楊二亮,周元祥,王洪雷,張玉亮
(1.合肥工業(yè)大學,安徽 合肥 230000;2.安徽六安電鍍產(chǎn)業(yè)園,安徽 六安231300)
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PAC-PAM聯(lián)合處理某工業(yè)園電鍍廢水的處理效果試驗
楊二亮1,周元祥1,王洪雷1,張玉亮2
(1.合肥工業(yè)大學,安徽 合肥 230000;2.安徽六安電鍍產(chǎn)業(yè)園,安徽 六安231300)
研究了聚合氯化鋁(PAC)-聚丙烯酰胺(PAM)復合絮凝劑對某產(chǎn)業(yè)園電鍍廢水處理效果??疾炝薖AM-PAC復合絮凝劑的最佳用量,以及過量PAC和PAM對水質(zhì)的影響以安排試驗,結(jié)果表明:采用質(zhì)量分數(shù)為0.3%的PAM和4%的PAC時,投加量為1.0 mL和2.5 mL時達到最好效果,在此條件下COD去除率達到71.5%,同時過量的PAM和PAC都將會引起處理效果的下降,PAC的過量加入引起水質(zhì)變渾濁,水質(zhì)表觀變差,PAM過量其小分子在后續(xù)的生化中會引起污泥中毒現(xiàn)象。
電鍍廢水;聚合氯化鋁;聚丙烯酰胺
電鍍廢水大致分為6類,分別為:前處理廢水、含氰廢水、含鎳廢水、含鉻廢水、含銅廢水、綜合廢水[1]。電鍍廢水如不進行很好的治理,將會嚴重地污染環(huán)境,影響人們的身體健康,同時,將給企業(yè)帶來一定的經(jīng)濟損失。因此,電鍍廢水的治理問題必須徹底解決。由于電鍍種類的不同,電鍍廢水中所含的污染物也就不同。采用較常見的處理流程是物化處理,生化處理加深度處理。聚合氯化鋁( PAC) 和聚丙烯酰胺( PAM) 用于電鍍廢水處理屬于其中的混凝沉淀法,被稱為廢水處理的“黃金組合”,是電鍍廢水處理的重要方法,在電鍍廢水處理中有著廣泛的應(yīng)用[2]。
隨著研究的深入,越來越多的新型絮凝劑被開發(fā),特別是無機-有機復合絮凝劑的應(yīng)用,它不僅展示了自身的優(yōu)點而且還克服了傳統(tǒng)絮凝劑的缺點。無機高分子絮凝劑在絮凝效果方面優(yōu)于傳統(tǒng)的絮凝劑,但與有機高分子絮凝劑相比,在聚合度及絮凝效果方面較差。有機高分子絮凝劑具有用量少,絮凝速度快,受pH值及溫度影響小等優(yōu)點,但是價格昂貴。將兩種絮凝劑復配使用,利用無機絮凝劑的高正電荷密度和有機高分子絮凝劑的橋連作用,兩者產(chǎn)生協(xié)同作用,能夠提高絮凝處理能力,既有兩者雙重的優(yōu)點,又避免了兩者的不足。因此,近年來無機-有機高分子復合絮凝劑的研制開發(fā)已成為熱點[3]。
PAC 是無機高分子絮凝劑中技術(shù)最成熟,市場銷售量最大的一種,是一種金屬絡(luò)合物,鋁是中心離子,氫氧根及氯根為配位體,通過羥基而架橋聚合,產(chǎn)品分固體和液體兩種[4]。實驗通式為AIn( OH)mCI(3n- m),堿度( m/n) 是水合AI3+的中和度,能夠表示PAC 的特性。生產(chǎn)PAC 的方法有氯化鋁與堿反應(yīng),氫氧化鋁與鹽酸反應(yīng)等。例如:
nAICI3+mOH→ALn(OH)mCI(3n-m)+mCI
PAC 的水溶液是介于三氯化鋁和氫氧化鋁之間的水解產(chǎn)物,帶有膠體電荷,因此對水中的懸浮物有極強的吸附性,從而達到絮凝水中懸浮物的目的。由于具有比傳統(tǒng)藥劑適應(yīng)性強,無毒并可成倍提高效能而相對價廉等優(yōu)點,因而近年得到了迅速發(fā)展和廣泛使用[5]。
PAM 是最早開發(fā)出的有機高分子絮凝劑,分子式為(C3H5NO)n,是由單體丙烯酰胺(PAM) 經(jīng)自由基聚合而成[4]。以丙烯為主要原料,與水按一定比例混合,在銅催化劑的條件下,經(jīng)過水合、提純、聚合、干燥、粉碎等工序,便可生產(chǎn)出 PAM。在制備中可引進不同的帶電基團,故有陰離子型、陽離子型、兩性及非離子型PAM 產(chǎn)品。工業(yè)上將凡含有50% 以上丙烯酰胺單體的聚合物,都泛稱作聚丙烯酰胺[6]。PAM 根據(jù)分子質(zhì)量可分為低分子量( 100 萬以下) 、中分子量( 100~1000 萬) 、高分子量(1000~1500萬) 、超分子量( 1500 萬以上) 。由于PAM 分子鏈中含有一定數(shù)量的極性基團,它能通過吸附廢水中懸浮的固體粒子,使粒子間架橋或通過電荷中和使粒子凝聚形成大的絮凝物,所以,它可以加速懸浮液中粒子的沉降,有非常明顯的加快溶液澄清的效果。
試驗?zāi)康模簽榱舜_定廢水處理試驗系統(tǒng)的絮凝處理操作參數(shù),對該洗滌劑廠的生產(chǎn)廢水進行絮凝實驗研究,確定絮凝處理的最佳操作條件,如絮凝劑用量。同時探討PAC和PAM過量使用對廢水處理效果的影響程度。
