不同混凝剂在造纸废水中的性能试验研究

蔡苏宁, 董继先

(1.陕西工业职业技术学院机械工程学院, 陕西 咸阳 712000;2.陕西科技大学机电工程学院， 陕西 西安 710021)

0 引 言

随着我国经济的高速发展，人口的剧增，人民生活水平的逐步提高，用水量也急剧增加，加剧了淡水资源的短缺和水资源的污染.为了保证水资源的可持续利用，解决水环境污染问题，国内外在水处理方面做了大量的工作，开发了多种水处理工艺，如生化法、离子交换法、吸附法、化学氧化法、电渗析法和污水生态处理技术等[1].与这些方法相比，混凝沉淀法以其处理效率高、经济、简便的特点成为世界各国普遍使用的一种水质处理技术.混凝剂的选择是该工艺的核心和关键，其性能决定水处理效果的好坏[2].

本文通过开展一系列的烧杯混凝实验，比较了聚合氯化铝(PAC)、硫酸亚铁(化学纯)、三氯化铝(化学纯)、精制硫酸铝、聚丙烯酰胺(PAM)等几种混凝剂对以木浆为主的制浆造纸厂废水的治理效果.

1 实验部分

1.1 实验原理

混凝作用的基本原理是通过向废水里投加各种有机或无机混凝剂，通过快速混合药剂被均匀分散在污水中，废水中分散的胶体颗粒与溶解态的混凝剂之间产生固相与液相之间的化学吸附、电中和脱稳以及粘结架桥的作用，经过脱稳颗粒间的碰撞结合，形成较大的絮凝体颗粒而迅速沉降[3].混凝产生的较大絮体通过后续的沉淀或澄清、气浮等从水中分离出去，这一水处理工序是污水深度处理的重要环节.以给水处理为例，絮凝能有效脱除80%～90%的胶体物质，对降低水中COD值有重要作用.此外，絮凝能有效除去水中90%以上的微生物与病毒,使其一并转为污泥.

1.2 实验水质及出水要求

本设计混凝处理对象是制浆造纸厂的工业废水，它的混凝与给水处理的混凝有所不同，其特点是：由于水体中大量生物微粒的存在，并且这些微粒与药剂以及相互间亲和力强，因而投加药剂后絮凝过程可在较短时间内完成.

该厂的终端废水的水质状况为ρ(CODcr)400 mg/L，ρ(BOD5)135 mg/L，ρ(SS)200 mg/L，pH=6.3，浊度400 NTU，要求为ρ(CODcr)≤100 mg/L，ρ(SS)≤70 mg/L，pH值在6～9范围内.

1.3 实验材料与设备

材料：絮凝剂为聚合氯化铝(PAC)、硫酸亚铁(化学纯)、三氯化铝(化学纯)、精制硫酸铝、聚丙烯酰胺(PAM).

设备：SC556实验搅拌器、PHS-2C型精密酸度计、TG7298型单盘电光分析天平、H-STZ浊度仪、WMX型COD快速测定仪、差压式直读BOD测定装置.

1.4 实验方法

1.4.1 混凝最佳pH值的确定

取一组(8份* 250 mL)的造纸废水，经调节其pH至不同数值，投加近似最佳量的絮凝剂(由定性试验确定)后，先快速搅拌(200 r/min)0.5 min，后中速搅拌(120 r/min)2 min，再慢速搅拌(70～80 r/min)6 min.静置20 min后，测定其上清液的剩余浊度，做出剩余浊度-pH值关系图，确定最佳PH值.

1.4.2 最佳混凝剂和投加量的确定

在多联变速搅拌机上通过烧杯实验来确定最佳絮凝剂种类.

实验条件为：取若干组，每组为5份，体积各为250 mL的废水，于各组分别投加不同种类的絮凝剂，每一组内所加的絮凝剂种类相同，但投加量不同.先快速搅拌(200 r/min)0.5 min，后中速搅拌(120 r/min)2 min，再慢速搅拌(70～80 r/min)6 min,待静沉20 min后，目测上清液水色，用浊度计测定上清液浊度，并测定上清液中剩余CODcr，确定最佳投药种类和投药量.

1.4.3 聚合氯化铝和聚丙烯酰胺的复合混凝效果

取一组(6份*250 mL)的造纸废水，先投入一定的聚合氯化铝，由于聚合氯化铝的电荷中和作用，使废水中胶粒的表面电荷被中和到一定程度，胶粒间排斥能较弱，而增多了相互间的碰撞次数；然后再加入聚丙烯酰胺，可使被部分中和的胶粒迅速被吸附和桥连，形成絮凝体，表1～3为复合混凝的试验结果.

2 结果与讨论

2.1 pH值对处理效果的影响

试验结果列于表1，由表中数据可知用精制硫酸铝和聚合氯化铝作絮凝剂产生絮凝作用的最佳pH值分别为5和6.5.该废水实际pH为6.3，因此如果选用聚合氯化铝作絮凝剂，废水pH值不做任何调节就可达到较好的处理效果.

表1 不同pH条件下两种絮凝剂的混凝效果(浊度/NTU)

2.2 不同絮凝剂及不同投加量对处理效果的影响

试验结果见表2.投加不同的絮凝剂对COD的去除率不同，由实验数据可知聚合氯化铝效果最好，而精制硫酸铝、三氯化铝、聚丙烯酰胺效果次之，硫酸

表2 不同絮凝剂及不同投加量时上清液中CODcr值(mg/L)

*为相对最佳投加量，**浓度为质量分数.

亚铁效果较差,而且投加1%聚合氯化铝作絮凝剂，投加量相对较少，仅为4/10万(即40 mg/L).

2.3 聚合氯化铝和聚丙烯酰胺的复合混凝效果

由表3 可以看出，复合使用聚合氯化铝和聚丙烯酰胺混凝可以部分提高COD去除率，如2号样中上清液CODcr可降至45.3 mg/L，但总的来看提高幅度并不是很大.由于聚丙烯酰胺价格较昂贵，使用复合混凝法会使处理费用提高，因此只有在出水水质不达标时，才考虑使用复合混凝剂.

表3 聚合氯化铝和聚丙烯酰胺复合混凝试验

3 结 论

(1)该造纸厂废水处理后出水必须达到ρ(CODcr)≤100 mg/L，ρ(ss)≤70 mg/L.该废水可生化性不好，水量又较大(100 m3/h).因此，既要求选用的絮凝剂对COD和悬浮物去除效果好，又要充分考虑成本问题.本试验比较了各种絮凝剂的去除效果、投加量和其成本价格，认为使用聚合氯化铝作为该废水处理的絮凝剂(投加量约为40 mg/L)，去除效果最好，最为经济，且不需调节pH值.

(2)复合使用聚合氯化铝和PAM，可以部分提高COD去除率，因成本较高，在一般情况下不宜采用复合絮凝剂，而在出水水质不能完全达标时，可考虑复合絮凝剂(即PAC-PAM).

参考文献

[1] 郑怀礼，张占梅.聚合氯化铝铁絮凝剂的制备及絮凝性研究[Z]，2006：4.

[2] 刘 睿，周启星.水处理絮凝剂研究与应用进展[J].应用生态学报，2005,16(8):1 558-1 562.

[3] 李凤亭，张善发，赵 艳.混凝剂与絮凝剂[M].北京：化学工业出版社,2005：9.