不同混凝劑在造紙廢水中的性能試驗研究

蔡蘇寧, 董繼先

(1.陜西工業(yè)職業(yè)技術學院機械工程學院, 陜西 咸陽 712000;2.陜西科技大學機電工程學院， 陜西 西安 710021)

0 引 言

隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，人口的劇增，人民生活水平的逐步提高，用水量也急劇增加，加劇了淡水資源的短缺和水資源的污染.為了保證水資源的可持續(xù)利用，解決水環(huán)境污染問題，國內外在水處理方面做了大量的工作，開發(fā)了多種水處理工藝，如生化法、離子交換法、吸附法、化學氧化法、電滲析法和污水生態(tài)處理技術等[1].與這些方法相比，混凝沉淀法以其處理效率高、經(jīng)濟、簡便的特點成為世界各國普遍使用的一種水質處理技術.混凝劑的選擇是該工藝的核心和關鍵，其性能決定水處理效果的好壞[2].

本文通過開展一系列的燒杯混凝實驗，比較了聚合氯化鋁(PAC)、硫酸亞鐵(化學純)、三氯化鋁(化學純)、精制硫酸鋁、聚丙烯酰胺(PAM)等幾種混凝劑對以木漿為主的制漿造紙廠廢水的治理效果.

1 實驗部分

1.1 實驗原理

混凝作用的基本原理是通過向廢水里投加各種有機或無機混凝劑，通過快速混合藥劑被均勻分散在污水中，廢水中分散的膠體顆粒與溶解態(tài)的混凝劑之間產(chǎn)生固相與液相之間的化學吸附、電中和脫穩(wěn)以及粘結架橋的作用，經(jīng)過脫穩(wěn)顆粒間的碰撞結合，形成較大的絮凝體顆粒而迅速沉降[3].混凝產(chǎn)生的較大絮體通過后續(xù)的沉淀或澄清、氣浮等從水中分離出去，這一水處理工序是污水深度處理的重要環(huán)節(jié).以給水處理為例，絮凝能有效脫除80%～90%的膠體物質，對降低水中COD值有重要作用.此外，絮凝能有效除去水中90%以上的微生物與病毒,使其一并轉為污泥.

1.2 實驗水質及出水要求

本設計混凝處理對象是制漿造紙廠的工業(yè)廢水，它的混凝與給水處理的混凝有所不同，其特點是：由于水體中大量生物微粒的存在，并且這些微粒與藥劑以及相互間親和力強，因而投加藥劑后絮凝過程可在較短時間內完成.

該廠的終端廢水的水質狀況為ρ(CODcr)400 mg/L，ρ(BOD5)135 mg/L，ρ(SS)200 mg/L，pH=6.3，濁度400 NTU，要求為ρ(CODcr)≤100 mg/L，ρ(SS)≤70 mg/L，pH值在6～9范圍內.

1.3 實驗材料與設備

材料：絮凝劑為聚合氯化鋁(PAC)、硫酸亞鐵(化學純)、三氯化鋁(化學純)、精制硫酸鋁、聚丙烯酰胺(PAM).

設備：SC556實驗攪拌器、PHS-2C型精密酸度計、TG7298型單盤電光分析天平、H-STZ濁度儀、WMX型COD快速測定儀、差壓式直讀BOD測定裝置.

1.4 實驗方法

1.4.1 混凝最佳pH值的確定

取一組(8份* 250 mL)的造紙廢水，經(jīng)調節(jié)其pH至不同數(shù)值，投加近似最佳量的絮凝劑(由定性試驗確定)后，先快速攪拌(200 r/min)0.5 min，后中速攪拌(120 r/min)2 min，再慢速攪拌(70～80 r/min)6 min.靜置20 min后，測定其上清液的剩余濁度，做出剩余濁度-pH值關系圖，確定最佳PH值.

1.4.2 最佳混凝劑和投加量的確定

在多聯(lián)變速攪拌機上通過燒杯實驗來確定最佳絮凝劑種類.