3.1主要試劑
聚合氯化鋁(PAC,工業(yè)園污水處理中心已配制濃度為4%),聚丙烯酰胺(PAM,工業(yè)園污水處理中心已配制濃度為0.3%),稀硫酸溶液(AR),氫氧化鈉溶液(AR)。
3.2試驗器材
絮凝試驗所用燒杯在多聯(lián)動變速攪拌機上進行,實驗所用廢水直接取自上述電鍍工業(yè)園廢水處理中心。 試驗儀器包括JJ-3六聯(lián)電動攪拌器、pHS- 3C型精密pH計、MS-1微波消解COD測定儀、721B型分光光度計和燒杯等。
3.3試驗方法和試驗條件
在6~ 8個燒杯中,加入400 mL水樣,分別加入一定量的PAC(4%)、PAM(0.3%),用苛性鈉溶液或稀硫酸溶液調(diào)節(jié)pH值,攪拌一定時間后,靜置沉淀,取上清液測CODCr值。試驗時攪拌速度60 r/min,攪拌時間30 min,沉淀時間30 min。水質(zhì)測定按《水和廢水監(jiān)測分析方法》中規(guī)定的標準方法進行[7]。CODCr的測定采用微波消解重鉻酸鉀法。
4.1助凝劑PAM的用量
按試驗方法,使用配置好質(zhì)量分數(shù)4%的PAC,固定絮凝劑PAC的用量為2 mL,同時控制pH值為7.0,僅改變PAM用量,研究PAM投加量對CODCr去除率的影響。試驗結(jié)果見圖1。
圖1 PAM用量對CODCr去除率的影響
圖1表明在固定投加定量PAC的情況下,PAM有利于促進礬花的形成,沉降性能提高,CODCr去除率進一步增加。通過試驗可以發(fā)現(xiàn)當助凝劑PAM加入后改善了廢水的礬花形態(tài),水中礬花將會凝聚在一起,然后慢慢變大,這是因為加入助凝劑PAM后,通過其吸附架橋作用,將膠體顆粒吸附在一起,使顆粒逐漸變大,形成肉眼可見的粗大絮凝體。從而提高CODCr的去除率。隨著PAM的加入CODCr的去除率在提高,當PAM加入量為1 mg/L時,CODCr的去除率達到最大,CODCr的去除率達到60%以上。
4.2絮凝劑PAC的用量
按試驗方法,使用配置好質(zhì)量分數(shù)0.3%的PAM,固定絮凝劑PAM的用量為2 mL,同時控制pH值為7.0,僅改變PAC用量,研究PAC投加量對CODCr去除率的影響。試驗結(jié)果見圖2。
從圖2明顯可以看出,隨著PAC的投加量增加其廢水的CODCr去除率逐漸提高,廢水中也漸漸出現(xiàn)礬花,隨著PAC投加量的增加礬花也不斷變大,沉淀時間明顯縮短,當PAC的投加量為2.5 mg/L時,廢水的CODCr去除率達到最大,去除率達到70%以上,所以2.5 mg/L為PAC的最佳投加量,大于最佳量之后去除率開始下降。
4.3對比PAC和PAM對水質(zhì)的影響
觀察圖1可以看出當PAM投加量為零時CODCr去除率達到30%多,即僅投加PAC而不投加PAM的情況下能夠去除一定的CODCr,當PAM投加大于最佳值后,CODCr去除率降低,其降低是緩慢下降。觀察圖2可以看出當PAC投加量為零時CODCr去除率也為零,即僅投加PAM是不能夠去除CODCr,隨著PAC的投加CODCr去除率迅速上升,達到最佳值后去除率開始下降,而且下降比較迅猛。通過對比可以看出PAC對去除CODCr的效果要遠大于PAM去除的效果,間接可以總結(jié)出污水處理率PAC比PAM影響程度大。同時綜合可以看到當PAM和PAC投加量分別為1 mL和2.5 mL為最佳投加量,這個時候礬花比較大,上清液很清澈,沉淀速度快。
由于在實際運行過程中,絮凝池出水溢流至沉淀池時常出現(xiàn)污泥上浮現(xiàn)象,引起后端水質(zhì)變渾濁,感官很差,初步分析是前段絮凝池中的PAC或者PAM加入量過多導致,為此通過試驗室小試確定引起此現(xiàn)象的具體原因。
5.1PAM過量投加
控制pH值為7.0,在最佳投加量的基礎(chǔ)上繼續(xù)添加PAM觀察廢水的水質(zhì)變化,實驗結(jié)果見圖3。
從圖3中可以直觀地看出隨著當PAM投加量超過最佳量時,CODCr的去除率隨著PAM投加量增加而緩慢下降,水質(zhì)變得粘稠。PAM本身也是CODCr,過量的加入相當于引入CODCr,導致CODCr去除率下降,同時PAM全稱聚丙烯酰胺,其小分子丙烯酰胺有毒性,過量的加入會引起后端生化處理出現(xiàn)中毒現(xiàn)象。另外PAM價格昂貴,過量投加直接造成浪費現(xiàn)象。
5.2PAM過量投加
控制pH值為7.0,在最佳投加量的基礎(chǔ)上我們繼續(xù)添加PAC觀察廢水的水質(zhì)變化,試驗結(jié)果見圖4。
圖4 PAC用量對CODCr去除率的影響
