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含酚高浓度有机废水主要来自煤化工、炼油炼焦、纺织、炼钢、化工中间体生产、污泥或垃圾燃烧、垃圾渗滤液等过程。废水的成分极端复杂，其中酚类、多环芳香族化合物及氨氮、轻质油等物质大多数进入水中，构成了有机污染物浓度高、难降解工业废水。含酚高浓度有机废水中的酚类物质及其衍生物具有较高的生物毒性，不只对人体和水环境具有毒害作用，还对水处置生化过程中的微生物产生抑止和毒害作用。除此之外，该废水中含有大量的细小颗粒，对后续水处置单元形成一定的影响，容易阻塞设备，因而，需求实行预处置以降低其对后续单元的影响。
目前，含酚高浓度有机工业废水处理常用的预处置有除油、脱酚、去除 SS ( 初沉池、混凝沉淀等) 和有毒有害或难降解有机物等。针对废水中悬浮物及细小颗粒的去除，通常采用絮凝沉淀法，投加适宜絮凝剂使固液分离，去除废水中悬浮胶体颗粒。絮凝沉淀法具有操作简单、处置效果好、费用较低等优势，用于煤制气废水的预处置阶段，可降低后续生化处置的有机负荷，已顺利应用于煤气化、煤液化等废水的预处置过程中。连国奇等采用聚合氯化铝( PAC) 和聚丙烯酰胺( PAM) 复合絮凝剂对含酚高浓度有机废水实行处置，絮凝处置后，化学耗氧量( COD) 去除率高达 80. 92%。
针对含酚高浓度有机废水的特性，采用无机混凝剂和有机絮凝剂结合絮凝作为预处置办法，经过混凝沉淀法降低废水中有机物的浓度和除酚。对絮凝剂及复配组合实行挑选，并考量聚合氯化铝铁( PAFC) 投加量、有机絮凝剂投加量、水力条件、pH 对混凝实验的影响，采用正交实验实行优化，判别显著性影响要素，从而选定一种有效的处置计划，为含酚高浓度有机废水预处置提供一定的经验。
1 实验
1. 1 废水来源及性质
该含酚高浓度有机废水呈深褐色，带有刺鼻性气息，水质详细指标如表 1 所示。
1. 2 主要试剂
聚合氯化铝铁( PAFC，Fe 和 Al 的质量分数皆为 27%) 、阳离子型聚丙烯酰胺( CPAM，分子量1 000万，阳离子度 40%) 、阴离子型聚丙烯酰胺( APAM，分子量 1 000 万，阴离子度 14%) 、非离子型聚丙烯酰 胺 ( NPAM，分子量1 000万) ，剖析纯，国药集团化学试剂有限公司。
1. 3 实验过程
分别取一定量的含酚高浓度有机废水于烧杯中，用一定量 H2 SO4 和 NaOH 调整 pH，将烧杯置于ZR4-6 型混凝实验搅拌机上，投加适量无机混凝剂，以 300 r /min 快速搅拌 1 min 后，投加一定量的有机絮凝剂，以 50 r /min 慢速搅拌 10 min，静置 30 min后，取上清液依次测定 COD、浊度、总酚质量浓度( 简称总酚) 等指标。另采用 PAFC 投加量、CPAM投加量、废水 pH、搅拌转速为影响要素展开正交实验，确认影响絮凝效果的显著性影响要素。该实验总酚质量浓度采用溴化容量法测定，在废水测定前需求消除各种干扰；COD 采用哈希DR1010 型 COD 测定仪测定; 浊度采用哈希 2100Q便携式浊度仪测定; 氨氮采用纳氏试剂分光光度法测定。
2 结果与讨论
2. 1 有机絮凝剂的选用
与聚合硫酸铁和聚合氯化铝相比，PAFC 同时具备铝盐和铁盐的性质，使其具有明显性能优势，故实验选用 PAFC 作为无机混凝剂。在其他条件相同的状况下，分别研讨不同投加量时单一絮凝剂和复配絮凝剂的处置效率，结果如图 1—5所示。
由图 1 和 2 可知: 随着单一无机混凝剂或有机絮凝剂投加量的增加，浊度、总酚和 COD 的去除率先增大后减小，且单独投加有机絮凝剂 NPAM 的絮凝效果优于单独投加 PAFC 的，投加 20 mg /L NPAM时总酚和 COD 的最大去除率仅为 16. 0%和 18. 6%，投加 30 mg /L NPAM 时浊度的最大去除率仅为82. 2%。因而，投加单一絮凝剂对该废水的处置效果不明显，且投加单一絮凝剂处置该废水时，絮体颗粒较小，沉降性能差。由图 3—5 可知: PAFC 与 3种电荷类型聚丙烯酰胺停止复配( PAFC +APAM、PAFC+CPAM、PAFC+NPAM) 预处置该废水，随着投加量的增加，浊度、总酚的去除率先升高后逐步降低，COD 的去除率则先升高后逐步趋于平稳，在投加 1. 