幾種無機(jī)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(jī)高分子絮凝劑對造紙綜合廢水進(jìn)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(biāo),分析了不同絮凝劑的處理結(jié)果,得到了不同絮凝劑處理廢水的最佳工藝條件。結(jié)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(yōu)于PFC和PAC。
關(guān)鍵詞:造紙綜合廢水;無機(jī)高分子絮凝劑;聚鐵硅;聚鋁硅
隨著造紙廢水排放標(biāo)準(zhǔn)的日趨嚴(yán)格,造紙行業(yè)面臨著越來越嚴(yán)峻的環(huán)保問題和經(jīng)濟(jì)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(yōu)點,日益受到中、小型造紙企業(yè)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(jī)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(jìn)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(jù)。
1 實 驗
1·1 試劑及儀器
聚合氯化鐵(PFC):工業(yè)品,黑色透明液體;
聚合氯化鋁(PAC):工業(yè)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(jī);
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(zhì)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(zhì)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(diào)節(jié)轉(zhuǎn)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(zhì)。
1·2·3 造紙綜合廢水處理工藝的優(yōu)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(jìn)行L9(34)正交實驗。以CODCr的去除率為評價指標(biāo)進(jìn)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(jié)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(zhì)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(jié)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(biāo)對絮凝劑的效果進(jìn)行評價,正交實驗結(jié)果及分析見表7。
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2·2·1 PFC處理結(jié)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(tuán)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(chǎn)生快速絮凝;繼續(xù)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(yōu)值為8,即廢水不調(diào)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(jié)省了運(yùn)行費(fèi)用。
2·2·2 PAC處理結(jié)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(chǎn)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(qū)廢水的實際處理過程是很有利的。
2·2·3 PFCSi處理結(jié)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(jié)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(yuǎn)小于PAC的用量,這個結(jié)果與實際廢水處理過程中發(fā)現(xiàn)的PACSi比傳統(tǒng)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(jié)果的驗證
按上述實驗結(jié)果進(jìn)行驗證性實驗,實驗結(jié)果表明,4種絮凝劑在正交綜合尋優(yōu)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(jī)高分子絮凝劑比傳統(tǒng)的無機(jī)絮凝劑性能更優(yōu)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(tài)發(fā)生再聚合,特別是由于聚硅酸的陰性可強(qiáng)烈地與聚鐵、聚鋁的陽性相吸,硅酸離子進(jìn)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(yīng)用中,夏季時選擇PFCSi和PACS,i可在節(jié)約成本的情況下達(dá)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(wǎng)狀結(jié)構(gòu)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(zhì)和形態(tài)結(jié)構(gòu),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(diào)節(jié)廢水的pH值,這對廢水的實際處理過程非常重要。
3 結(jié) 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(jìn)行了初探,并得到了不同絮凝劑處理的最佳工藝條件;發(fā)現(xiàn)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(yōu)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(xiàn)
[1] 隋智慧.無機(jī)復(fù)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(yīng)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(yīng)用研究[J].造紙科學(xué)與技術(shù),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(yīng)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(huán)境化學(xué),1997,16(6):53.
[6] 許佩瑤,盧素?zé)?張振聲,等.聚硅酸金屬鹽類混凝劑的絮凝機(jī)理研究[J].環(huán)境科學(xué)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(yīng)用[J].黑龍江造紙,2005(3):42. CPP
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