從圖4中可以直接看出,隨著PAC投加量的增加CODCr去除率急劇下降,過多的PAC將水中的小凝團包圍在一起,阻止了小凝團的進一步聚集,影響了大分子物質(zhì)的沉降。水質(zhì)開始變得渾濁,同時生成的礬花打碎,礬花上翻到水面,CODCr去除率急劇下降。
(1)試驗結(jié)果表明,PAC-PAM復合絮凝劑對電鍍廢水有著良好的處理效果。
(2)在pH值為7的情況下,采用質(zhì)量分數(shù)0.3%的PAM和4%的PAC時,當投加量分別為1 mL和2.5 mL時其效果最好,礬花明顯且沉淀性能好,而且廢水沉淀之后上清液清澈。
(3)過量投加PAM和PAC都會引起去除效果的下降,對于PAC的過量投加直接影響處理效果,先前形成的礬花被打碎,水質(zhì)變差;而PAM的過量投加水質(zhì)開始變得粘稠,由于PAM價格比較貴,過量投加直接增加成本投入.所以保持合適的投加量既節(jié)省成本,又提高了水質(zhì)。
[1]胡衛(wèi)強.淺談電鍍廢水處理[J].廣東化工,2013(11).
[2]張雪,張安龍. PAC 和PAM 在造紙廢水處理中的應(yīng)用[J].湖北造紙,2013(2).
[3]周春瓊,鄧先和,劉海敏.無機-有機高分子復合絮凝劑研究與應(yīng)用[J].化工進展,2004,23(12):1277~1284.
[4]李道榮.水處理劑概論[M].北京: 化學工業(yè)出版社,2005.
[5]常 青.水處理絮凝學[M].北京:化學工業(yè)出版社,2003:69~71.
[6]陳韡,胡開堂. PAM 的制備及其在造紙工業(yè)中的應(yīng)用[J].上海造紙,2000,31( 1) : 19~22.
[7]國家環(huán)境保護總局水和廢水監(jiān)測分析方法編委會.水和廢水監(jiān)測分析方法[ M].3版.北京:中國環(huán)境科學出版社,1989:354~356.
Experiment on the Treatment Effect of PAC-PAM Treating the Electroplating Wastewater in One Industrial Park
Yang Erliang1, Zhou Yuanxiang1, Wang Honglei1, Zhang Yuliang2
(1.HefeiUniversityofTechnology,Hefei,Anhui230000,China;2.AnhuiLiuanElectroplatingIndustrialPark,Liuan,Anhui231300,China)
The treating effects of electroplating wastewater by CODCr with the conditions of PAC(polyaluminium chloride)-PAM(polyac-rylamide)compound flocculant were studied. Considering the optimum amount of PAM-PAC composite flocculant and the influence of excessive dosage of PAC and PAM on water quality, we arranged this experiment, and we got results as follows: when cast dosage of PAM and PAC, of which the mass fraction were 0.3% and 4%, was 1.0 ml and 2.5ml, we achieved the best effect. Under these conditions, the COD removal rate reached 71.5%. Meanwhile, the excessive PAM and PAC would cause a decline in the treatment effect-- excessive addition of PAC caused turbid water and apparent poor water quality; small molecules of excessive PAM caused poisoning phenomenon in the subsequent biochemical sludge.
electroplating wastewater; polyaluminium chloride; polyacrylamide
2016-06-29
楊二亮(1991—),男,合肥工程大學碩士研究生。
X703
A
1674-9944(2016)16-0141-02