張海洋龐金釗楊宗政張鳳山孫亞軍毛定坤

(1.天津科技大學(xué),天津,300457;2.華泰集團(tuán),山東東營,257335)

·混凝及污泥回流·

用混凝及污泥回流處理二沉池出水的研究

張海洋1龐金釗1楊宗政1張鳳山2孫亞軍2毛定坤1

(1.天津科技大學(xué),天津,300457;2.華泰集團(tuán),山東東營,257335)

選擇液體用聚合氯化鋁(PAC)作為混凝劑,對(duì)二沉池出水進(jìn)行了混凝及污泥回流實(shí)驗(yàn),考察了pH值、PAC用量、污泥回流量等因素對(duì)處理效果的影響。結(jié)果表明,當(dāng)廢水pH值為6.5～8.2、PAC用量3 mL/L、污泥回流率40%～60%時(shí),處理效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)混凝方式,CODCr由400 mg/L降至100 mg/L左右。

二沉池出水;聚合氯化鋁;CODCr;混凝污泥回流

(＊E-mail:zhanghaiyang100@126.com)

Abstract:The effluent for m secondary sed imentation pool in papermill'swaste water treatment system was further treated by coagulation using PAC as flocculant and returning part of the sludge back to the system.The influences of pH value ofwastewater,the adding amount of flocculent and return sludge flow were investigated.The results showed that the appropriate pH value is from 6.5 to 8.2,the adding amount of PAC is 3 mL/L,and the appropriate return sludge is from 40%to 60%.The effectof treatment ismore significant than the traditional coagulation.The concentration of CODCrfalls from 400 mg/L to 100mg/L after the treatment.

Key words:effluent from secondary sedimentation pool;PAC;CODCr;coagulation sludge return

制漿造紙工業(yè)廢水排放量大,廢水中含有大量的纖維素、木素和各種化學(xué)藥品,耗氧量大,是環(huán)境的主要污染源之一[1]。目前,蒸煮黑液堿回收技術(shù)、紙機(jī)白水的纖維回收技術(shù)均已比較成熟[2],中段廢水的污染治理成為人們共同關(guān)心的問題,國內(nèi)外造紙廢水的治理技術(shù)多以絮凝沉降和生物處理為主,此外,還有超濾、電解、光催化氧化、冷凍結(jié)晶、超聲空化法等。后幾種處理技術(shù)大多處于實(shí)驗(yàn)研究階段,而生化法對(duì)造紙廢水中木素的處理效率很低。絮凝沉降法由于投資少、設(shè)備簡單、停留時(shí)間短等特點(diǎn),應(yīng)用較廣泛[3]。但單獨(dú)使用混凝法不能除去溶解在廢水中的有機(jī)物,所以混凝法常與生物法或化學(xué)法一起使用。鄒東雷等[4]選用硫酸鋁、聚丙烯酰胺(PAM)分別作為混凝劑和助凝劑聯(lián)合處理造紙廠綜合廢水,處理后出水無色透明,BOD5/CODCr值由0.21增加到0.64,可生化性大大增加。

對(duì)混凝法的研究主要集中在各種混凝劑的工藝條件、處理效果、經(jīng)濟(jì)價(jià)值及開發(fā)新品種等方面。近幾年研究較多的混凝劑有殼聚糖、改性粉煤灰、陽離子型高分子絮凝劑[P(DMC-AM)]、固體復(fù)合混凝劑、聚硅硫酸鋁、Z W130混凝劑、淀粉陽離子改性絮凝劑、聚合硫酸硅酸鐵、聚合氧化鋁-有機(jī)高分子混凝劑、聚鐵聚丙烯酰胺、鋁鎂復(fù)合混凝劑、聚合氯化硫酸鹽、含硼聚硅酸氯化鐵和陽離子絮凝劑PDA等[5]。

聚合氯化鋁(PAC),又名堿式氯化鋁,其化學(xué)式一般表示為[Al2(OH)nCl6-n]m,是新一代無機(jī)高分子混凝劑。與常規(guī)的鋁鹽、鐵鹽混凝劑相比,它的用量更低,混凝效果更好,適用范圍更廣,沉渣量更小[6]。常規(guī)混凝沉淀法是在加入混凝劑后,進(jìn)行固液分離達(dá)到去除污染物的目的,往往在污泥中還有混凝劑,從而造成了混凝劑的浪費(fèi)。本實(shí)驗(yàn)采用混凝沉淀產(chǎn)生的污泥進(jìn)行回流,可在較大程度上降低混凝劑的用量,提高了混凝處理對(duì)污染物的去除效率,為后續(xù)二沉池出水的深度處理降低了負(fù)荷。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 儀器及藥劑

DBJ-623六聯(lián)電動(dòng)攪拌器;PHS-25酸度計(jì); GDS23B光電式渾濁度儀;AB204-E電子分析天平; 722光柵分光光度計(jì)。

聚合氯化鋁(PAC),自制,液體,鋁含量10%(以Al2O3計(jì));陰離子型聚丙烯酰胺(APAM),日本三菱公司生產(chǎn)。

1.2 廢水水質(zhì)

