PAFC与PAM复合絮凝剂处理泡菜废水

Posted 2023-01-12 絮凝

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采用絮凝法对泡菜废水进行了絮凝烧杯试验，讨论了絮凝剂的选择、PAFC与PAM的不同用量、pH值以及温度对絮凝效果的影响，确定了絮凝剂处理废水的较佳絮凝条件。研究结果表明，PAFC用量90mg/L，PAM用量60mg/L，pH值为7，温度为35℃，在此条件下，泡菜废水处理率为：COD、NH3-N、TP去除率分别为83.9%、47%、92.5%。
眉山是闻名全国的“中国泡菜之乡"。2008年其泡菜产量约70万t，据估计每年泡菜加工至少产生700万t废水，废水里含有的氮、磷营养盐是造成水体富营养化的主要化合物。泡菜废水含盐量在2%～15%，直接排放污染了当地的土壤，会造成土壤严重的盐碱化。
食品废水的处理方法，主要有生物法、吸附法、氧化法等，其中混凝法是常用方法之一。混凝法的关键是选择合适的混凝剂，无机高分子混凝剂以其高效性和低腐蚀性为大家所青睐，常用于工业废水的前处理、城镇生活污水的前期和后期处理等[1-3]。常用的无机混凝剂有聚合氯化铝铁(PAFC)、聚合氯化铝(PAC)、氯化铁、硫酸铝等PAFC，是近十几年发展起来的新型铝铁复合无机絮凝剂，兼有铁盐、铝盐混凝剂的特性，反应速度快，形成絮凝体大、沉降快、过滤性强等，尤其在脱色、去除COD和SS等方面具有独特优点，且克服了铝盐处理后水样残余铝浓度高、沉降速度慢的不足。本研究采用絮凝法对泡菜废水进行了絮凝烧杯试验，讨论了絮凝剂的选择、PAFC与聚丙烯酞胺(PAM)的不同用量、pH值以及温度对絮凝效果的影响，确定了絮凝剂处理废水的较佳絮凝条件。为泡菜废水的后期处理提供依据。
1.试验材料及方法
1.1试验药品及仪器
试剂：试验采用的混凝剂PAFC(化学纯，江苏武进振亚化工厂)，使用时配成5%的水溶液，PAM，阴离子型，相对分子质量约为3×106，使用时配成1%的水溶液。材料：泡菜废水由眉山市李记泡菜厂提供，其COD值为1000～5000mg/L，pH值为3.5～5.5，色度为40，色泽为淡黄色。
主要仪器：90-2型定时恒温磁力搅拌器，上海沪西仪器分析厂；BT124S型电子天平，北京赛多利斯仪器系统有限公司；HH-4数显恒温水浴锅，金坛市富华仪器有限公司；FZUV-2102PCS型紫外可见分光光度计，尢尼柯(上海)仪器有限公司。
1.2试验方法
1.2.1混凝试验
选择PAFC、PAC、FeCl3、聚合硫酸铁(PAS)、Al2(SO4)3(因为废水酸性较强，所以应加入适量的消石灰调节pH7)作为絮凝剂，通过对废水处理前后COD值、TP和NH3-N的比较，选出最佳絮凝剂。再通过单因素试验确定PAFC和PAM的最佳投入量、pH值、最适温度。在500mL的烧杯中加入500mL泡菜废水水样，定位在磁力搅拌器上，调节pH值，加入混凝剂，快速搅拌3min，再中速搅拌30s，静置30min后取上清液测定COD、NH3-N和TP值。
1.2.2试验方法
COD值测定：采用重铬酸钾法。
TP测定采用钼酸铵分光光度法。
NH3-N测定：采用蒸馏-中和滴定法。
2.结果与讨论
2.1絮凝剂的筛选
为筛选出最适合泡菜生产废水处理的混凝剂，根据试验条件对PAFC、PAS、PAC、FeCl3、AL2(SO4)3进行混凝效果的比较，结果如表1所示。

