聚合氯化铝和聚合氯化铁处理造纸废水的效果比较

  摘要:用聚合氯化铝(PAC)和聚合氯化铁(PFC)对造纸废水进行混凝实验，通过它们在不同pH值和投加量的情况下，对废水色度、CODCr的去除率进行分析，以选择最佳混凝剂及混凝条件。实验结果表明，在pH值为8，混凝剂投加量为30 mg/L时，用PFC混凝剂处理造纸废水比用PAC效果好且更经济，其脱色率达到90%，CODCr去除率可达43%。
    关键词:造纸废水;混凝;聚合氯化铝;聚合氯化铁
    中图分类号:X793文献标识码:A文章编号:0254-508X(2011)03-0034-03
    据近年统计资料表明，目前我国造纸业废水排放量占全国工业废水排放总量的15%左右;COD排放量占全国工业COD排放总量的1/3以上。造纸废水的污染和危害已经引起了人们的广泛关注。由于造纸废水中含有木质素、纤维素等难降解物质，色度高、微小胶体物质含量高，适宜用混凝法进行预处理或深度处理，因为纸浆带负电荷，一般选择阳离子型的高分子混凝剂，同时起压缩双电层、吸附电中和、吸附架桥、网捕等作用［1-2］，使废水中的污染物质脱稳，并聚集成大的微絮体，从而从废水中分离出来，沉淀效果好［3］。目前，限制混凝剂广泛使用的主要原因是药剂费用和沉渣处理。而对于造纸废水来说，选用最多的混凝剂是聚合氯化铝(PAC)和聚合氯化铁(PFC)，不但费用低，而且PAC处理后的沉渣可回用作为造纸原料，因而具有较高的经济价值［4］;在PAC和PFC的投加量≤30 mg/L时，活性污泥不受影响，PFC对活性污泥的影响要小于PAC对活性污泥的影响［5］，这有利于后续活性污泥的处理。将这两种无机高分子混凝剂处理造纸综合废水时的处理效果和条件进行比较，从而为造纸废水处理过程中混凝剂的选取提供依据。
    1·实验
    1.1方法
    COD的测定:采用重铬酸钾法(GB11914—89);色度的测定:采用铂钴比色法(GB11903—89);脱色率:采用分光光度法，用721型分光光度计在最大吸收波长下测定吸光度，脱色率(%)由处理前后的吸光度计算:
                
    式中:A0为处理前的吸光度;A为处理后的吸光度。    
    1.2材料
    1.2.1实验废水
    取自嘉兴市某造纸厂，包括制浆废水、漂白废水及纸机剩余白水等。废水各项指标为:SS 1865 mg/L，色度1200度，CODCr 5236 mg/L，pH值7.5。
    1.2.2混凝剂
    聚合氯化铝(PAC):固体，Al2O3含量(30±1)%，盐基度45%～60%，配制成浓度1 mg/mL的溶液;聚合氯化铁(PFC):固体，FeSO4含量(31.5±1)%，盐基度50%～63%，配制成浓度1 mg/mL的溶液。
    1.2.3实验仪器
    721分光光度计、M227472型混凝实验搅拌机、JJY24PHB-5型便携式酸度计、CP-11520-1型转速表。
    1.3操作方法
    取200 mL造纸废水于烧杯中，定位在搅拌机上(注意叶片在水中的相对位置应相同)，把试剂装入试剂架的试管中，用H2SO4或NaOH调节pH值，开动搅拌器在高速(120～200 r/min)下搅拌1 min，加入混凝剂，再搅拌1 min，低速(20～40 r/min)下搅拌20 min，沉降15 min后在清液的1/2处取样。测定上清液的CODCr和色度。
    2·结果与讨论
    2.1 PAC的投加量与脱色率及pH值的关系
    取废水200 mL，调节pH值为5.0、6.0、7.0、8.0、9.0，分别投加2、4、6、8、10 mL的PAC混凝剂，进行混凝实验，测上清液吸光度，计算脱色率，结果见图1。
             
    图1表明，pH值在5～9范围，当投加量＜6 mL时，脱色率随投加量的增加而上升;当投加量＞6 mL时，脱色率随投加量的增加反而减小。pH值为8时，脱色效果最好，投加量4～6 mL，脱色率变化不大，从经济角度考虑应选4 mL。因此，用PAC混凝剂处理造纸废水时，应控制投加量为4mL，pH值为8，脱色效果较好。
    2.2 PAC的投加量与CODCr去除率及pH值的关系
    取废水200 mL，调节pH值为7.5、8.0、8.5，分别投加2、4、6、8、10 mL的PAC混凝剂，进行混凝实验。测上清液CODCr，计算CODCr去除率，结果见图2，图2表明，当pH值为8时，投加量为6 mL，CODCr去除率达到37%左右，再增加投加量，CODCr去除率反而下降;pH值在7.5～8.5，投加量＞8 mL时，CODCr去除率随着投加量的增加反而降低。由此确定，在pH值为7.5、投加量为8 mL时，PAC混凝效果最佳，CODCr的去除率最高。
              
