PBS混凝剂处理造纸综合废水

Posted 2023-01-11 混凝

篇首语：做一个俗人，要知世俗而不俗世，知世故而不世故。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了PBS混凝剂处理造纸综合废水相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

隋智慧宋旭梅张景彬(齐齐哈尔大学轻纺学院，齐齐哈尔161006)
造纸工业是对环境污染较重的行业之一，其主要污染来自制浆造纸过程中产生的各种废水，主要包括蒸煮制浆废水(黑液)、洗浆废水、漂白废水和抄纸废水等4大类。其中蒸煮制浆废水对环境污染最为严重，占整个造纸工业污染的90%。造纸废水中污染物的成分相当复杂，废水中因含大量的细纤维、树脂、色料及其它化学和物理杂质，使COD、BOD、色度污染负荷大，难以直接生物降解。而混凝沉降法，是目前国内外?a href='http://www.baiven.com/baike/224/264703.html' target='_blank' style='color:#136ec2'>美刺岣咚蚀硇实囊恢旨染糜旨虮愕?a href='http://www.baiven.com/baike/223/311806.html' target='_blank' style='color:#136ec2'>水处理技术，其关键问题之一是混凝剂的选择。因此，选取高效和经济合理的混凝剂处理造纸废水，是治理废水、解决废水污染的一条行之有效的方法。
鼓风炉铁泥是炼铁过程中鼓风炉气净化而产生的一种固体废弃物，其粒度通常在0.1mm以下，它含有大量的氧化铁和细粒焦炭，化工利用主要是从铁泥中提取精炭和铁精矿。粉煤灰是热电厂排放的一种废弃物。我国电力以燃煤为主，每年约有近亿t粉煤灰排放，目前其利用率仅为40%左右，主要用于烧砖、筑路、水泥和混凝土的掺合料、选取漂珠、改良土壤等方面，其余部分基本上堆积废弃，这不仅占用了土地，而且污染环境。如何将粉煤灰综合利用，是当今环境科学的重要研究课题[2-7]。
本实验是在粉煤灰中加入鼓风炉铁泥，进行酸处理，制备PBS混凝剂，并与无机高分子絮凝剂PSA配合用于造纸废水的处理，具有工艺简单，以废治废，低成本，多效益等优点。
1废水处理工艺
利用PBS混凝剂与PSA配合使用，对造纸废水进行处理。处理工艺流程，见图1。

2.4混凝实验用DBJ-621型定时变速搅拌机在
1L烧杯中进行实验。取500mL废水，加入适量PBS，
在转速为280r/min下搅拌2min，使混凝剂充分分
散。随后降低转速至120r/min，继续搅拌8min；再加入一定量(约15mg/L)的PSA絮凝剂，以180r/min搅拌1min，再调节转速为40r/min搅拌8min，静置20min后取距液面25mm处的上清液分析水质。用标准重铬酸钾法测定COD，用稀释倍数法测定色度。
3结果与讨论
配合适量PSA絮凝剂，将酸处理得到的PBS混凝剂对造纸废水进行处理，结果如下。
3.1搅拌速度和搅拌时间对混凝效果的影响搅拌的目的，是帮助混合反应、凝聚过程。搅拌速度只有在适中的情况下，才能使混凝剂具有较好的混凝效果。搅拌速度慢，则搅拌不充分，不利于混凝剂的分散与絮团的形成；而搅拌速度过快，又会使已经形
成的絮团破碎，这时混凝剂将从固相粒子表面脱落，显出新的空位，在这些空位上又得吸附更多的混凝剂，显然，这也不利于混凝。在混凝剂添加过程中，一般先用较快速度进行搅拌，使混凝剂与微粒能充分接触。一旦混凝作用产生，搅拌速度就应该降低，避免破坏已形成的絮团。本实验采用快速搅拌与慢速搅拌相结合的方式，混凝效果好。
搅拌时间过短，混凝作用不充分，搅拌时间过长，则已形成的絮体又被破碎，因而选择适宜的搅拌时间十分重要。本实验搅拌总时间选择在20min左右。
3.2pH值对混凝效果的影响在常温及混凝剂投加量为60mg/L的条件下，用稀硫酸和稀氢氧化钠溶液调节废水的pH值，考查pH值变化对混凝效果的影响，结果见图3。图3表明：pH值对混凝剂的混凝效果有很大的影响，在pH值为6～9范围内，PBS混凝剂有很好的混凝效果，CODCr的去除率在80%以上，且在pH值为7.0时出现最大值，CODCr的去除率达85.2%。这是因为pH值不同，混凝剂生成的水解产物不同，吸附微粒以及压缩双电层及电中和作用不同，因而混凝效果亦不同。