在废水pH7时，相同条件下，5种絮凝剂对应的絮凝效果列于表1。从表1可见，PAS、PAC、FeCl3、AL2(SO4)3对废水的COD、NH3-N和TP均有一定的去除率，但絮凝效果均不理想，而PAFC的絮凝效果则较为显著，对COD、NH3-N和TP的去除率分别达到79.7%、47.3%、88%。因此，本研究拟采用PAFC处理泡菜废水。
2.2pH值对处理效果的影响
固定温度35℃，PAFC投放量90mg/L，PAM用量60mg/L，改变pH，考察不同pH对处理效果的影响。结果见图1。

絮凝过程中，废水的pH值也是影响絮凝效果的一个重要因素，它对胶体表面电荷的Zeta电位，絮凝剂的性质和作用等都有很大的影响。若pH值调整恰当，可以节约大量药剂，降低成本，且能使絮凝作用发挥得完全，絮凝效果好；反之，pH值选择不当，轻者影响絮凝效果，重者不能形成絮凝沉淀，甚至使已形成的絮凝体重新变成胶体溶液。由实验结果可知，随着pH值的增大，COD、NH3-N和TP的去除率都增大，当达到pH7时，COD、NH3-N的去除率均最大，此时絮凝效果最佳。再继续增大pH值，则COD、NH3-N的去除率均趋于下降的趋势，TP的去除率趋于平缓。因此，本试验选择pH值为7。
2.3温度对处理效果的影响
固定pH为7，PAFC投放量90mg/L，PAM用量60mg/L，改变温度，考察不同温度对处理效果的影响。结果见图2。

温度是影响混凝效果一个重要因素，高温易使絮凝剂高分子链断裂，絮凝效果降低，此时PAFC混凝形成的絮体较轻，温度高，不利于絮体的沉降。低温时絮凝剂不均匀，不能形成大的絮凝体。从图2可以看出，随着温度的升高，COD、NH3-N和TP的去除率都增大，30℃时，NH3-N和TP的去除率增势趋于平缓，35℃时，COD的去除率最大，此时絮凝效果最好。综合考虑，本试验选择絮凝温度35℃。2.4PAFC投放量对处理效果的影响固定pH7，温度35℃，PAM用量60mg/L，改变PAFC投放量，考察不同PAFC投放量对处理效果的影响。结果见图3。

絮凝剂投加量不足时，絮凝不充分；而絮凝剂投加量过大时，废水中胶粒被过多的絮凝剂所包围，失去同其他胶粒结合的机会，出现再稳定状态不易凝聚。由结果可知，随着絮凝剂用量的增加，COD、NH3-N和TP的去除率都增大，当用量达到90mg/L时，絮凝效果最佳。再增加用量，则COD的去除效果出现下降的趋势，且形成的矾花疏松细碎，不易沉降，而NH3-N和TP的去除率均变化不大。因此，PAFC投放量控制在90mg/L左右。
2.5PAM投放量对处理效果的影响
固定pH7，温度35℃，PAFC用量90mg/L，改变PAM投放量，考察不同PAM投放量对处理效果的影响。结果见图4。

从图4可见，投加PAFC后再投加PAM溶液，可使COD、NH3-N和TP的去除率达到较高水平。由于PAM作为有机高分子聚合物，强化了对水中胶粒的吸附架桥作用，高分子凝聚剂对水中胶粒的席卷、包裹作用，因而去除率不但未由于PAFC的用量减少而下降，反而得以提高。从图4还可看出，在PAM投加量为60mg/L左右时，COD、NH3-N和TP的去除率最高，当PAM的投加量过大，胶粒表面因负荷过多的PAM分子而使胶粒之间斥力增大，也会出现复稳现象，因此PAM投加量应控制在60mg/L左右。
3.结论
(1)取泡菜生产废水，研究PAFC、PAS、PAC、FeCl3、AL2(SO4)3混凝剂对泡菜生产废水的絮凝效果，处理前后超标指标降解分析，COD、NH3-N和TP的浓度均有所降低。5种药剂比较来看，PAFC对泡菜废水的COD、NH3-N和TP的去除率均高于其他几种絮凝剂，因此选择PAFC作为最佳的絮凝剂。
(2)试验研究表明，PAFC与PAM混合使用对泡菜生产废水进行预处理是可行的，当废水COD浓度在1000～5000mg/L时，PAFC用量90mg/L，PAM用量60mg/L，pH7，温度为35℃，在此条件下，泡菜废水处理率为：COD、NH3-N、TP去除率分别为83.9%、47%、92.5%。