    实验表明，在采用PAC混凝剂处理造纸废水时，pH值为8，投加量为6 mL时，废水处理效果较好，此时废水脱色率可达78%，CODCr去除率可达37%。
    2.3 PFC的投加量与脱色率及pH值的关系
    取废水200 mL，调节pH值为5.0、6.0、7.0、8.0、9.0，分别投加2、4、6、8、10 mL的PFC混凝剂，进行混凝实验。测上清液的吸光度，计算其脱色率，结果见图3。图3表明，pH值为5～9，投加量＜4 mL时，随投加量增加，脱色率上升;当投加量＞6 mL，随着投加量增加，脱色率反而下降;pH值为8，投加量在4～6 mL时，上升趋势缓慢。由此确定，用PFC混凝时，应控制投加量为4 mL，pH值为8，脱色效果较好。
              
    2.4 PFC投加量与CODCr去除率及pH值的关系
    取废水200 mL，调节pH值为7.5、8.0、8.5，分别投加2、4、6、8、10 mL的PFC混凝剂，进行混凝实验。测上清液CODCr，计算CODCr去除率，结果见图4。图4表明，PFC混凝剂投加量由0增加到8 mL，CODCr去除率总趋势是上升的，投加量由6 mL增加到10 mL时，变化缓慢。由此确定，在pH值为8，投加量为6 mL左右较合适。
                 
    实验表明，在采用聚合氯化铁混凝剂处理造纸废水时，pH值为8，投加量为6 mL时，废水处理效果较好，此时废水脱色率可达90%，CODCr去除率可达43%。
    2.5两种混凝剂综合效果和经济分析
    2.5.1 PAC和PFC混凝剂处理相同水样效果的比较
    从上述实验看出，在最佳条件下(pH值和混凝剂的投加量两者都相同)，PFC对造纸废水混凝处理后的色度和CODCr的去除率都比PAC要高。
    2.5.2 PAC和PFC混凝剂的经济分析
    本实验采用的两种混凝剂的价格为:PAC混凝剂为1080元/t;PFC混凝剂为1050元/t，且混凝处理的最佳投药量相同，所以采用PFC较经济。
    2.6混凝剂的作用机理
    PAC和PFC溶液pH值较低，铝离子和铁离子以水合铝、水合铁络合离子状态存在。加入废水中，若pH值升高，这些水合络合离子就会发生配位水解反应，生成各种羟基铝离子、羟基铁离子，最终将产生氢氧化铝、氢氧化铁沉淀物析出［6］。由于沉淀网捕机理，因此絮凝效果越来越好。当pH值继续升高时，氢氧化铝沉淀又会溶解，使絮凝效果变差;如果pH值过低，配位水解反应困难，絮凝效果较差;若pH值过高，氢氧化铝沉淀会大量溶解，絮凝效果也会变差。
    无机高分子混凝剂的凝聚机理与小分子有所不同，不仅与电荷作用有关，而且和其本身的长链特性有密切的关系，这可用架桥机理来解释。长链的高分子一部分被吸附在胶体颗粒表面上，而另一部分则被吸附在另一胶体颗粒表面，并可能有更多的胶体颗粒吸附在一个高分子的长链上，这好象架桥一样把这些胶体颗粒连接起来，从而容易发生絮聚。这种絮凝通常需要高分子混凝剂的浓度保持在较窄的范围内才能发生，如果浓度过高，胶体的颗粒表面吸附了大量的高分子物质，就会在表面形成空间保护层，阻止了架桥结构的形成，反而比较稳定，使得絮凝不易发生，所以混凝剂的投加量具有一个最佳值，此时的混凝效果最好，超过此值时混凝效果会下降，若超过过多反而起到稳定保护作用，不易凝聚，因而混凝效果也不好［7］。
     3·结论
    3.1影响造纸废水混凝沉淀的主要条件有pH值、混凝剂种类以及混凝剂投加量。
    3.2使用聚合氯化铁(PFC)混凝剂，当pH值为8，投加量为6 mL(即30 mg/L)时，造纸废水的脱色率可达90%，CODCr去除率可达43%;采用聚合氯化铝(PAC)混凝剂处理造纸废水，调节pH值为8，投加量为6 mL(即30 mg/L)时，废水脱色率可达78%，CODCr去除率可达37%。
    3.3无论从经济上还是处理效果上考虑，选择PFC混凝剂比PAC更合适。