實驗條件為：取若干組，每組為5份，體積各為250 mL的廢水，于各組分別投加不同種類的絮凝劑，每一組內所加的絮凝劑種類相同，但投加量不同.先快速攪拌(200 r/min)0.5 min，后中速攪拌(120 r/min)2 min，再慢速攪拌(70～80 r/min)6 min,待靜沉20 min后，目測上清液水色，用濁度計測定上清液濁度，并測定上清液中剩余CODcr，確定最佳投藥種類和投藥量.

1.4.3 聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺的復合混凝效果

取一組(6份*250 mL)的造紙廢水，先投入一定的聚合氯化鋁，由于聚合氯化鋁的電荷中和作用，使廢水中膠粒的表面電荷被中和到一定程度，膠粒間排斥能較弱，而增多了相互間的碰撞次數(shù)；然后再加入聚丙烯酰胺，可使被部分中和的膠粒迅速被吸附和橋連，形成絮凝體，表1～3為復合混凝的試驗結果.

2 結果與討論

2.1 pH值對處理效果的影響

試驗結果列于表1，由表中數(shù)據(jù)可知用精制硫酸鋁和聚合氯化鋁作絮凝劑產(chǎn)生絮凝作用的最佳pH值分別為5和6.5.該廢水實際pH為6.3，因此如果選用聚合氯化鋁作絮凝劑，廢水pH值不做任何調節(jié)就可達到較好的處理效果.

表1 不同pH條件下兩種絮凝劑的混凝效果(濁度/NTU)

2.2 不同絮凝劑及不同投加量對處理效果的影響

試驗結果見表2.投加不同的絮凝劑對COD的去除率不同，由實驗數(shù)據(jù)可知聚合氯化鋁效果最好，而精制硫酸鋁、三氯化鋁、聚丙烯酰胺效果次之，硫酸

表2 不同絮凝劑及不同投加量時上清液中CODcr值(mg/L)

*為相對最佳投加量，**濃度為質量分數(shù).

亞鐵效果較差,而且投加1%聚合氯化鋁作絮凝劑，投加量相對較少，僅為4/10萬(即40 mg/L).

2.3 聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺的復合混凝效果

由表3 可以看出，復合使用聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺混凝可以部分提高COD去除率，如2號樣中上清液CODcr可降至45.3 mg/L，但總的來看提高幅度并不是很大.由于聚丙烯酰胺價格較昂貴，使用復合混凝法會使處理費用提高，因此只有在出水水質不達標時，才考慮使用復合混凝劑.

表3 聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺復合混凝試驗

3 結 論

(1)該造紙廠廢水處理后出水必須達到ρ(CODcr)≤100 mg/L，ρ(ss)≤70 mg/L.該廢水可生化性不好，水量又較大(100 m3/h).因此，既要求選用的絮凝劑對COD和懸浮物去除效果好，又要充分考慮成本問題.本試驗比較了各種絮凝劑的去除效果、投加量和其成本價格，認為使用聚合氯化鋁作為該廢水處理的絮凝劑(投加量約為40 mg/L)，去除效果最好，最為經(jīng)濟，且不需調節(jié)pH值.

(2)復合使用聚合氯化鋁和PAM，可以部分提高COD去除率，因成本較高，在一般情況下不宜采用復合絮凝劑，而在出水水質不能完全達標時，可考慮復合絮凝劑(即PAC-PAM).

參考文獻

[1] 鄭懷禮，張占梅.聚合氯化鋁鐵絮凝劑的制備及絮凝性研究[Z]，2006：4.

[2] 劉 睿，周啟星.水處理絮凝劑研究與應用進展[J].應用生態(tài)學報，2005,16(8):1 558-1 562.

[3] 李鳳亭，張善發(fā)，趙 艷.混凝劑與絮凝劑[M].北京：化學工業(yè)出版社,2005：9.