几种无机高分子絮凝剂对造纸综合废水的处理

Posted 2023-01-12 用量

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选用聚合氯化铁(PFC)、聚合氯化铝(PAC)、聚铁硅(PFCSi)和聚铝硅(PACSi)等4 种无机高分子絮凝剂对造纸综合废水进行处理，分别研究了絮凝剂用量、pH值、温度等因素对絮凝效果的影响。以CODCr的去除率为评价指标，分析了不同絮凝剂的处理结果，得到了不同絮凝剂处理废水的最佳工艺条件。结果表明，在相近的处理效果下，PFCSi和PACSi的用量分别是PFC和 PAC的16.7%和33.3%，且絮凝效果明显优于PFC和PAC。
随着造纸废水排放标准的日趋严格，造纸行业面临着越来越严峻的环保问题和经济问题。造纸废水的混凝沉淀处理法因其投资小、占地少、处理快及适于间歇处理等优点，日益受到中、小型造纸企业的青睐[1-2]。
本实验采用正交实验，着重对聚合氯化铁 (PFC)、聚合氯化铝(PAC)、聚铁硅(PFCSi)和聚铝硅(PACSi)等4种无机高分子絮凝剂在处理造纸综合废水时的处理效果和条件进行比较，从而为造纸废水处理过程中絮凝剂的选取提供依据。
1 实验
1.1 试剂及仪器
聚合氯化铁(PFC)：工业品，黑色透明液体；
聚合氯化铝(PAC)：工业品，淡黄色粉末状颗粒；PFCSi、PACS：i自制。
721分光光度计； DBJ-621型定时变速搅拌机；
pHS22C酸度计； HI93727色度仪； CODCr快速测定仪。
1.2 造纸综合废水的处理
1.2.1 废水水质分析
本实验所用废水取自西安某造纸厂，该造纸厂以稻麦草为原料，采用碱法制浆，废水水质分析见表1。

1.2.2 造纸综合废水的处理
取500 mL造纸废水放入1000 mL烧杯中，加入一定量的絮凝剂(PFCSi、PACSi、PFC、PAC)，于一定温度下，以200 r/min的速度搅拌2min，再调节转速为100 r/min搅拌10 min，静置一定时间，取距液面25 mm处的上清液分析水质。
1.2.3 造纸综合废水处理工艺的优化
本实验选取每个絮凝剂用量、初始pH值、温度及误差作为考察因素，每因素取3水平，每个絮凝剂进行L9(34)正交实验。以CODCr的去除率为评价指标进行极差分析，并确定最佳工艺条件。表2为因素与水平表，表3为正交实验安排。

2 结果与讨论
2.1 絮凝剂对SS、色度和CODCr去除率的比较
4种不同絮凝剂对SS、色度和CODCr去除率的比较分别见表4～表6。从表4和表5可看出： 4种絮凝剂对SS和色度的去除率大部分在85%以上，说明这 4种絮凝剂均具有很好的吸附架桥和电中和作用，可以将废水中的绝大部分悬浮物和胶体物质除去。从表6可看出4种絮凝剂对CODCr的去除率有较大的差别。

2.2 正交实验结果分析
由于4种絮凝剂对废水色度和SS的去除率均较高，所以正交实验分析中，仅以CODCr的去除率为主要考察指标对絮凝剂的效果进行评价，正交实验结果及分析见表7。
2.2.1 PFC处理结果分析
从表7可以看出，PFC作为絮凝剂，各因素对 CODCr去除率的影响大小顺序为：用量>温度>pH 值>误差，误差对处理效果影响不大，可以忽略。随着PFC用量的增加，CODCr的去除率先增加后减小，最佳用量为180 mg/L。这是因为刚开始投加絮凝剂时，絮凝剂水解形成高价正离子，压迫废水中的胶体双电层，使胶粒表面电位降低，微粒间的斥力下降，废水中的胶体通过吸附架桥作用团聚在一起从而沉降；随着絮凝剂用量的增加，胶粒表面电位逐渐降到零，此时废水中的胶体产生快速絮凝；继续投加絮凝剂，胶粒表面会吸附反电荷，使表面电位重新上升，斥力增加，絮凝效果变差。

