幾種無機高分子絮凝劑對造紙綜合廢水的處理
摘 要:選用聚合氯化鐵(PFC)、聚合氯化鋁(PAC)、聚鐵硅(PFCSi)和聚鋁硅(PACSi)等4種無機高分子絮凝劑對造紙綜合廢水進行處理,分別研究了絮凝劑用量、pH值、溫度等因素對絮凝效果的影響。以CODCr的去除率為評價指標,分析了不同絮凝劑的處理結果,得到了不同絮凝劑處理廢水的最佳工藝條件。結果表明,在相近的處理效果下,PFCSi和PACSi的用量分別是PFC和PAC的16·7%和33·3%,且絮凝效果明顯優于PFC和PAC。
關鍵詞:造紙綜合廢水;無機高分子絮凝劑;聚鐵硅;聚鋁硅
隨著造紙廢水排放標準的日趨嚴格,造紙行業面臨著越來越嚴峻的環保問題和經濟問題。造紙廢水的混凝沉淀處理法因其投資小、占地少、處理快及適于間歇處理等優點,日益受到中、小型造紙企業的青睞[1-2]。
本實驗采用正交實驗,著重對聚合氯化鐵(PFC)、聚合氯化鋁(PAC)、聚鐵硅(PFCSi)和聚鋁硅(PACSi)等4種無機高分子絮凝劑在處理造紙綜合廢水時的處理效果和條件進行比較,從而為造紙廢水處理過程中絮凝劑的選取提供依據。
1 實 驗
1·1 試劑及儀器
聚合氯化鐵(PFC):工業品,黑色透明液體;
聚合氯化鋁(PAC):工業品,淡黃色粉末狀顆粒;PFCSi、PACS:i自制。
721分光光度計;DBJ-621型定時變速攪拌機;
pHS22C酸度計;HI93727色度儀;CODCr快速測定儀。
1·2 造紙綜合廢水的處理
1·2·1 廢水水質分析
本實驗所用廢水取自西安某造紙廠,該造紙廠以稻麥草為原料,采用堿法制漿,廢水水質分析見表1。
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1·2·2 造紙綜合廢水的處理
取500mL造紙廢水放入1000mL燒杯中,加入一定量的絮凝劑(PFCSi、PACSi、PFC、PAC),于一定溫度下,以200r/min的速度攪拌2min,再調節轉速為100r/min攪拌10min,靜置一定時間,取距液面25mm處的上清液分析水質。
1·2·3 造紙綜合廢水處理工藝的優化
本實驗選取每個絮凝劑用量、初始pH值、溫度及誤差作為考察因素,每因素取3水平,每個絮凝劑進行L9(34)正交實驗。以CODCr的去除率為評價指標進行極差分析,并確定最佳工藝條件。表2為因素與水平表,表3為正交實驗安排。
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2 結果與討論
2·1 絮凝劑對SS、色度和CODCr去除率的比較
4種不同絮凝劑對SS、色度和CODCr去除率的比較分別見表4~表6。從表4和表5可看出:4種絮凝劑對SS和色度的去除率大部分在85%以上,說明這4種絮凝劑均具有很好的吸附架橋和電中和作用,可以將廢水中的絕大部分懸浮物和膠體物質除去。從表6可看出4種絮凝劑對CODCr的去除率有較大的差別。
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2·2 正交實驗結果分析
由于4種絮凝劑對廢水色度和SS的去除率均較高,所以正交實驗分析中,僅以CODCr的去除率為主要考察指標對絮凝劑的效果進行評價,正交實驗結果及分析見表7。
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2·2·1 PFC處理結果分析
從表7可以看出,PFC作為絮凝劑,各因素對CODCr去除率的影響大小順序為:用量>溫度>pH值>誤差,誤差對處理效果影響不大,可以忽略。隨著PFC用量的增加,CODCr的去除率先增加后減小,最佳用量為180mg/L。這是因為剛開始投加絮凝劑時,絮凝劑水解形成高價正離子,壓迫廢水中的膠體雙電層,使膠粒表面電位降低,微粒間的斥力下降,廢水中的膠體通過吸附架橋作用團聚在一起從而沉降;隨著絮凝劑用量的增加,膠粒表面電位逐漸降到零,此時廢水中的膠體產生快速絮凝;繼續投加絮凝劑,膠粒表面會吸附反電荷,使表面電位重新上升,斥力增加,絮凝效果變差[3]。
溫度對CODCr去除率的影響排在第2位,說明PFC對溫度較為敏感,升高溫度可提高處理效果。pH值最優值為8,即廢水不調pH值時較好,這一點對工程實際來說非常重要,它不僅使處理流程變得簡單,易于操作,而且還節省了運行費用。
2·2·2 PAC處理結果分析
