赤泥PAFC协同混凝印染污水试验研究

高建阳， 高方舟

(1.中铝山东有限公司, 山东 淄博 255061； 2.天津大学精仪学院, 天津 300072)

赤泥中含有较高的铝、铁等有价成份，弃置堆存造成了资源浪费及环境污染。2006年，张占梅等最先报道了采用高铁铝土矿生产PAFC的工艺技术，并对这种PAFC处理污水进行了应用评价[1]。本研究充分利用赤泥中残余的Al、Fe，开发PAFC制备关键技术。

在固体与溶液之间的带电胶体颗粒产生相对运动时，固相界面的水化层相对于液相存在电位差，即Zeta电位[2]。在印染污水中加入PAFC或PFS，正电荷不断被吸附到颗粒表面，促进胶体颗粒的Zeta电位上升。在Zeta电位接近或者约等于零时，污水体系呈现不稳定状态[2]，开始相互絮凝。当PAFC或PFS继续加入，胶体表面就会吸附过量的正电荷，此时的表面Zeta电位大于零，污水处理体系开始进入稳定状态[3]。

为了降低印染污水的COD含量，项目组利用中节能无锡水务公司的印染污水进行试验，研究赤泥PAFC、PAM、PFS处理印染污水的效果，结果表明赤泥PAFC在添加量小的情况下，对印染污水Zeta电位的影响和COD去除率的影响很大，赤泥PAFC明显优于同类其他药剂，色度、COD去除率高。El-Gohary等2009年首次报道了分散染料和活性染料废水采用化学混凝后的连续式反应器(SBR)工艺，在混凝阶段采用连续混凝技术[4]，当PAFC和PFS协同使用时，可进一步降低污水COD，达到国家一级标准。

1 原料与仪器

1.1 主要试验原料

原料：拜耳法赤泥，碱化助剂，6 mol HCl溶液。

试剂：工业水玻璃〔模数3.21,w(SiO2)=26.1%〕，NaOH、HCl、0.025 mol CuSO4标准溶液，0.025EDTA标准溶液，三乙醇胺(1+2)。

1.2 主要试验仪器

主要试验仪器：DZKW- 4型电子恒温水浴锅，ZBCX- 50型高压反应釜，PHS- 3型酸度计，SHZ- C型循环水式多用真空泵，VIS- 723型分光光度计，JS94F型微电泳仪，，PHS- 3C型酸度计，TA6- 4程控絮凝实验搅拌仪，Zeta sizerNano- ZS90 Zeta电位仪，微波密封消解COD速测仪。

2 赤泥PAFC合成及鉴定

合成原理见反应式(1)～(3)。

(1)

(2)

(3)

方法：将赤泥和盐酸按照一定比例，控制一定时间、温度进行溶出反应，得到一次溶液，将制备好的碱化助剂按预定的碱化度与总铝浓度，控制一定的加入方式，分类全部或分次加入一次溶液的三口反应釜中，在一定温度的水浴加热条件下直至溶液完全变澄清为止。制备后的赤泥PAFC样品在室温下熟化24 h后进行分析，测定B、pH、Al2O3、Fe2O3，并进行混凝评价。合成的PAFC比重为1.26，成分见表1。

从表1可以看出，PAFC的Al、Fe总量达到11.5%以上，且盐基度B达到71.24%，同时具备了PAC和PFC的絮凝性质。

PAFC的EDX谱线鉴定见图1。由图1 可以看出，PAFC主要有Fe6和Fe4组成，特别是Fe4的域值最大，表明目前合成的PAFC在PAC的大体系中Fe的含量接近最高峰[5]。

表1 赤泥PAFC化学成分 %

图1 PAFC的EDX谱线

3 PAFC混凝印染污水试验

印染废水是加工棉、麻、化学纤维及其混纺产品为主的印染厂排出的废水。印染废水的特点有以下几个：水质变化大，色度大，有机物含量高，数量庞大，水温水量变化大，成分复杂，pH值变化大，治理困难[6]。

采用赤泥PAFC、PFS、PAM为基础药剂，对印染污水进行混凝试验，流程见图2。二沉池出水指标见表2。

1.二沉池进水; 2.缓冲罐; 3.一级混凝池; 4.二级混凝池; 5.三级混凝池; 6.液料阀门; 7.PAFC药池; 8.PAS药池; 9.PAM药池; 10.竖流沉淀池图2 混凝试验流程图

