新型钢铁酸洗废液混凝剂在造纸废水处理中的应用

Posted 2023-01-12 水处理

篇首语：宁打金钟一下，不打破鼓千声。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了新型钢铁酸洗废液混凝剂在造纸废水处理中的应用相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

以钢铁酸洗废液，水玻璃和氯酸钠为原料制备了一种新型钢铁酸洗废液混凝剂(Si-PFC)，并将其用于造纸中段废水的处理。结果表明：在常温，pH值为6～8，混凝剂的投加量为134mg/L的条件下，处理效果最佳。将经Si-PFC为134mg/L处理过的废水再经生物选择池、二沉池、混凝沉淀池处理后，出水水质达到了GB3544-2008《制浆造纸工业水污染物排放标准》的要求。本法具有工艺简单，成本较低等优点，是一项有应用前景的实用技术。
在饮用水、工业废水和废水污泥处理中，用到大量无机絮凝剂，主要有铝盐和铁盐，而混凝沉淀也是造纸废水处理常用的方法。近年来，随着环保事业的发展及对水质处理要求的提高，世界各国都在积极研制新型、高效、价廉、无毒的水处理药剂。钢铁酸洗废液是当用来清除需要电镀、喷涂的钢铁材料和元件毛坯表面氧化物的酸洗液中酸浓度低于5%，不能满足生产要求而更换下来的酸洗液。多年来，国内很多学者不断探索处理酸洗废液的处理方法，大体分为中和处理法、再生循环处理、再生产其他产品等方法[1-8]，但钢铁酸洗废液含H+4%～10%，Fe2+5%～10%，pH<3～4，处理难度大，使得这些方法处理费用高，操作复杂，利用价值低，给钢铁企业带来不小的运行负担。因此，开辟新途径以加速钢铁酸洗废液的治理及综合利用，显得尤为重要。本试验采用的混凝剂硅酸钠改性聚合氯化铁(Si-PFC)就是利用钢铁酸洗废液制取的，它具有混凝效果好，原料价廉易得，处理费用低等优点，是工业钢铁酸洗废液以及造纸废水的经济有效的处理途径。
1.混凝剂的制备
1.1材料
净化后盐酸钢铁酸洗废液：全铁含量为10%～15%，盐酸质量分数为4%，Fe3+摩尔浓度为2.95mol/L；工业水玻璃：模数为3.2，SiO2质量分数为25%～27%；聚合氯化铝(PAC)：Al2O3质量分数为27.0%；工业氯酸钠：NaClO3质量分数≥95%。
1.2仪器
722N分光光度计，JJ-4型六联搅拌器。
1.3分析方法
项目测试按《水和废水监测分析方法》中规定的标准方法。CODCr按重铬酸钾法；色度按稀释倍数法，浊度按分光光度法，悬浮固体按烘干恒重法。
1.4制备方法
在反应器中加入定量净化后的盐酸钢铁酸洗废液，开启搅拌器，控制搅拌速度100～500r/min，控制一定温度，匀速缓慢加入工业水玻璃与氯酸钠的混合液，加料时间1～5h，混合液加料完毕后搅拌0.2～1.0h出料，室温陈化24～48h即得不同颜色(由硅铁摩尔比决定)粘稠状产品Si-PFC。
2.试验部分
2.1废水水质
试验废水取自陕西西安奥辉造纸厂中段废水，初沉池废水的水质指标为：pH7.62，CODCr1068mg/L，浊度116.37NTU，色度400度。在常温下，pH为6～8条件下考察了Si-PFC混凝剂(Si/Fe摩尔比为20：1)对造纸中段废水的处理效果。
2.2试验方法
用JJ-4型六联搅拌器，在六个200mL烧杯中同时进行试验。在烧杯先加入造纸中段废水100mL，再加入一定量的混凝剂，先以200r/min的速度搅拌2min，使混凝剂充分分散在废水中，再以40r/min的速度搅拌10min，静置20min后取上清液，测定CODCr，浊度和色度等指标。
3.结果与讨论
3.1搅拌速度对混凝沉淀效果的影响
在混凝剂添加过程中，一般先用较快速度进行搅拌，使混凝剂与废水能充分接触。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。本试验采用快速(200r/min)搅拌与慢速(40r/min)搅拌相结合的方式，混凝效果好。
3.2投加量对浊度去除率的影响
如图1所示，随着混凝剂投加量的增加，废水浊度去除率开始会有显著的增长，而后再增加投加量，浊度去除率几乎没有改变。Si-PFC在投加量达到1mmol/L(134mg/L)时，浊度去除率达到43.68%，在1.25mmol/L时为44.03%，两个相邻的投加量之间去除率变化甚小。这是因为在投加量极少时，混凝剂不足以与废水中的胶体颗粒形成较大的絮凝体而悬浮在水中，只有少量的絮体能够沉降，因此浊度去除率不高；当增加投加量后，絮凝体会逐渐增大增多，大量絮凝体聚集在一起共同沉降，去除率逐渐提高并趋于稳定，以后再增加混凝剂的量，去除率也不再增加。由于工程应用中加大混凝剂的用量会相应地增加处理费用，同时混凝剂用量的增加会导致污泥量的增加，使得后续污泥处理难度加大，故确定Si-PFC的最佳投加量定为1mmol/L(134mg/L)。

