聚合硫酸鐵對麥草漿造紙廢水預處理的效果研究

宋曉喬,劉罡,宋少花,華珊,任天龍,李娜

(1.西安建筑科技大學華清學院,陜西 西安 710043；2.陜西海藍環保科技有限公司,陜西 西安 710043； 3.西安創業水務有限公司,陜西 西安 710086；4.海南醫學院,海南 海口 571199)

美國將造紙廢水列為六大公害之一[1],麥草漿造紙廢水具有高色度、高CODCr、含纖維素等多種雜質等特點[1-2]。具有典型代表性的河南一林造紙廠麥草制漿造紙廢水處理廠采用生化+物化法處理效果不好,由于麥草漿造紙廢水可生化性普遍較差[3-4],生化工藝未能較好地發揮其作用。混凝法是廢水處理中常用的方法[5],本文研究了聚合硫酸鐵混凝法對麥草漿造紙廢水進行預處理的效果,主要優化的影響因素有：混凝劑用量、pH值、混凝攪拌強度、助凝劑種類和助凝劑的用量,確定了各個混凝法中最佳的pH值、轉速和助凝劑的種類與用量。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

造紙廢水,取自河南一林造紙廠麥草漿造紙廢水處理站曝氣池中,水樣色度偏深,有惡臭味,含雜質多,水質見表1；聚合硫酸鐵(PFS)、陽離子型聚丙烯酰胺(CPAM)、陰離子型聚丙烯酰胺(APAM)、非離子型聚丙烯酰胺(NPAM)、鹽酸、硫酸、NaOH、重鉻酸鉀、試亞鐵靈指示劑、硫酸亞鐵銨、硫酸銀均為分析純。

表1 麥草漿造紙廢水的各項指標Table 1 Indexes of wheat straw pulp papermaking wastewater

CODCr測試裝置；梅宇MY3000-6智能混凝試驗攪拌儀；UV-2000分光光度計；AB104-N電子天平。

1.2 實驗方法

500 mL燒杯中,加入100 mL麥草漿造紙廢水,用NaOH(濃度為10%)和稀鹽酸(濃度為10%)調節pH到7.00。加入PFS溶液(濃度10%)2 mL(2 g/L),室溫下,在梅宇MY3000-6智能混凝試驗攪拌儀中進行混凝反應,以300 r/min攪拌1 min,調至100 r/min,攪拌10 min,沉降15 min。取上清液,分別測定吸光度、色度和CODCr值,計算其去除率。

1.3 分析方法

CODCr以重鉻酸鹽法測定；采用分光光度法測麥草漿造紙廢水在410 nm波長下的吸光度[2],確定其脫色率；色度以稀釋倍數法方法測定。

2 結果與討論

2.1 PFS用量的影響

PFS用量對混凝效果的影響見圖1。

圖1 PFS用量對混凝效果的影響Fig.1 Effect on coagulation with PFS dosage

由圖1可知,隨著PFS用量的增加,脫色率和CODCr去除率先增加再減小,脫色率和CODCr去除率分別在PFS用量為2 mL (2 g/L)時最佳,脫色率達到82.1%,CODCr去除率達到79.3%。

主要是因為Fe鹽的混凝以壓縮雙電層和吸附架橋作用,使得懸浮顆粒能夠帶上相反電荷,從而可以重新穩定所致；當達到最佳投藥量后,繼續加大投加量時,出現去除率不增加反而下降,這是由于PFS在水中形成了Fe(OH)2和Fe(OH)3兩種物質,當它們吸附水中的膠體粒子和細小顆粒已經達到飽和時,多余的Fe(OH)2和Fe(OH)3凝聚作用就逐漸變差,使得水中形成的沉淀無法穩定[6],從而導致出水CODCr偏高。因此,確定PFS最佳用量為2 g/L。

2.2 pH值的影響

pH值對混凝效果影響見圖2。

由圖2可知,隨著水樣pH值增加,處理效果先減小后變大再減小,最后趨于動態平穩。脫色率和CODCr去除率的曲線大致相似,水樣pH值為6.0時,PFS混凝法處理廢水效果最佳,在最佳pH值范圍內,Fe3+會水解生成單核及多核的羥基絡合離子,其具有電中和能力,能吸附膠體微粒,同時可以利用其壓縮雙電層機理使得微粒脫穩；PFS具有高分子結構,在混凝過程中吸附架橋作用亦很強,因此PFS混凝法的效果較好[7],其CODCr去除率可達到80.8%。因此,確定PFS混凝法的最佳pH為6.0。

圖2 pH值對混凝效果影響Fig.2 Effect on coagulation with pH

2.3 混凝轉速的影響

pH調節到6.0,轉速對PFS混凝效果影響見圖3。

圖3 轉速對PFS混凝效果影響Fig.3 Effect on PFS coagulation with speeds

由圖3可知,轉速增大時,處理效果先增加后減小,PFS混凝轉速為90 r/min時,脫色率和去除CODCr率效果最佳,轉速100 r/min時,CODCr去除率下降,脫色率的曲線大致相同。一般情況下,當轉速過低時,反應不充分；當轉速過高時,會使得絮體碎裂,導致混凝形成的礬花沉降速度慢,處理的效果差。因此,確定PFS混凝的最佳轉速為90 r/min。

2.4 PAM(助凝劑)種類的影響

在上述最佳條件下,3組水樣分別投加1 mL的APAM、CPAM、NPAM(3種助凝劑濃度均為0.5%),300 r/min快速攪拌1 min,90 r/min慢速攪拌10 min,靜止沉降15 min,結果見表2。

表2 助凝劑種類對PFS混凝的影響Table 2 Effect of coagulant types on PFS coagulation

由表2可知,NPAM(助凝劑)的脫色率和CODCr去除的效果最佳,且只有NPAM混凝達到色度要求。因此,確定PFS混凝實驗選用非離子型助凝劑NPAM。

2.5 PAM用量的影響

在上述最佳條件下,濃度0.5%的NPAM用量對混凝效果的影響見圖4。

圖4 NPAM用量對混凝效果的影響Fig.4 Effect on PFS coagulation with NPAM dosage

由圖4可知,隨著PFS混凝的助凝劑用量增加,脫色率和CODCr去除率曲線大致相同。其先減小后增加,然后再減小,最后小幅增加。處理后色度都達到要求,當PAM用量為2 mL(0.1 mg/L)時CODCr去除率最佳,達到85%,此時脫色率為93%。因此,確定PFS混凝時最佳助凝劑NPAM用量為0.1 g/L。

3 結論

麥草漿造紙廢水采用聚合硫酸鐵混凝法預處理的最佳參數如下：PFS用量2 g/L,pH值6.0,混凝轉速90 r/min,助凝劑種類NPAM,NPAM用量為0.1 mg/L。在此條件下,其CODCr去除率和脫色率分別為85%和93%,去除效果良好,尤其脫色效果顯著。