5 g /L PAFC+30 mg /L PAM 时混凝效果最好，浊度、总酚和 COD 的去除率分别为 90. 1%、18. 4%和 28. 9%，此时混凝效果优于单独投加单一絮凝剂的絮凝效果。PAFC 水解会生成具有强吸附和电中 和才能的正电荷多核羟基配位化合物，随着 PAFC 投加量的增加，带正电荷的多核羟基配位化合物增 多，与废水中带负电荷的胶体颗粒发作吸附作用和 电中和作用，使其快速脱稳，构成絮体。单独投加 PAFC 时，絮体较小且沉降较慢，随着 PAM 的投 加，PAM 的酰胺基( —CONH2 ) 可与许多物质亲和、吸附构成氢键，吸附架桥作用加强，促进絮体的凝 聚，构成更大的絮体并快速沉淀。随着絮凝剂的继续投加，胶体颗粒被过量的絮凝剂包裹，颗粒带相反电荷而复稳，颗粒更分散，絮凝效果变差。
此外，3 种电荷有机絮凝剂与 PAFC 复配对浊 度、总酚和 COD 的去除效果差别较大，其中，CPAM 的去除效果最好，APAM 其次，NPAM 最差。APAM 和 CPAM 不只能够与颗粒发作桥联作用，还易与水中的胶体粒子发作吸附架桥作用，构成较大的絮凝物，利于絮体的凝聚和沉淀。与 APAM 相比，CPAM 具有带正电荷的基团，除了吸附架桥作用，还可与带负电荷的悬浮颗粒发作电荷中和作用，对污染物的去除效果更好。因此，选择 CPAM 与 PAFC 实行结合处置废水。
2. 2 PAFC 投加量( 复配体系) 对处置效果的影响
初始 pH 为原水 pH，CPAM 投加量为 20 mg /L， 搅拌转速为 350 r /min，改动 PAFC 投加量分别为 0. 9、1. 1、1. 3、1. 5、1. 7、1. 9 g /L，考量PAFC 投加量对混凝效果的影响，结果见图 6。
由图 6 可知: 随着 PAFC 投加量的增大，浊度、COD 和总酚的去除率先增大后减小，在投加量为1. 5 g /L 时到达最佳值，三者去除率的最大值分别为 91. 4%、27. 5% 和 26. 5%。PAFC 在反响中会水解出 Al3+和 Fe3+，水解生成较多的带正电荷多核产物，易与废水中带有相反电荷的胶体颗粒发作电中和作用和吸附架桥作用，构成絮体，且异核金属离子交织排列构成的分子链具有很强的包裹性和吸收才能，颗粒互相吸收而凝聚成絮体，首先 PAFC 经过电中和作用使得胶体颗粒脱稳，然后 CPAM 进一步发挥电中和作用和吸附架桥作用使得构成的絮体进一步增加且变大。CPAM 发挥吸附架桥作用的同时还存在网捕卷扫作用，使得絮体在沉降过程中经过絮体以及絮体之间的空隙构造进一步捕集小的胶体颗粒和絮体颗粒，进而强化絮凝作用以取得愈加好的絮凝效果。随着适量 PAFC 的投加，水解生成的带正电荷多核产物更好地发挥絮凝作用;当 PAFC 浓渡过高时，胶体颗粒被过量的絮凝剂包裹，带上相反电性，颗粒间的排挤力增加，构成新的稳定体系，不易凝聚，混凝效果反而降低。
2. 3 CPAM 投加量( 复配体系) 对处置效果的影响
选择 CPAM 与 PAFC 结合处置该废水，初始 pH为原水 pH，PAFC 投加量为 1. 5 g /L，搅拌转速为350 r /min，研讨 CPAM 投加量对混凝效果的影响，结果见图 7。由图 7 能够看出: 随着 CPAM 投加量的增加，浊度、COD 和总酚去除率整体上呈先增大后减小的趋向。在 CPAM 投加量为 20 mg /L 时，浊度和 COD 的最大去除率 为 93. 1% 和 36. 4%; 在CPAM 投加量为 30 mg /L 时，总酚的去除率到达最大值 30. 6%，但在 CPAM 投加量为 20 mg /L 时总酚去除率曾经到达 26. 9%，分离絮凝剂投加量对浊度和 COD 去除率的影响，选择最佳 CPAM 投加量为20 mg /L。CPAM 带正电荷基团，随着 CPAM 投加量的增加，CPAM 能应用高分子量和长链构造的特性在废水中充沛发挥吸附架桥作用，还能与废水中胶体颗粒发作电中和作用，此外还快速地产生絮凝作用，使胶体悬浮物快速构成巩固密实的絮体，促进絮体的凝聚，进步混凝效果。但是随着 CPAM投加量的继续增加，污染物去除率降低，絮凝效果变差。这是由于较高浓度的 CPAM 使得分子链不能充沛地伸展，CPAM 不能充沛发挥吸附架桥作用。同 PAFC 一样，过量的 CPAM 会掩盖胶体颗粒，对胶体颗粒起到维护的作用，障碍 CPAM 的絮凝作用，且胶体颗粒会因外表带有正反电荷而复稳，不易凝集和沉淀，使得混凝效果变差。