所用廢水為某造紙廠中段廢水處理的二沉池出水,其中CODCr380～430 mg/L;色度380～450倍; pH值6.5～8.2。

1.3 測定方法

CODCr的測定采用標(biāo)準(zhǔn)重鉻酸鉀法,濁度、色度的測定采用分光光度法。

2 實(shí)驗(yàn)方案的確定

2.1 常規(guī)混凝實(shí)驗(yàn)方案

常規(guī)混凝實(shí)驗(yàn)流程如圖1所示。

圖1 常規(guī)混凝實(shí)驗(yàn)流程

2.2 混凝污泥回流實(shí)驗(yàn)方案(以下簡稱R法)混凝污泥回流實(shí)驗(yàn)流程如圖2所示。

圖2 混凝污泥回流實(shí)驗(yàn)流程

由實(shí)驗(yàn)流程可以看出,R法混凝與常規(guī)混凝的主要區(qū)別在于有效利用了混凝污泥中過量的PAC與 APAM。在第一階段,加入回流的混凝污泥,利用其中一部分過量的有效成分與絮凝體兩者的網(wǎng)捕作用,分離部分污染物,達(dá)到“廢物”的再利用,起到預(yù)處理的作用。第二階段,PAC在反應(yīng)過程中形成Al[(H2O)6]3+、[Al(OH)(H2O)5]2+、[Al(OH)2(H2O)4]+、[Al6(OH)15]3+以及[Al6(OH)14]4+等各種帶正電的羥基絡(luò)合離子[7],有較強(qiáng)的電中和作用;此外,PAC的晶形像是四面八方延伸的水草,枝杈多且分布密集[3]。因此,有很強(qiáng)的架橋作用,容易與中段廢水中的纖維、木素等污染物形成較大的絮凝體而沉降下來。

由此可見,混凝污泥回流是在僅增加少量動(dòng)力消耗的基礎(chǔ)上進(jìn)行了2次混凝,提高了混凝劑的利用率。

3 結(jié)果與討論

3.1 pH值對(duì)絮凝效果的影響

PAC用量為3 mL/L,APAM用量為0.002 mL/L。調(diào)節(jié)廢水pH值,進(jìn)行pH值的影響實(shí)驗(yàn),結(jié)果見圖3。

圖3 廢水pH值對(duì)絮凝效果的影響

由圖3看出,廢水pH值對(duì)絮凝效果有較大的影響。隨著pH值的增加,CODCr、色度、濁度的去除率都先增加后降低;當(dāng)pH值為7.3～8.4時(shí),處理效果較好。這是因?yàn)樵诖藯l件下,PAC的水解產(chǎn)物為各種帶正電的羥基絡(luò)合離子,它們可發(fā)揮良好的電中和凝聚作用;同時(shí),PAC的部分聚合物可水解生成電荷較低的絮狀A(yù)l(OH)3沉淀物,起吸附架橋和卷掃網(wǎng)捕作用。而當(dāng)pH值大于8.4時(shí),PAC的水解產(chǎn)物大多以溶解態(tài)的Al(OH)-4存在,因此,對(duì)造紙中段廢水處理廠二沉池出水中負(fù)電膠體的去除效果較差?？紤]到廢水pH值為7.0～8.5,所以在工程應(yīng)用上可不調(diào)廢水pH值,既節(jié)省了藥劑,又簡化了操作。

3.2 PAC的用量對(duì)絮凝效果的影響

不調(diào)廢水的pH值,調(diào)節(jié)PAC的用量,其結(jié)果見圖4。

圖4 常規(guī)混凝處理中PAC用量與CODCr去除率的關(guān)系

由圖4可知,在常規(guī)絮凝過程中,隨著PAC用量的增加,CODCr去除率逐漸增大。當(dāng)PAC用量為4 mL/L時(shí),CODCr去除率大約可達(dá)到70%,效果較好。這是因?yàn)镻AC投入水中后,立即在水中形成聚合陽離子,同時(shí)水中也形成了各種帶不同正電荷的高聚羥鋁配離子。廢水中污染物的膠粒表面直接吸附了帶相反電荷的聚合陽離子或高分子物質(zhì)后,表面電位降低。同時(shí),當(dāng)投加的PAC高分子鏈一端吸附了廢水中的某一膠粒后,另一端又可吸附另一膠粒,形成“膠粒-PAC高分子-膠?！钡男跄w,使膠粒與膠粒之間橋聯(lián)為絮團(tuán)。但繼續(xù)增加PAC用量,CODCr去除率增加緩慢,甚至當(dāng)PAC用量過大時(shí),CODCr去除率反而有所下降。

為了說明R法混凝的優(yōu)越性,對(duì)R法混凝和常規(guī)混凝進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn),R法混凝污泥回流量為15%,結(jié)果見圖5。

圖5 R法混凝與常規(guī)混凝的對(duì)比實(shí)驗(yàn)