COD总P氨氮pH1920.821.237.12

试验方法：取二沉池的污水，通过缓冲罐，加入混凝池，分别加入PAFC、PFS、PAM，控制流量和加入顺序，设定搅拌器转速为150 r/min，分别搅拌3 min，控制液量停留时间25 min，混凝溶液进入竖流沉淀池沉淀，上清液去大流程终沉池，并取样分析。底部污泥进入流程污泥压滤。

4 结果与讨论

4.1 不同Al/Fe比的PAFC对COD去除率的影响

试验按照PAFC 加入0.2%，PAM加入0.1%，选取不同Al/Fe比的PAFC进行混凝试验，COD去除率变化结果见图3。

图3 不同Al/Fe的PAFC对COD去除率的影响

图3中数据可以看出，Al/Fe为1时，COD去除率最高可以达到85%，偏高或者偏低都会导致COD去除率下降，这可能与印染污水的特殊组分有关。试验优选Al/Fe=1的赤泥PAFC进行试验。

4.2 PAFC、PFS添加量对溶液Zeta电位的影响

选取无机絮凝剂PAFC、PFS，考察不同添加量对印染污水的Zeta电位和COD去除效率的影响，见图4、图5。

图4 不同絮凝剂的投加量对Zeta电位的影响对比

图5 不同絮凝剂的添加量对COD去除率的影响

由图4可以看出，PFS和PAFC对于印染污水有着不同的电位零点，虽然PAFC比较滞后，但是PAFC在添加量比PFS少的情况下，也达到了与PFS同样的电位，说明PAFC的水解形态比PFS更有利于印染污水的COD去除。

由图5可以看出，PAFC的COD去除率比PFS滞后，但是效果明显好于PFS，去除率达到85%左右，出水COD值降低20%，色度值降低40%，效果明显。因此，试验采用二级混凝的技术，处理印染污水。

4.3 协同混凝对COD去除率的影响

在PFS一级混凝的基础上，追加二级PAFC协同混凝试验[7]，采用PFS处理过的水样，加入PAFC考察对COD去除率的影响，总添加量控制在3 g/L，添加比例PFS∶PAFC对COD去除率的影响见图6。

图6 不同PFS∶PAFC对COD去除率的影响

从图6可以看出，不同的PFS∶PAFC对COD的去除率影响很大，比例越小，去除率越低，并且急剧降低，因此试验中选择控制PFS∶PAFC在3.5∶1～4.5∶1之间。

5 二级协同混凝连续试验

采用二级协同混凝剂试验条件，对工业现场的样品进行连续试验。

控制条件：取好氧池出水，搅拌加入0.25% PFS，3 min后加入0.1%的Al/Fe=1的PAFC，0.5 min后加入0.05%的PAM，再搅拌15 min ，沉降，取上清液测定。测定结果见图7。

图7 工业二级混凝对COD指标影响对比

由图7中数据可以看出，结果重现比较好。采用二次协同混凝的技术，通过添加0.25% PFS和0.1%的801C型号的PAFC，三个重复样品均实现COD小于50，最小达到42.8。平均值为43.23。达到国家一级A的标准。与现场的PFS和PAFC的一次混凝的数据相比效果明显。

6 增加成本核算

主要包括原料、人工成本。

按市场干粉PAFC到厂价格1 400元/t；干粉∶水按1∶3配制成溶液产生的成本为1 400/3=467元/t。

每人工按照每年需要药剂量1.3万t计算，增加一个化药罐，不需要修改流程，直接在中间引入，人工费增加10万元/a，折合每吨药剂增加费用10/1.3=7.7元/t。

药剂总成本合计474.7元/t，按照每吨水添加量0.1%计算，处理每吨水总成本费用增加合计0.475元/t。

7 结论

赤泥合成的PAFC的Al、Fe总量达到11.5%以上，而且盐基度B达到71.24%，同时具备了PAC和PFC的絮凝性质。而且在PAC的大体系中Fe的含量接近最高峰。

赤泥合成的PAFC与PFS有着不同的电位特性，导致PAFC的COD去除效果比PFS滞后，但是效果明显好于PFS，去除率达到85%左右，色度值降低40%。

采用PFS混凝处理的终沉池水，再加入Al/Fe=1的PAFC进行二级混凝处理后，印染污水的COD经过工业复证达到42.23。达到国家一级A的标准。

采用二次协同混凝技术，在流程上无需做很大的改动，在经济上每吨水增加药剂成本0.475元/t，可以很好地实现印染污水的升级处理。