2. 4 pH 对处置效果的影响
PAFC 投加量为 1. 5 g /L，CPAM 投加量为 20 mg /L，搅拌转速为 350 r /min，改动废水初始 pH 分 别为 3、5、7、9 和 11，调查初始 pH 对混凝效果的影 响，结果见图 8。由图 8 可知: 当废水 pH 由 3 进步 到 11 时，浊度、总酚和 COD 去除率随着 pH 的升 高先增大后减小，在 pH 为 5 时絮凝效果最佳，有明显的固液分层现象，三者去除率最大值分别为98. 9%、35. 9%和 48. 8%。在酸性下，含酚高浓度有机废水中很多胶体杂质颗粒本身电负性消逝，开端脱稳，杂质颗粒由于絮凝剂的吸附架桥、网捕作用而被去除。废水中的苯酚酮类物质在酸性条件下易于因絮凝而脱稳，加强絮凝效果。当酸性过大时，PAFC 水解产生的正电荷多核羟基络合物不易构成，CPAM 不易水解，PAFC 和 CPAM 不能充沛发挥电中和、吸附架桥作用。在强酸条件下，正电荷过多，杂质颗粒不能与带正电荷的絮凝剂发作絮凝作用，絮凝效果较差，絮体松懈不易聚沉且容易上浮。当 pH > 9 时，废水中苯酚酮类等物质在高 pH 时会构成钠盐，溶解性较好而不易脱稳，招致去除效果降低。在碱性条件下，PAFC合成的 Al3+和 Fe3+易生成沉淀，絮凝作用大大削弱; CPAM 不易水解，分子链的伸展度降低，吸附架桥作用削弱; 胶体颗粒外表负电荷增加，不能有效地与带正电荷的 CPAM 发作电中和作用，混凝效果变差。
2. 5 水力条件对处置效果的影响
PAFC 投加量为1. 5 g /L，CPAM 投加量为20 mg /L，初始 pH 为 5，经过改动快速搅拌过程中的搅拌转速来改动水力条件，快速搅拌转速分别为 200、250、300、350、400 和 450 r /min，调查初始水力条件对混凝效果的影响，结果见图 9。由图 9可知: 水力条件对浊度去除率的影响较小，但是总酚和 COD 的去除率随着搅拌转速的增大先增大后减小，在以 300 r /min 快速搅拌 1 min，50 r /min 慢速搅拌 10 min 时，混凝效果最 好，浊 度、总酚 和COD 去除 率达最大值，分别为 99. 1%、37. 5% 和51. 4%，此时，浊度、总酚 和 COD分别 为 23. 6、3 328和14 700 mg /L。适宜的搅拌转速能为废水中的胶体颗粒及悬浮颗粒碰撞提供良好的时机，促进絮凝剂与颗粒间的电中和、吸附架桥作用，有助于絮体的构成和凝集。过低的搅拌转速不能很好地提供碰撞时机，PAFC 和 CPAM 水解物与胶体颗粒不能充沛接触，不能充沛发挥絮凝作用。但是过高的搅拌转速易形成絮体破碎，不利于絮体的凝集和沉淀，絮凝效果较差。
2. 6 正交实验剖析
依据表 2 作出浊度去除率与各要素程度的极差剖析。以浊度为调查指标，依据表 2 中极差剖析结果可知: 影响浊度去除率的重要要素依次为 pH、CPAM 投加量、PAFC 投加量、水力条件，即 pH 和CPAM 投加量是主要影响要素，水力条件的影响最小。以浊度去除率为评价指标，混凝实验最佳条件: pH 为 5，PAFC 投加量为 1. 5 g /L，CPAM 投加量为 25 mg /L，以 300 r /min快速搅拌 1 min，50 r /min慢速搅拌 10 min。在此条件下，混凝效果最好，浊度去除率最大。
3 结论
单独投加无机混凝剂或有机絮凝剂对浊度、COD 和总酚的去除效果普通，絮体沉降速度较慢，无明显分层。将无机混凝剂 PAFC 和 3 种电荷类型聚丙烯酰胺实行复配，去除率大大提升，其中与CPAM 复配的絮凝效果最好。由单要素实验和正交实验得出其最佳絮凝 条 件 为: pH 为 5，PAFC 和CPAM 投加量分别为 1. 5 g /L 和 20 ～ 25 mg /L，以300 r /min 快 速 搅 拌 1 min，50 r /min 慢速 搅 拌10 min，此时污染物的去除效果最佳，浊度、总酚和COD 分别为 23. 6、3 328 mg /L 和14 700 mg /L，其去除率分别为 99. 1%、37. 5%和 51. 4%。
