显。pH低于7时，随着pH的增加，COD和浊度的去除效果增强，残留铝量明显降低；当pH在7-8时，COD和浊度的去除效果达较佳，残留铝量变化不大；随着pH的进一步增加，PAC对COD和浊度去除效果又趋向恶化，残留铝量有所升高。这主要是因为pH影响着PAC中Al的形态，在pH较低的条件下，Al主要以低电荷的单体铝形态存在，随着体系pH值上升，低电荷的Al含量逐渐减少，高电荷多聚物含量有所增加，电中和粘结架桥能力增强，对COD和浊度的去除效果也增强， 当pH在中性范围内时，由于PAC水解生成大量的Al(OH)3 ，无定形沉淀物易于下沉，水体中可溶性铝含量较低，使得水体中铝的残留量下降至较低点；而在碱性条件下，PAC中的铝逐渐水解转化成了电荷较低的溶胶一沉淀形态，电中和能力下降且生成了较多带负电荷的溶解形态，COD和浊度的去除效果减弱，铝的残留量也随着pH的升高而增加。因此对于pH值较高或较低的焦化废水，加酸或碱调到中性范围，对保证混凝效果，减少残留铝量是非常必要的。
此外铝系混凝剂在逐级水解时，都释放出H+，使原水体pH略有降低。当pH偏离铝盐适宜pH范围时，高电荷低聚合度产物偏多，虽然有利于压缩双电层，使胶粒脱稳，但混凝作用差，整个混凝效果不佳。因此，为取得较好的混凝效果，原水体应有一定的碱度，当碱度不足时应投加一定量的碱。
4、结论
4.1 当投加量一定不同碱化度下自制PAC处理焦化废水时，PAC混凝去除COD和浊度的效果及残留铝含量的变化规律是保持一致的。COD降得越多，浊度的去除效果越好，水体中的残留铝含量越少。当碱化度B=1.5时，COD和浊度的去除效果较佳，残留铝含量较低。
4.2 采用合成的PAC处理焦化废水，当投加量一定时，pH在中性范围内，COD和浊度的去除效果较佳，残留铝含量较低。
投加量一定的条件下进行试验操作时，控制碱化度为1.5，调节pH在中性范围内，处理该厂焦化废水，混凝效果较佳，残留铝量较低。