温度对CODCr去除率的影响排在第2位，说明 PFC对温度较为敏感，升高温度可提高处理效果。pH值最优值为8，即废水不调pH值时较好，这一点对工程实际来说非常重要，它不仅使处理流程变得简单，易于操作，而且还节省了运行费用。
2.2.2 PAC处理结果分析
从表7可以看出，PAC作为絮凝剂，各因素对 CODCr去除率的影响大小为：用量>pH值>温度>误差，温度与误差对处理效果的影响不大，可以忽略。PAC的最佳用量为120 mg/L，pH值最佳为10，可能是因为PAC的用量过高，只有高pH值才能中和水解时产生的大量H+；温度对处理效果的影响不是很大，这一点对于北方地区废水的实际处理过程是很有利的。
2.2.3 PFCSi处理结果分析
从表7可以看出，PFCSi作为絮凝剂，各因素对 CODCr去除率的影响大小为：温度>用量>误差>pH 值。pH值对处理效果影响不大，可以忽略。PFCSi为絮凝剂的最佳实验条件为：用量 30 mg/L，温度35℃。
2.2.4 PACSi处理结果分析
从表7可以看出，PACSi作为絮凝剂，各因素对 CODCr去除率的影响大小为：用量>温度>误差>pH 值，同样，pH值对处理效果影响不大，可以忽略。PACSi为絮凝剂的最佳用量为40 mg/L，远小于 PAC的用量，这个结果与实际废水处理过程中发现的PACSi比传统絮凝剂形成的矾花大，沉降速度快是一致的。
2.2.5 正交实验结果的验证
按上述实验结果进行验证性实验，实验结果表明，4种絮凝剂在正交综合寻优所得出的最佳絮凝条件下对造纸综合废水的CODCr均有各自的最佳去除率，其中PFC为65.6%，PAC为52.4%，PFCSi为 62.8%，PACSi为81.8%。
2.2.6 4种絮凝剂效果比较
(1)在相近的处理效果下，PFCSi、PACSi的用量分别是PFC和PAC的16.7%和33.3%，这充分说明了PFCSi和PACSi这2种无机高分子絮凝剂比传统的无机絮凝剂性能更优异。聚硅金属盐类特殊的高效絮凝能力是由于硅的加入与聚铝、聚铁中的铁、铝水解形态发生再聚合，特别是由于聚硅酸的阴性可强烈地与聚铁、聚铝的阳性相吸，硅酸离子进而取代低聚体中的氢氧根离子，使铝和铁的有效成分增加所致。
(2)PFCSi、PACSi的处理效果好，且用量小，但对温度的变化比较敏感，高温时处理效果更好。所以在实际应用中，夏季时选择PFCSi和PACS，i可在节约成本的情况下达到好的处理效果。
(3)絮凝过程是胶体颗粒与大分子相互靠近、吸附并形成网状结构的过程，大分子与胶体颗粒的表面电荷对絮凝效果有很重要的影响。体系pH值的改变直接影响着絮凝剂大分子和胶体颗粒的表面电荷性质和形态结构，从而影响它们之间的靠近和吸附行为，即影响絮凝活性。PFC和PAC对pH值比较敏感，处理过程中要注意pH值对效果的影响；而PFC- Si和PACSi对pH值不敏感，处理废水时，不必调节废水的pH值，这对废水的实际处理过程非常重要。
3 结论
3.1 对4种絮凝剂(聚合氯化铁、聚合氯化铝、聚铁硅和聚铝硅)处理造纸综合废水的工艺条件进行了初探，并得到了不同絮凝剂处理的最佳工艺条件；发现4 种絮凝剂对造纸综合废水色度和SS的去除率都较高，无明显差别，但对CODCr的去除率却有较大的差别。
3.2 综合比较4种絮凝剂，在相近的处理效果下，聚铁硅、聚铝硅的用量分别是聚合氯化铁和聚合氯化铝的16.7%和33.3%，CODCr去除率也相对较高，且对 pH值的变化不是很敏感，这说明聚铁硅和聚铝硅絮凝效果优于单纯的聚合氯化铁和聚合氯化铝。在废水的实际处理过程中，若CODCr去除率要求不高，可选用聚铁硅；若CODCr去除率要求高，则可选择聚铝硅。