印染废水预处理方法

Posted 2023-01-15 预处理

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印染废水具有水质水量波动大、有机污染物含量高、色度高等特点，处理难度大。混凝法是印染废水预处理的重要技术方法，能有效降低废水污染负荷。混凝法处理印染废水的关键在于絮凝剂的选择及混凝条件的控制。复合铝铁无机高分子絮凝剂由铝盐和铁盐共聚复合而成，兼具铝盐净水效果优良，铁盐沉降速度快、水处理成本低之优点，同时还克服了铝盐残存量大、铁盐易泛黄的不足，对工业废水具有良好的处理效果。目前国内印染工业园区废水处理普遍以聚合氯化铝为主，复合铝铁无机高分子絮凝剂的应用较少。面临日益严峻的剩余污泥处理形势，针对絮凝剂的制备、投药影响因素及作用机理开展的研究较多，而絮凝剂产生的污泥量却鲜有系统研究和报道。因此，笔者以广州增城某工业园印染废水为处理对象，采用市面上销售的复合铝铁絮凝剂产品进行絮凝预处理研究，考察了投药量、 pH 及温度对有机物去除效率的影响，结合过程ζ 电位变化探讨了絮凝机理，并对絮凝剂产生的干污泥产量进行了研究和比较，以期为印染废水处理工程中絮凝剂的选择和使用提供依据。

1 试验部分

1.1 试验仪器与药剂

JJ-1 型电动搅拌仪，上海雷韵试验仪器制造有限公司；DK 型恒温水浴槽，上海精宏实验设备有限公司； XJ-III 型COD 消解装置，上海银泽仪器设备有限公司；pHS-3C 型pH 计，上海雷韵试验仪器制造有限公司；Zetasizer Nano ZS90 型Zeta 电位分析仪，英国马尔文仪器有限公司；SXG07122 型马弗炉，天津中环实验电炉有限公司。

聚合氯化铝铁（PAFC，Al2O3 质量分数≥27.0％， Fe2O3 质量分数≥3％）、聚合硫酸氯化铝铁（PAFCS， Al2O3 质量分数≥11.0％，Fe2O3 质量分数≥2.2％）、聚合氯化铝（PAC，Al2O3 质量分数≥29.0％）、聚合硫酸铁（PFS，Fe2O3 质量分数≥18.0％）。各絮凝剂均来自北京某环保科技有限公司，使用前均用蒸馏水配制成质量分数为2.5％的溶液。

1.2 废水水质

印染废水取自广州增城某印染工业园的废水集中处理厂，废水的COD 为560 mg/L，pH 为10.00，SS 为300 mg/L。

1.3 试验方法

在1 L 烧杯中加入400 mL 印染废水，置于恒温水浴槽中，向烧杯中分别加入一定量的絮凝剂溶液，以500 r/min 的速度快速搅拌15 s，然后以50 r/min 的速度慢速搅拌3 min。静置沉淀30 min 后，取上清液测定各项指标。

絮凝剂形成的污泥经过滤后烘干测定干污泥量，污泥产率系数按式（1）计算。

1.4 分析方法

COD 测定采用快速密闭催化消解法；ζ 电位采用Zeta 电位分析仪测定；干污泥量采用烘干法测定。

2 结果与讨论

2.1 投药量的影响

试验维持废水水温为25 ℃，初始pH 为10.0，考察投药量对COD 去除率及ζ 电位的影响，见图 1、图 2。图 1 显示，投药量为620 mg/L 时，PAFC、 PAFCS、PAC、PFS 对应的COD 去除率分别为52.6％、 43.6%、39.8％、32.1％。与PAC、PFS 相比，絮凝剂 PAFC 和PAFCS 的COD 去除率较高。絮凝剂投加量存在适宜的范围，过低或过高均不利于胶体颗粒的沉淀。结合图 2 絮凝过程的ζ 电位分析可知，在投药初始阶段絮凝剂形成的羟基配合物吸附在胶粒表面，使ζ 电位逐渐下降为零，胶体表面扩散层被压缩导致相互碰撞形成絮体。随着絮凝剂的继续投加，ζ 电位＞0，COD 去除率继续升高，可能是在絮凝过程中架桥、网捕等其他作用所致。当絮凝剂投加量过高时，胶体表面吸附足量正电荷，重新恢复稳定状态，絮凝效率下降。PAFC、PAFCS、PAC、PFS 的实际最佳投药量分别为620、1 250、1 250、1 250 mg/L，ζ 电位为零时对应的理论最佳投药量PAFC＜PAFCS＜PAC＜ PFS，说明絮凝剂PAFC 和PAFCS 具有投药量少的特点。