3.3混凝剂用量对混凝效果的影响在常温及pH值为7.0条件下，分别用PBS、Al2(SO4)3、FeCl3混凝剂处理实验水样。混凝剂用量与CODCr去除率的关系，示于图4。从图4可看出：PBS混凝剂对废水的处理效果，明显优于Al2(SO4)3和FeCl3两种混凝剂。随着混凝剂用量的增加，CODCr去除率先是明显增加；当混凝剂的用量达50mg/L后，其变化减慢，且当混凝剂用量为60mg/L时，CODCr去除率达到最大值；之后，随着混凝剂用量的增加，CODCr去除率又逐渐下降。这是因为混凝剂加入量少时，混凝不充分，混凝效果不好；而混凝剂用量过大时，废水中胶粒被过多的混凝剂所包围，会使胶粒表面饱和，失去同其他胶粒结合的机会，达到另一种稳定状态，不易凝聚，因而混凝效果也不好。
3.4不同混凝剂沉降性能比较在常温、pH值为7.0及混凝剂投加量为60mg/L的条件下，按混凝沉降实验方法，在500mL废水中分别加入PBS、Al2(SO4)3、FeCl3三种混凝剂处理后，倒入500mL量筒中，观察测量不同沉降时间的上清液高度，结果见图5。20min后量取的清液和沉淀高度(mm)，见表2。

由图5和表2可知，PBS混凝剂的沉降性能最好，且加入PBS混凝剂的水样较其它混凝剂所形成的絮体大而密实，沉降速度快，10～12min即可完成沉降。这主要是由于PBS混凝剂中的未溶固体起了加重作用，因而沉降加速，且20min后污泥的体积最小，这是粉煤灰基混凝剂最突出的特点。

从表3可见，配合PSA絮凝剂，三种混凝剂对造纸废水都具有一定的处理效果。对SS，三种混凝剂都有较好的处理效果，这是由于粉煤灰基混凝剂与Al2(SO4)3及FeCl3的作用相同，都具有凝聚性能，在PSA的作用下能产生基本相同的混凝效果。但对CODCr、色度等依靠吸附作用才能去除的组分，PBS混凝剂的处理效果最好，其混凝效果优于Al2(SO4)3及FeCl3等传统混凝剂。这说明PBS具有优良的吸附性能，其原因可结合表1的结果加以说明，即由于原料中特别是铁泥中含有较多的C，煤经高温后，因燃烧不完全，形成了一类孔隙比较发达的类似于活性炭结构的物质，具有很强的吸附作用，对于水中可吸附的物质处理效果明显。而Al2(SO4)3和FeCl3只是一般的混凝剂，主要起凝聚的作用，所以其处理效果不及粉煤灰混凝剂。
4PBS混凝剂混凝机理探讨
废水中粒度在lnm-1μm间的微粒属胶体颗粒，含有103-104个原子的线型高分子物质也属胶体颗粒。就制浆造纸废水而言，备料工段废水中微细原料粉末，浆料洗选工段中高子有机物及细小纤维，漂白工段中大分子有色物质及细小悬浮颗粒，抄纸工段中的细小浆料，一般皆以胶体形态存在于废水中。胶体表面带负电荷。
PBS混凝剂是从粉煤灰和鼓风炉铁泥制得的复盐型无机混凝剂，主要成分为Fe3+、和SO4，次Al3+2-要成分为Fe2+、Ca2+和Mg2+，其混凝机理分析如下。
4.1压缩双电层和静电中和作用粉煤灰基混凝剂中由于含有大量Fe3+和Al3+离子，具有高价正电荷，能有效降低或消除水中悬浮胶粒的Zeta电位，使胶粒间排斥力降低，胶粒易于脱稳和凝聚；且这些离子水解还可形成许多复杂的多核络合物，随着缩聚反应的不断进行，更有利于凝聚废水中悬浮的胶体杂质。
4.2吸附作用这一作用由粉煤灰的多孔性及比表面积决定。粉煤灰本身具有多孔性，对废水中的有机物和颜色有吸附作用。经酸处理后的粉煤灰，表面状况有比较大的变化。从图6可见，未经酸处理的粉煤灰颗粒，其表面比较光滑致密；而经酸处理后的粉煤灰，表面状况有较大的改变，其表面或微孔内变得更加粗糙，比表面积明显增大。所以，粉煤灰经酸在较高温度下浸提后，相当于表面被活化。根据废水处理的吸附理论，吸附剂的比表面积越大，吸附效果越好。因此，活化后的粉煤灰对有机物的吸附能力更强。
4.3吸附架桥和网捕作用由于PSA中含有聚硅酸大分子，同时也含有Fe3+和Al3+离子，具有较强的吸附架桥和网捕能力，能使难溶化合物及细小的颗粒从水中分离出来，这更加强化了吸附与混凝沉降的过程。
5结论
1.在pH值为6～9范围内，PBS混凝剂对废水均有较好的处理效果。且pH值为7.0时处理效果最佳，CODCr去除率为85.2%。
2.PBS混凝剂的投加量在某一值时CODCr去除率有一最大值，不宜过高或过低，最佳投加量为60mg/L。
3.PBS混凝剂与絮凝剂PSA配合使用，能有效
地降低造纸废水中的SS、CODCr及色度。在常温、pH值为7.0及混凝剂投加量为60mg/L的条件下，SS、
CODCr和色度的去除率分别为92.4%、85.2%和91.6%，其对废水的混凝沉降性能优于Al2(SO4)3和FeCl3混凝剂。
4.PBS混凝剂的生产原料来源丰富，制备工艺简单，生产成本低；将其用于废水处理属以废治废，且废水处理工艺简单，因此费用低。采用本法处理造纸废水，不会产生二次污染。