史長(zhǎng)偉

(齊齊哈爾大學(xué)，黑龍江齊齊哈爾，161006)

混凝沉淀法處理脫墨廢水的研究

史長(zhǎng)偉

(齊齊哈爾大學(xué)，黑龍江齊齊哈爾，161006)

用混凝沉淀法處理脫墨廢水，通過正交實(shí)驗(yàn)研究了混凝劑種類、混凝劑用量、助凝劑用量、pH值4因素對(duì)混凝法處理脫墨廢水效果的影響。結(jié)果表明，混凝劑種類和用量、助凝劑均為影響脫墨廢水混凝效果的關(guān)鍵因素，其中混凝劑聚合氯化鋁 (PAC)去除效果最好，確定脫墨廢水的適宜處理?xiàng)l件為：選用PAC為混凝劑，用量200 mg/L;助凝劑PAM用量3 mg/L;pH值7.2，該條件下脫墨廢水的CODCr去除率可達(dá)30%以上。

脫墨廢水;混凝沉淀法;混凝劑;助凝劑

目前，隨著廢紙?jiān)旒埖难杆侔l(fā)展，利用廢紙?jiān)铣堃咽菄?guó)內(nèi)眾多造紙廠普遍采用的生產(chǎn)方式，其廢水的治理也越來越引起各方面的重視，盡管廢紙?jiān)旒埖乃廴疚锂a(chǎn)生量比化學(xué)制漿造紙削減了85%以上［1］，但廢水的 COD、SS濃度仍然較高。廢紙中約50%的填料、20%的細(xì)小纖維和95%的油墨進(jìn)入廢水中，脫墨劑的加入也增加了脫墨廢水的處理難度［2］。目前廢紙?jiān)旒垙U水常用的處理方法為氣浮、沉淀、物化與生化相結(jié)合的方法［3-5］。本實(shí)驗(yàn)用混凝沉淀法處理脫墨廢水，研究了混凝劑種類、混凝劑用量、助凝劑用量、pH值對(duì)處理效果的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 脫墨廢水實(shí)驗(yàn)室自制

辦公廢紙與舊報(bào)紙混合制漿，脫墨工藝為：NaOH用量1.5%、Na2SiO3用量2.5%、脫墨劑用量1.5%、MgSO4用量0.05%、H2O2用量3%。漿濃1%的脫墨漿經(jīng)60目濾網(wǎng)抽吸過濾 (水腿長(zhǎng)1 m)得脫墨廢水。

1.2 試劑

混凝劑：聚合氯化鋁 (PAC，也稱堿式氯化鋁)，Al2(SO4)3，F(xiàn)eCl3;助凝劑：聚丙烯酰胺 (PAM)。

1.3 實(shí)驗(yàn)儀器

ZQS10型浮選脫墨機(jī);JH-722型可見分光光度計(jì);WGZ-2000型濁度計(jì);pH200型便攜式測(cè)定儀;ZQJ1-B紙樣抄片器;DC-KZ300C型電腦測(cè)控抗張?jiān)囼?yàn)機(jī)。

1.4 實(shí)驗(yàn)過程及分析方法

用混凝沉淀法處理脫墨廢水，以COD表征廢水處理效果，實(shí)驗(yàn)所選的參數(shù)為：快速攪拌速度為120 r/min，快速攪拌時(shí)間為2 min;慢速攪拌速度為30 r/min，慢速攪拌時(shí)間為2 min;沉淀時(shí)間為15 min。COD采用GB11914—1989的重鉻酸鉀法測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

影響混凝效果的因素很多，如混凝劑種類、pH值、水溫、攪拌速度、廢水濁度、攪拌時(shí)間、助凝劑種類等。在本實(shí)驗(yàn)中，由于所用水樣為同批次脫墨廢水水樣，故廢水濁度相同，因此，廢水濁度因素忽略;實(shí)驗(yàn)是在室溫條件下進(jìn)行的，故廢水水溫因素也忽略。因此實(shí)驗(yàn)的因素選取為混凝劑種類、混凝劑用量、助凝劑用量、pH值4項(xiàng)因素，選取L934正交表。根據(jù)正交表的要求，對(duì)于上述4項(xiàng)因素各自水平的選取，采用了小樣實(shí)驗(yàn)方法，同時(shí)參考了經(jīng)驗(yàn)數(shù)值。各因素選定3個(gè)水平操作，盡量使水平值覆蓋要考察的范圍。實(shí)驗(yàn)的因素水平見表1，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表1 因素水平表

表2 混凝沉淀實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

由表2的正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：

(1)混凝劑的種類和用量、助凝劑均是影響脫墨廢水混凝沉淀效果的關(guān)鍵因素。pH值也有一定的影響，但pH值在6～8范圍內(nèi)對(duì)CODCr去除率的影響不明顯。這4項(xiàng)因素的主次關(guān)系為：混凝劑用量、混凝劑種類、助凝劑用量、pH值;

