滑石粉强化混凝处理造纸废水的研究

Posted 2023-01-12 滑石

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选择滑石粉作为助凝剂，分别与PFS、PAC和PAFS混合，强化混凝处理造纸废水，考察了滑石粉对污染物的强化去除作用。结果表明：采用滑石粉作为助凝剂处理造纸废水，CODCr的去除率可以达到90%以上，SS去除率可以达到80%以上，其中滑石粉对SS的强化去除作用显著；滑石粉作为助凝剂用量少，成本低且处理效果好，具有较好的经济效益和环境效益。
造纸废水污染物浓度高，成分复杂，可生化性差，是较难处理的工业废水之一。目前，造纸废水的处理方法主要有：混凝法、膜析法、吸附法、气浮法、生物处理法、化学氧化法、光电催化法等[1-2]。
采用混凝剂物化处理造纸废水具有占地少、设备简单、运行管理方便等特点，是废水处理的有效方法[1，3]。混凝法适应性强，工艺简单，但处理过程中要使用大量药剂，处理成本较高，产生的污泥量大脱水困难，易产生二次污染，因此该法处理效果有限。目前对混凝法的研究主要集中在探讨各种混凝剂的工艺条件、处理效果、经济价值以及开发新型高效的混凝剂。混凝剂的选择总的原则是要求混凝效果好，来源充足，成本低，使用方便。混凝剂的种类较多，目前工程应用较多的是铁盐系、铝盐系混凝剂，有机混凝剂和复合混凝剂。
从经济条件及投入产出比角度看，强化混凝工艺比较适用于中小纸厂。本文选择普通滑石粉作为助凝剂，分别与聚合硫酸铁(PFS)、聚合氯化铝 (PAC)、聚合铝铁(PAFS)等混合，强化混凝处理造纸废水，从废水的化学需氧量(CODCr)和悬浮物(SS)方面，考察滑石粉对污染物的强化去除作用。
1 实验
1.1 主要原料
滑石粉为市售产品，具有洁白、细腻、无臭、无味、无沙性颗粒特性，目数为425目，白度为98%。聚合硫酸铁(PFS)选用合肥市净水厂生产的液态产品，聚合铝铁(PAFS)选用合肥市净水厂生产的固态产品，其表征值B=30%。实验水样来自六安市某造纸厂，水质如下：pH值7.1，CODCr为398.6mg/L，SS为 362mg/L，色度430度。
1.2 实验方法
搅拌时间和搅拌强度是影响混凝处理的重要参数，以保持烧杯内颗粒均匀悬浮起来为度，以加强混凝沉淀效果。搅拌时间及强度参考文献的研究结果，并进行优化实验。采用PFS作混凝剂时： 300r/min快速搅拌30s，150r/min中速搅拌6min，60r/min慢速搅拌20min；采用PAC作混凝剂时： 300r/min快速搅拌1min，50r/min中速搅拌10min，60-80r/min慢速搅拌20min；采用PAFC作混凝剂时：300r/min快速搅拌2min，150r/min中速搅拌 10min，50r/min慢速搅拌5min。搅拌结束后静止沉淀40min，然后取上清液进行分析测定。助凝剂在慢速搅拌开始时加入。
实验评价指标为CODCr、SS、pH值。其中 CODCr、SS测定采用标准方法，pH值测定采用PHS -2C型酸度计。
2 结果与讨论
不同混凝剂的投加量及其工艺条件的不同，直接影响废水的处理效果。本研究分别采用PFS、PAC、PAFS为混凝剂，考察其投加量对污染物去除效果的影响，并分别与添加滑石粉后的处理效果进行比较。
2.1 PFS、PAC、PAFS的投加量对污染物去除效果的影响
PFS、PAC、PAFS的用量对混凝效果的影响如图1-图3所示。
由图1-图3可知，CODCr、SS的去除率均随 PFS、PAC、PAFS投加量的增加有先上升而后又下降的趋势。当PFS投加量为0.6～0.8ml/L时、PAC 投加量为120 ～ 160mg/L时、PAFS投加量约为 50mg/L时，分别取得较好的处理效果。仅从污染物的去除效果来看，PAFS略优于PFS和PAC。
2.2 滑石粉的投加量对污染物去除效果的影响
混凝实验是在PFS的用量为0.8ml/L、PAC用量为160mg/L、PAFS用为50mg/L时，分别加入滑石粉作为助凝剂，考察滑石粉投加量对污染物去除效果的影响。实验结果如图4-图6。
从实验结果可以看出，不同混凝剂与滑石粉组合，滑石粉投加量对污染物去除效果的影响显著。当 PFS的用量为0.8ml/L，滑石粉投加量为0.8g/L～ 1.0g/L时，污染物去除效果最优；当PAC用量为 160mg/L，滑石粉投加量为1.2g/L时，污染物去除效果最优；当PAFS用量为50mg/L时，滑石粉投加量为0.4g/L～0.5g/L时，污染物去除效果最优。强化混凝处理后的水样澄清，色度明显减小，且絮凝体不膨松，沉降性较好。

2.3 滑石粉的助凝作用
根据混凝动力学中碰撞速率方程及表面络合理论，滑石粉的化学式为Mg3(Si4O10)(OH)2，属于层状硅酸盐黏土矿类，拥有大量的表面羟基，它们均可参与各种表面质子迁移，配体交换及络合反应，因此，滑石粉的表面络合吸附和碰撞速率的共同贡献，使其具有一定的助凝作用。
本研究在优化的实验条件下，滑石粉与PFS、PAC、PAFS组合，使CODCr的去除率分别提高了 3.0%、4.0%和2.5%；使SS去除率分别提高了 27.1%、29.4%和26.5%。可见，混凝过程中滑石粉的加入对污染物的去除具有一定的强化作用，尤其对 SS的强化去污作用显著。
3 结论
(1)通过实验研究，分别以PFS、PAC和PAFS 为混凝剂处理造纸废水，仅从污染物的去除效果来看，PAFS略优于PFS和PAC。
(2)利用滑石粉作为助凝剂，与PFS、PAC和 PAFS配合使用处理造纸废水，可使CODCr的去除率提高2.5～4.0%，使SS去除率提高了26.5%～ 29.4%。滑石粉的加入强化了造纸废水的处理效果，且处理后絮凝体较密实、沉降性好，水样澄清。
(3)本实验中滑石粉不仅用量少，成本低而且处理效果好，稳定，具有一定的经济效益和环境效益。