由圖5可以看到,當(dāng)PAC用量在4 mL/L以內(nèi)時(shí),R法混凝效果明顯高于常規(guī)絮凝。PAC用量在1 mL/L時(shí),R法混凝比常規(guī)絮凝法多去除了50 mg/L 的CODCr,去除率提高了約12%;采用R法混凝處理水樣,當(dāng)PAC用量在3 mL/L時(shí),去除率提高了約10%,略高于常規(guī)絮凝法PAC用量在4 mL/L時(shí)的效果。隨著PAC用量的增加,無論常規(guī)混凝,還是R法混凝對(duì)CODCr的去除都沒有太大作用,當(dāng)PAC用量大于4 mL/L時(shí),去除率基本保持不變。這主要是因?yàn)樾跄荒苋コ龔U水中懸浮態(tài)的CODCr,對(duì)溶解態(tài)的CODCr去除率極低;此時(shí),廢水中CODCr多以溶解態(tài)存在,再加入絮凝劑作用不大。當(dāng)PAC用量≥6 mL/L時(shí),CODCr的去除效果呈下降趨勢,這可能是因?yàn)镻AC加入太多,使膠粒表面被高分子包裹起來,膠粒之間相互接近時(shí),反而受到高分子的空間阻礙不能聚集,失去了架橋作用[8],形成了“再穩(wěn)”現(xiàn)象。

3.3 混凝沉淀污泥回流量對(duì)CODCr去除率的影響

不調(diào)廢水的pH值,將PAC的用量控制在3 mL/L,進(jìn)行污泥回流量對(duì)CODCr去除效果的影響實(shí)驗(yàn),其結(jié)果見圖6。

圖6 混凝沉淀污泥回流量對(duì)CODCr、色度、濁度去除效果的影響

由圖6可以看出,在PAC用量為3 mL/L時(shí),隨著污泥回流量的增加,CODCr、色度、濁度的去除率均呈上升趨勢。當(dāng)回流量過大時(shí)處理效果提高不明顯。

為了更好地分析污泥回流量對(duì)實(shí)驗(yàn)效果的影響,繪制混凝沉淀污泥回流量對(duì)CODCr的影響曲線,如圖7所示。

圖7 混凝沉淀污泥回流量對(duì)CODCr的影響

由圖7可以看出,隨著混凝污泥回流量的增加,廢水中CODCr呈現(xiàn)下降趨勢。當(dāng)污泥回流量為20% 時(shí),CODCr由原來的160 mg/L降低到130 mg/L;當(dāng)污泥回流量為40%時(shí),CODCr降為100 mg/L左右;當(dāng)回流量為60%時(shí),CODCr降為97 mg/L左右;繼續(xù)加大回流量時(shí),CODCr的降幅不十分顯著;當(dāng)回流量為100%時(shí),CODCr最低降到93 mg/L左右。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

將二沉池出水的CODCr降低至120 mg/L,常規(guī)絮凝和R法混凝的實(shí)驗(yàn)室小試過程中的單位成本核算見表1和表2。

表1 常規(guī)絮凝成本核算

表2 R法混凝成本核算

由表1和表2的成本核算可以看出,當(dāng)出水CODCr同為120 mg/L時(shí),每噸廢水處理成本上R法混凝比常規(guī)絮凝方法少用了1.2 L的PAC。預(yù)計(jì)在工程應(yīng)用上僅增加由污泥回流所帶來的動(dòng)力消耗約0.1 元/t水;新增管道費(fèi)需根據(jù)工程實(shí)際具體計(jì)算,暫不計(jì)入費(fèi)用。從實(shí)驗(yàn)室小試結(jié)果初步分析,R法混凝與常規(guī)混凝法相比可以節(jié)省0.35元/t。

5 結(jié) 論

5.1 造紙中段廢水處理廠二沉池出水,利用PAC和

APAM兩種化學(xué)試劑進(jìn)行混凝處理時(shí),應(yīng)用混凝沉淀污泥回流,能在同種絮凝藥劑相同用量的條件下,提高處理效果;根據(jù)小試結(jié)果估算,在處理過程中,當(dāng)出水CODCr同為120 mg/L時(shí),每噸廢水可節(jié)約1.2 L的液體PAC,噸水處理費(fèi)用大約可節(jié)約0.35元,具有一定的推廣意義。

5.2 在PAC用量為3 mL/L,污泥回流量為40%～60%的條件下,二沉池出水CODCr從400 mg/L降至100 mg/L。

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(責(zé)任編輯:馬 忻)

Treatment of Effluent from Secondary Sed imentation Pool by Coagulation and Sludge Return ingM ethod

ZHANG Hai-yang1,＊PANG Jin-zhao1YANG Zong-zheng1ZHANG Feng-shan2SUN Ya-jun2MAO Ding-kun1

(1.Tianjin University of Science&Technology,Tianjin,300457;2.Huatai Group,Dongying,Shandong Province,257335)

張海洋先生,在讀碩士研究生;主要研究方向:難降解工業(yè)廢水處理。

X793

A

0254-508X(2010)02-0035-04

2009-07-06(修改稿)

項(xiàng)目來源:國家科技支撐計(jì)劃課題(編號(hào)2006BAD32B07)。