混凝沉淀法處理脫墨廢水的研究

史長偉

(齊齊哈爾大學，黑龍江齊齊哈爾，161006)

混凝沉淀法處理脫墨廢水的研究

史長偉

(齊齊哈爾大學，黑龍江齊齊哈爾，161006)

用混凝沉淀法處理脫墨廢水，通過正交實驗研究了混凝劑種類、混凝劑用量、助凝劑用量、pH值4因素對混凝法處理脫墨廢水效果的影響。結果表明，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條件為：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30%以上。

脫墨廢水;混凝沉淀法;混凝劑;助凝劑

目前，隨著廢紙造紙的迅速發展，利用廢紙原料抄紙已是國內眾多造紙廠普遍采用的生產方式，其廢水的治理也越來越引起各方面的重視，盡管廢紙造紙的水污染物產生量比化學制漿造紙削減了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%的細小纖維和95%的油墨進入廢水中，脫墨劑的加入也增加了脫墨廢水的處理難度［2］。目前廢紙造紙廢水常用的處理方法為氣浮、沉淀、物化與生化相結合的方法［3-5］。本實驗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值對處理效果的影響。

1 實驗

1.1 脫墨廢水實驗室自制

辦公廢紙與舊報紙混合制漿，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60目濾網抽吸過濾 (水腿長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，FeCl3;助凝劑：聚丙烯酰胺 (PAM)。

1.3 實驗儀器

ZQS10型浮選脫墨機;JH-722型可見分光光度計;WGZ-2000型濁度計;pH200型便攜式測定儀;ZQJ1-B紙樣抄片器;DC-KZ300C型電腦測控抗張試驗機。

1.4 實驗過程及分析方法

用混凝沉淀法處理脫墨廢水，以COD表征廢水處理效果，實驗所選的參數為：快速攪拌速度為120 r/min，快速攪拌時間為2 min;慢速攪拌速度為30 r/min，慢速攪拌時間為2 min;沉淀時間為15 min。COD采用GB11914—1989的重鉻酸鉀法測定。

2 結果與討論

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、攪拌時間、助凝劑種類等。在本實驗中，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;實驗是在室溫條件下進行的，故廢水水溫因素也忽略。因此實驗的因素選取為混凝劑種類、混凝劑用量、助凝劑用量、pH值4項因素，選取L934正交表。根據正交表的要求，對于上述4項因素各自水平的選取，采用了小樣實驗方法，同時參考了經驗數值。各因素選定3個水平操作，盡量使水平值覆蓋要考察的范圍。實驗的因素水平見表1，實驗結果見表2。

表1 因素水平表

表2 混凝沉淀實驗設計及結果

由表2的正交實驗結果可知：

(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鍵因素。pH值也有一定的影響，但pH值在6～8范圍內對CODCr去除率的影響不明顯。這4項因素的主次關系為：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，FeCl3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。

混凝反應過程包括凝聚和絮凝兩個過程，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。混凝劑種類、混合速度及廢水特征 (pH值、水溫、膠體濃度、雜質種類和濃度)都影響著反應的效果。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，加速顆粒相互碰撞的機會，通過吸附、架橋等作用形成更大的絮體，最后沉淀去除。本實驗也對混凝劑用量、助凝劑用量及pH值對處理效果的影響進行了進一步討論。

2.1 不同混凝劑和助凝劑用量下的處理效果

在正交實驗基礎上，pH值不變，調整PAC用量范圍進行研究，實驗結果如圖1所示。

圖1 PAC用量對CODCr去除率的影響

圖1是脫墨廢水pH值為7.2時混凝劑和助凝劑用量對CODCr去除率的影響。結果表明，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，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CODCr去除率的貢獻并不如PAC顯著。但是在PAC用量增至200 mg/L以上時，CODCr去除率均可達30%以上。為了更有效地發揮混凝劑和助凝劑的效能，同時考慮到經濟因素，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，調節廢水pH值分別為4.0、7.0、9.0，在每個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CODCr去除率的影響，結果見圖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pH值在4.0時，CODCr去除率保持較高的水平，均接近或超過30%，說明此時，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素的水化作用開始減弱，分子上的負電荷離解性基團吸引氫離子，木質素分子帶電量降低，分子間的靜電斥力削弱，相互碰撞的機會逐漸增加。pH值的作用占顯著優勢。當pH值為7.0時，隨混凝劑用量的增加，CODCr去除率有較大提高。此時，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，PAC用量由80 mg/L增至200 mg/L時，CODCr去除率有較大幅度的提高，超過200 mg/L后，增加趨勢漸緩。分析認為可能是pH值在6～7附近時，PAC的主要水解產物是高分子的水解聚合陽離子，既有吸附作用，又有中和作用。當PAC用量增加到一定值后表現出較高的CODCr去除率，這些現象是pH值和絮凝劑用量共同作用的結果。pH值在9.0時，CODCr去除率始終處于較低的水平，且去除率不明顯。此時混凝作用主要依靠A1(OH)3的吸附作用。此時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，同時吸附、卷掃、網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在兩個方面：一是不同pH值下，高分子物質在水中的存在形態;二是PAC在不同pH值條件下水解的產生的復雜的混凝特性。

從上述實驗結果還可以看出，隨著絮凝劑用量的不斷增加，在后期出現曲線下降的趨勢，因此推斷混凝劑用量并不是越多越好，這是因為混凝劑水解中間產物對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電荷瞬間產生中和作用，使膠體脫穩，脫穩的膠體顆粒在助凝劑的作用下，進一步生成大的絮團而快速沉淀;但是隨著混凝劑用量的增加，會產生膠體再穩現象，此時膠體及顆粒物重新帶上異性電荷，使得脫穩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，進而重新分散而穩定。所以可以確定脫墨廢水混凝處理的最適宜工藝參數為：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 混凝劑用量對光學特性影響的分析

在PAM用量3 mg/L、pH值7.2的條件下，在50～300 mg/L范圍內投加PAC，分析PAC用量與廢水濁度、吸光度的關系，結果見圖3。

圖3 PAC用量對廢水濁度、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時出現拐點，這仍然是膠體再穩現象，使得脫穩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，重新分散而穩定。

3 結論

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，酸性條件下的CODCr去除率較高，PAC用量在200 mg/L以上時，弱堿性條件下的CODCr去除率較高;PAC用量對廢水濁度與吸光度的影響，在用量為250 mg/L時出現拐點。

3.3 實驗用脫墨廢水的最佳處理條件為：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30%以上。

［1］ 郭茂新．利用廢紙造紙行業廢水的處理技術［J］．中國給水排水，2000，16(11)：23.

［2］ 苗慶顯，秦夢華，徐清華．廢紙造紙廢水處理技術的現狀與發展［J］．中國造紙，2005，24(12)：55.

［3］ 鄒紅林．廢紙造紙廢水處理工程應用［J］．環境污染治理技術與設備，2003，4(3)：88．

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

［5］ 史長偉．新聞紙廠白水封閉循環對紙張抄造的影響［J］．中國造紙，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

史長偉先生，副教授;主要研究方向：造紙濕部化學、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技術研究項目 (項目編號11551535)的資助。

(責任編輯：郭彩云)