從表7可以看出,PAC作為絮凝劑,各因素對CODCr去除率的影響大小為:用量>pH值>溫度>誤差,溫度與誤差對處理效果的影響不大,可以忽略。PAC的最佳用量為120mg/L,pH值最佳為10,可能是因為PAC的用量過高,只有高pH值才能中和水解時產生的大量H+[4];溫度對處理效果的影響不是很大,這一點對于北方地區廢水的實際處理過程是很有利的。
2·2·3 PFCSi處理結果分析
從表7可以看出,PFCSi作為絮凝劑,各因素對CODCr去除率的影響大小為:溫度>用量>誤差>pH值。pH值對處理效果影響不大,可以忽略。PFCSi為絮凝劑的最佳實驗條件為:用量30mg/L,溫度35℃。
2·2·4 PACSi處理結果分析
從表7可以看出,PACSi作為絮凝劑,各因素對CODCr去除率的影響大小為:用量>溫度>誤差>pH值,同樣,pH值對處理效果影響不大,可以忽略。PACSi為絮凝劑的最佳用量為40mg/L,遠小于PAC的用量,這個結果與實際廢水處理過程中發現的PACSi比傳統絮凝劑形成的礬花大,沉降速度快是一致的[5]。
2·2·5 正交實驗結果的驗證
按上述實驗結果進行驗證性實驗,實驗結果表明,4種絮凝劑在正交綜合尋優所得出的最佳絮凝條件下對造紙綜合廢水的CODCr均有各自的最佳去除率,其中PFC為65·6%,PAC為52·4%,PFCSi為62·8%,PACSi為81·8%。
2·2·6 4種絮凝劑效果比較
(1)在相近的處理效果下,PFCSi、PACSi的用量分別是PFC和PAC的16·7%和33·3%,這充分說明了PFCSi和PACSi這2種無機高分子絮凝劑比傳統的無機絮凝劑性能更優異。聚硅金屬鹽類特殊的高效絮凝能力是由于硅的加入與聚鋁、聚鐵中的鐵、鋁水解形態發生再聚合,特別是由于聚硅酸的陰性可強烈地與聚鐵、聚鋁的陽性相吸,硅酸離子進而取代低聚體中的氫氧根離子,使鋁和鐵的有效成分增加所致[6]。
(2)PFCSi、PACSi的處理效果好,且用量小,但對溫度的變化比較敏感,高溫時處理效果更好。所以在實際應用中,夏季時選擇PFCSi和PACS,i可在節約成本的情況下達到好的處理效果。
(3)絮凝過程是膠體顆粒與大分子相互靠近、吸附并形成網狀結構的過程,大分子與膠體顆粒的表面電荷對絮凝效果有很重要的影響。體系pH值的改變直接影響著絮凝劑大分子和膠體顆粒的表面電荷性質和形態結構,從而影響它們之間的靠近和吸附行為,即影響絮凝活性[7]。PFC和PAC對pH值比較敏感,處理過程中要注意pH值對效果的影響;而PFC-Si和PACSi對pH值不敏感,處理廢水時,不必調節廢水的pH值,這對廢水的實際處理過程非常重要。
3 結 論
3·1 對4種絮凝劑(聚合氯化鐵、聚合氯化鋁、聚鐵硅和聚鋁硅)處理造紙綜合廢水的工藝條件進行了初探,并得到了不同絮凝劑處理的最佳工藝條件;發現4種絮凝劑對造紙綜合廢水色度和SS的去除率都較高,無明顯差別,但對CODCr的去除率卻有較大的差別。
3·2 綜合比較4種絮凝劑,在相近的處理效果下,聚鐵硅、聚鋁硅的用量分別是聚合氯化鐵和聚合氯化鋁的16·7%和33·3%,CODCr去除率也相對較高,且對pH值的變化不是很敏感,這說明聚鐵硅和聚鋁硅絮凝效果優于單純的聚合氯化鐵和聚合氯化鋁。在廢水的實際處理過程中,若CODCr去除率要求不高,可選用聚鐵硅;若CODCr去除率要求高,則可選擇聚鋁硅。
參 考 文 獻
[1] 隋智慧.無機復合混凝劑處理造紙綜合廢水[J].中國造紙,2005,24(5):26.
[2] 任朝華.造紙廢水處理中絮凝劑聚合硅酸金屬鹽的合成與應用[J].西南造紙,2005,34(5):11
[3] 王炎紅,袁 斌.新型混凝劑在造紙廢水處理中的應用研究[J].造紙科學與技術,2008,27(2):59.
[4] 賈青竹,李 超,王青臣,等.聚硅鋁鐵絮凝劑在造紙中段廢水處理中的應用[J].中國造紙,2006,25(7):71.
[5] 欒兆坤,宋永會.聚硅酸金屬鹽絮凝劑的制備和絮凝性能[J].環境化學,1997,16(6):53.
[6] 許佩瑤,盧素煥,張振聲,等.聚硅酸金屬鹽類混凝劑的絮凝機理研究[J].環境科學研究,2000,13(6):26.
[7] 張瑞霞,陳夫山,劉廷志.絮凝劑在制漿造紙廢水處理中的應用[J].黑龍江造紙,2005(3):42. CPP
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