(2)3種混凝劑中，PAC的效果最好，Al2(SO4)3次之，F(xiàn)eCl3效果最差;

(3)確定該脫墨廢水的最適處理工藝條件為：混凝劑選擇PAC，用量為200 mg/L，助凝劑PAM用量3 mg/L，pH值7.2。

混凝反應(yīng)過程包括凝聚和絮凝兩個(gè)過程，凝聚過程主要是通過快速攪拌使水解的混凝劑分子與水中的膠體顆粒迅速混合，形成凝聚核?；炷齽┓N類、混合速度及廢水特征 (pH值、水溫、膠體濃度、雜質(zhì)種類和濃度)都影響著反應(yīng)的效果。絮凝過程則是在慢速攪拌下，使凝聚核在水中以一定的速度紊動(dòng)，加速顆粒相互碰撞的機(jī)會(huì)，通過吸附、架橋等作用形成更大的絮體，最后沉淀去除。本實(shí)驗(yàn)也對(duì)混凝劑用量、助凝劑用量及pH值對(duì)處理效果的影響進(jìn)行了進(jìn)一步討論。

2.1 不同混凝劑和助凝劑用量下的處理效果

在正交實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，pH值不變，調(diào)整PAC用量范圍進(jìn)行研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 PAC用量對(duì)CODCr去除率的影響

圖1是脫墨廢水pH值為7.2時(shí)混凝劑和助凝劑用量對(duì)CODCr去除率的影響。結(jié)果表明，在脫墨廢水pH值為7.2的條件下，PAC和PAM用量增加均可提高CODCr去除率。在 PAC用量小于200 mg/L時(shí)，CODCr去除率隨PAC用量的增加明顯提高;在PAC用量大于200 mg/L，CODCr去除率變化隨PAC用量增加不明顯，曲線變得平滑。而PAM用量對(duì)CODCr去除率的貢獻(xiàn)并不如PAC顯著。但是在PAC用量增至200 mg/L以上時(shí)，CODCr去除率均可達(dá)30%以上。為了更有效地發(fā)揮混凝劑和助凝劑的效能，同時(shí)考慮到經(jīng)濟(jì)因素，選擇最佳PAC用量為200 mg/L，PAM用量為3 mg/L。

2.2 不同pH值和混凝劑用量下的處理效果

在PAM用量為3 mg/L的條件下，調(diào)節(jié)廢水pH值分別為4.0、7.0、9.0，在每個(gè)pH值條件下，分別改變PAC用量，得出在不同pH值條件下PAC用量對(duì)CODCr去除率的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 不同pH值和混凝劑用量下的CODCr去除率

總體上看，pH值由堿性到酸性，CODCr去除率逐漸升高，尤其是當(dāng)pH值在4.0時(shí)，CODCr去除率保持較高的水平，均接近或超過30%，說明此時(shí)，混凝劑PAC的用量已不再是主要影響因素。主要是由于在酸性條件下木質(zhì)素的水化作用開始減弱，分子上的負(fù)電荷離解性基團(tuán)吸引氫離子，木質(zhì)素分子帶電量降低，分子間的靜電斥力削弱，相互碰撞的機(jī)會(huì)逐漸增加。pH值的作用占顯著優(yōu)勢(shì)。當(dāng)pH值為7.0時(shí)，隨混凝劑用量的增加，CODCr去除率有較大提高。此時(shí)，混凝劑用量是決定CODCr去除率的主要因素。廢水pH值在7.0附近時(shí)，PAC用量由80 mg/L增至200 mg/L時(shí)，CODCr去除率有較大幅度的提高，超過200 mg/L后，增加趨勢(shì)漸緩。分析認(rèn)為可能是pH值在6～7附近時(shí)，PAC的主要水解產(chǎn)物是高分子的水解聚合陽(yáng)離子，既有吸附作用，又有中和作用。當(dāng)PAC用量增加到一定值后表現(xiàn)出較高的CODCr去除率，這些現(xiàn)象是pH值和絮凝劑用量共同作用的結(jié)果。pH值在9.0時(shí)，CODCr去除率始終處于較低的水平，且去除率不明顯。此時(shí)混凝作用主要依靠A1(OH)3的吸附作用。此時(shí)pH值和混凝劑用量都不起主要作用，主要是依靠PAM鏈狀大分子的連帶、卷掃作用使小的顆粒和絮體迅速增長(zhǎng)，同時(shí)吸附、卷掃、網(wǎng)捕其他膠體和小分子絮體一起沉淀。直接影響處理效果的因素主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是不同pH值下，高分子物質(zhì)在水中的存在形態(tài);二是PAC在不同pH值條件下水解的產(chǎn)生的復(fù)雜的混凝特性。