3.3投加量对CODcr去除率的影响
由图2可以看出，随着混凝剂投加量的增加，CODCr去除率明显上升；在投加量为1mmol/L时，CODCr去除率达到最大58.49%；而在1mmol/L之后，投加量对去除率的影响总体趋势是缓慢下降的。这是因为混凝剂投加量少时，混凝不充分，去除率较低；随着混凝剂量的增加，混凝剂与水中胶体物质充分反应，混凝效果逐渐达到最佳；当投加量达到一定值后，继续增加混凝剂，会使胶体颗粒被混凝剂包围达到饱和状态，失去与其他物质结合的能力，从而不易凝聚沉降。此外，混凝剂自身也会增大CODCr值，导致去除率略有降低。

3.4投加量对色度去除率的影响
由图3可知，混凝剂在处理废水色度时混凝剂用量较少，Si-PFC在0.25mmol/L时脱色率达到了40.00%，此后随着混凝剂投加量的增加，色度去除率逐渐降低，在0.75mmol/L之后又逐步增加。随着投加量的增加，混凝剂对废水的脱色率之所以降低，是因为Si-PFC为铁盐混凝剂，使得水体带上Fe(Ⅲ)自身的颜色，导致色度逐渐增加，脱色率缓慢下降。

3.5投加量对SS的影响
由图4可知，随着混凝剂投加量的增加，Si-PFC对废水的SS去除率明显增加，在1mmol/L时去除率达到75%，在1.25mmol/L时为76%，这是因为随着混凝剂的加入，废水中的悬浮物质迅速脱稳凝聚，使悬浮物质明显降低，SS去除率上升，但当混凝剂用量到达一定量后，SS去除率趋于稳定。
3.6工艺运行结果
因为西安奥辉纸业的水处理工艺流程为初沉池+生物选择池+二沉池+混凝沉淀池，故将经最佳投加量即Si-PFC为134mg/L处理过的废水再依次通过生物选择池、二沉池、混凝沉淀池，其中混凝沉淀池仍用Si-PFC为混凝剂，处理后出水水质COD=147.67mg/L，SS=30mg/L，色度=70度，浊度=28.88NTU，达到了GB3544-2008《制浆造纸工业水污染物排放标准》的要求。

4.成本核算
同样用PAC处理试验废水，发现PAC与Si-PFC絮体形成过程基本相同，说明Si-PFC混凝性能较好，具体见表1。由表2可知，PAC混凝性能虽略优于Si-PFC，但Si-PFC有着巨大的成本优势，下面为Si-PFC与PAC的成本对比：制备一吨混凝剂Si-PFC需要盐酸钢铁酸洗废液(以铁含量计)418.44kg(废物资源化，费用为零)；NaClO3132.73kg(663.65元，按市场价5000元/吨计)；工业水玻璃(26%)86.31kg(47.47元，按市场价550元/吨计)；纯净水426.39kg(112.80元，按桶装水5元/18.9升计)，合计得Si-PFC的费用为850元/吨(考虑电费)。在悬浮物及大分子物质较多的废水处理中往往需要预处理混凝沉淀，一般PAC用量为300mg/L，核算得0.36元/m3(按PAC市场价1200元/吨计)；若采用Si-PFC进行混凝沉淀处理，一般Si-PFC用量为134mg/L，核算得0.11元/m3，成本远低于PAC。

5.结论
(1)常温下，混凝剂Si-PFC最佳混凝条件：pH6～8，用量134mg/L，先以200r/min的速度搅拌2min，再以40r/min速度搅拌10min，静置沉降20min。
(2)最佳混凝条件下，浊度，CODcr，色度及SS的去除率分别为43.68%，58.49%，31%，75%，将经Si-PFC为134mg/L处理过的废水再经生物选择池、二沉池、混凝沉淀池处理后，出水水质达到了GB3544-2008《制浆造纸工业水污染物排放标准》的要求。
(3)混凝剂Si-PFC的生产原料来源丰富，充分利用钢铁酸洗废液，工艺简单，生产成本较低，处理废水时用量少，因此，费用较低，是一种理想的无机高分子混凝剂。