2.2 废水初始pH 的影响

试验维持废水水温为25℃，投药量为620 mg/L，废水初始pH 对COD 去除率的影响，如图 3 所示。

由图 3 可见，pH 在5.0～10.0 范围内，COD 去除率随着pH 升高呈先升高后降低的趋势。其原因可能是酸性条件对水解不利，还会抑制多铁核羟基配合物和多铝核羟基配合物等以OH-作为架桥形成多核正电配离子的过程；在中性至弱碱性条件下，由于铝和铁水解生成的多核多羟基络合物具有电中和、吸附架桥以及长链大分子的卷带网捕作用，使分散的胶体颗粒聚集成絮体沉降下来；在强碱性条件下，多铁核羟基配合物和多铝核羟基配合物生成氢氧化铁和氢氧化铝溶胶，导致混凝效果下降。pH 约为8.5 时絮凝效果最佳，PAFCS、PAFC、PAC、PFS 对应的 COD 去除率分别为48.2%、62.5%、42.5％、36.4％。

2.3 废水水温的影响

试验维持投药量为620 mg/L，废水初始pH 为 10.0，考察水温对COD 去除率的影响，如图 4 所示。

由图 4 可见，温度在15～35 ℃范围内，絮凝剂对 COD 的处理效果随着温度升高而升高。温度升高可提供絮凝剂水解所需的热量并增加颗粒碰撞机会，促进絮体形成。25 ℃时PAFCS、PAFC、PAC、PFS 的 COD 去除率分别为43.6％、52.6％、39.8％、32.1％。与 PAC、PFS 相比，PAFC 与PAFCS 的COD 去除率较高。

2.4 絮凝剂污泥产量比较

陈中颖等曾报道了PFS 和PAC 的化学污泥产率系数，分别为4.36、6.31 g/g。在实际污水处理中，这一系数还将不同程度地受到污水水质特征、絮凝剂成分以及使用量等诸多因素的影响。维持絮凝剂投药量为620 mg/L，初始pH 为10.0，废水水温25℃，测定絮凝剂的干污泥产量，如图 5 所示。

在絮凝剂投加量相同的条件下，PAFC 与PAC 形成的干污泥量较多，PAFCS 与PFS 形成的干污泥量较少，这可能由于PAFC 与PAC 的有效铝铁成分较高，而PAFCS 与PFS 的有效铝铁成分较少，因而造成干污泥产量的差异。PAFCS、PAFC、PAC、PFS 形成的干污泥量均值分别为498.80、821.69、777.23、 584.28 mg，对应的干污泥转化系数分别为0.80、 1.33、1.25、0.94 g/g，转化为对应的铝铁当量化学污泥产率系数分别为6.47、6.23、6.14、4.89 g/g，基本与报道的絮凝剂化学污泥产率系数范围相符。由于 PAFC 的有效铝铁成分高，结合图 1 分析，其处理每吨废水的最佳投药量仅为PAFCS 的1/2，对应的干污泥量低于PAFCS。因此在废水实际处理工程中 PAFCS 与PAFC 处理每吨印染废水产生的干污泥量低于PAC 与PFS。

3 结论

（1）与常用的无机高分子聚合絮凝剂PAC、PFS 相比，PAFC 与PAFCS 的投药量少，COD 去除率高。 PAFC、PAFCS、PAC、PFS 的最佳投药量分别为620、 1 250、1 250、1 250 mg/L。投药量为620 mg/L 时，PAFC、PAFCS、PAC、PFS 对应的COD 去除率分别为 52.6％、43.6%、39.8％、32.1％。。

（2）絮凝剂去除COD 的适宜pH 范围约为7.0～ 8.5；絮凝剂对COD 的去除率随着温度升高而升高。

（3）在相同的絮凝剂投加量条件下，PAFCS、 PAFC、PAC、PFS 形成的干污泥量均值分别为 498.80、821.69、777.23、584.28 mg，对应的干污泥转化系数分别为0.80、1.33、1.25、0.94 g/g。实际废水处理工程中PAFCS 与PAFC 处理每吨印染废水产生的干污泥量低于PAC 与PFS。