從上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果還可以看出，隨著絮凝劑用量的不斷增加，在后期出現(xiàn)曲線下降的趨勢(shì)，因此推斷混凝劑用量并不是越多越好，這是因?yàn)榛炷齽┧庵虚g產(chǎn)物對(duì)水中膠體及顆粒物具有高度電中和及架橋功能，能與膠體顆粒所帶的負(fù)電荷瞬間產(chǎn)生中和作用，使膠體脫穩(wěn)，脫穩(wěn)的膠體顆粒在助凝劑的作用下，進(jìn)一步生成大的絮團(tuán)而快速沉淀;但是隨著混凝劑用量的增加，會(huì)產(chǎn)生膠體再穩(wěn)現(xiàn)象，此時(shí)膠體及顆粒物重新帶上異性電荷，使得脫穩(wěn)的膠體由于電荷的相斥作用，阻止了膠體顆粒之間的互碰聚沉，進(jìn)而重新分散而穩(wěn)定。所以可以確定脫墨廢水混凝處理的最適宜工藝參數(shù)為：混凝劑選擇PAC，用量為200 mg/L，助凝劑PAM的用量為3 mg/L，pH值為7.2。

2.3 混凝劑用量對(duì)光學(xué)特性影響的分析

在PAM用量3 mg/L、pH值7.2的條件下，在50～300 mg/L范圍內(nèi)投加PAC，分析PAC用量與廢水濁度、吸光度的關(guān)系，結(jié)果見圖3。

圖3 PAC用量對(duì)廢水濁度、吸光度的影響

由圖3可見，隨著PAC用量的增加，廢水的濁度與吸光度在逐漸下降，在用量為250mg/L時(shí)出現(xiàn)拐點(diǎn)，這仍然是膠體再穩(wěn)現(xiàn)象，使得脫穩(wěn)的膠體由于電荷的相斥作用，阻止了膠體顆粒之間的互碰聚沉，重新分散而穩(wěn)定。

3 結(jié)論

3.1 影響脫墨廢水混凝沉淀效果的因素依次為：混凝劑用量、混凝劑種類、助凝劑用量、pH值;在混凝劑中聚合氯化鋁 (PAC，也稱堿式氯化鋁)的去除效果最好。

3.2 PAC用量在200 mg/L以下時(shí)，酸性條件下的CODCr去除率較高，PAC用量在200 mg/L以上時(shí)，弱堿性條件下的CODCr去除率較高;PAC用量對(duì)廢水濁度與吸光度的影響，在用量為250 mg/L時(shí)出現(xiàn)拐點(diǎn)。

3.3 實(shí)驗(yàn)用脫墨廢水的最佳處理?xiàng)l件為：選擇絮凝劑PAC，用量為200 mg/L，助凝劑PAM用量為3 mg/L，pH值為7.2，該條件下處理后廢水的CODCr去除率可達(dá)30%以上。

［1］ 郭茂新．利用廢紙?jiān)旒埿袠I(yè)廢水的處理技術(shù)［J］．中國(guó)給水排水，2000，16(11)：23.

［2］ 苗慶顯，秦夢(mèng)華，徐清華．廢紙?jiān)旒垙U水處理技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展［J］．中國(guó)造紙，2005，24(12)：55.

［3］ 鄒紅林．廢紙?jiān)旒垙U水處理工程應(yīng)用［J］．環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2003，4(3)：88．

［4］ 劉梅英．非化學(xué)漿制漿造紙廢水混凝處理方法研究［J］．2002，2(5)：33．

［5］ 史長(zhǎng)偉．新聞紙廠白水封閉循環(huán)對(duì)紙張抄造的影響［J］．中國(guó)造紙，2007，27(7)：1．

Treatment of Deinking Wastewater with Coagulation Process

SHI Chang-wei
(Qiqihar University Qingfany College，Qiqihar，Heilongjiang Province，161006)

Treatment of deinking waste water with coagulation process was studied．The coagulants type，coagulants dosage，coagulants aid dosage，and pH were determined by orthogonal experiment．The results showed that the coagulants type，coagulants dosage，coagulants aid dosage are the key factors in coagulation of deinking wastewater，the treatment efficiency is the highest when PAC dosage is 200 mg/L and coagulants aid dosage is 3mg/L．

deinking waste water;coagulation;coagulation factors

X793

A

0254-508X(2012)02-0040-03

史長(zhǎng)偉先生，副教授;主要研究方向：造紙濕部化學(xué)、污水處理。

(E-mail：scwxx638@163．com)

2011-10-19(修改稿)

本課題得到黑龍江省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目 (項(xiàng)目編號(hào)11551535)的資助。

(責(zé)任編輯：郭彩云)