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印染前處理廢水的混凝沉淀研究
集萃印花網(wǎng)  2009-03-06 00:00:00

    【集萃網(wǎng)觀察】(1·江蘇工業(yè)學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院,江蘇常州213164;2·江蘇工業(yè)學(xué)院環(huán)境與安全工程學(xué)院,江蘇常州213164;3·溧陽(yáng)市環(huán)保局,江蘇溧陽(yáng)213300)

    摘要:印染前處理廢水水質(zhì)成分復(fù)雜,污染物含量極高,是印染廠污水處理難以達(dá)標(biāo)的重要原因。實(shí)驗(yàn)針對(duì)常州某棉紡織印染廠印染前處理車間廢水水質(zhì)特性,選取硫酸亞鐵(FeSO4·7H2O)、聚合硫酸鐵(PFS)、聚合硫酸鋁(PAS)、聚合氯化鋁(PAC)及鋼鐵廠廢酸對(duì)印染前處理廢水進(jìn)行了混凝試驗(yàn)研究,得出PFS、PAC、PAS及硫酸亞鐵的最佳pH范圍分為:6·5、6、3、10左右;對(duì)于水質(zhì)Ⅰ的廢水,PFS、PAC、PAS、硫酸亞鐵及鋼鐵廠廢酸的最佳投藥量分為:1g/L、1·6g/L、526·32mg/L、4·4g/L及40mL/L,對(duì)于水質(zhì)Ⅱ的廢水,PFS、PAC、PAS、硫酸亞鐵及鋼鐵廠廢酸最佳混凝劑投藥量分為:1g/L、2·1g/L、210mg/L、2·2g/L及20mL/L;混凝最佳攪拌方式為:快速攪拌300r/min攪拌2min,慢速攪拌40r/min攪拌10min,助凝劑陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺(CPAM)以投加4mg/L為宜,最佳沉淀時(shí)間為20min。在最佳混凝條件下,鋼鐵廠廢酸對(duì)原水的COD去除率可達(dá)35%左右。

    關(guān)鍵詞:棉紡織印染  前處理廢水  混凝劑篩選  混凝條件優(yōu)化

    中圖分類號(hào):X703·5    文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

    常州某印染廠前處理車間主要從事各種全棉和棉彈類梭織面料的印染前處理加工。車間每天排放廢水約300~400t,COD(化學(xué)耗氧量)值波動(dòng)范圍約為6000~30000mg/L,pH為13左右。目前工廠對(duì)該車間廢水先做一些簡(jiǎn)單的預(yù)處理措施,然后再與與染色廢水混合集中處理,但處理效果并不是很好,最終的生化池出水COD值經(jīng)常在100mg/L左右波動(dòng),難以達(dá)到一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)印染前處理廢水的水質(zhì)特性,本研究采取分質(zhì)處理的思路對(duì)該車間的廢水單獨(dú)進(jìn)行處理,以期使該車間廢水在與其它工序廢水混合之前水質(zhì)大為改善、污染負(fù)荷大幅降低[1]。實(shí)驗(yàn)選取聚合氯化鋁(PAC)、聚合硫酸鋁(PAS)、聚合硫酸鐵(PFS)、硫酸亞鐵(FeSO4·7H2O)和鋼鐵廠廢酸對(duì)印染前處理廢水進(jìn)行混凝沉淀實(shí)驗(yàn),篩選出最適宜于印染前處理廢水水質(zhì)理的混凝劑,并進(jìn)一步對(duì)混凝條件進(jìn)行優(yōu)化,以期使混凝效果達(dá)到最佳[2]。

    1 實(shí)驗(yàn)部分

    1·1 實(shí)驗(yàn)水質(zhì)

    實(shí)驗(yàn)用水取自該印染廠印染前處理車間。考慮到原水COD含量波動(dòng)較大,選取COD含量較高(水質(zhì)Ⅰ)與COD含量為年平均值左右(水質(zhì)Ⅱ)的兩種不同水質(zhì)的廢水來進(jìn)行研究。最佳pH范圍的確定實(shí)驗(yàn)水質(zhì)為水質(zhì)Ⅰ,最佳投藥量實(shí)驗(yàn)用水水質(zhì)為水質(zhì)Ⅰ和水質(zhì)Ⅱ,見表1。

 

    1·2 實(shí)驗(yàn)主要儀器、藥品

    主要實(shí)驗(yàn)儀器有:梅宇MY-3000K型六聯(lián)攪拌機(jī)及其它水質(zhì)分析儀器,水質(zhì)分析按相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行[3]。

    實(shí)驗(yàn)使用的水處理藥劑PAC、PAS、PFS使用時(shí)配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的水溶液,w(FeSO4·7H2O)配為10%的水溶液,陽(yáng)離子型聚丙烯酰氨(CPAM)配為0·2‰的水溶液。鋼鐵廠廢酸取自某鋼鐵廠,主要成分包括:游離酸、Fe2SO4、Fe2(SO4)3及少量Cr(Ⅵ)、Cr、Ni、氟化物等。原水pH的調(diào)節(jié)用質(zhì)量濃度為15%的鹽酸。

    1·3 實(shí)驗(yàn)方法

    在混凝劑的篩選工作中,確定廢水的pH和混凝劑的投加量為主要考察對(duì)象。在考察pH對(duì)廢水COD去除影響時(shí),在1000mL燒杯中加入500mLpH調(diào)為一定梯度的廢水,固定混凝劑投加量為10mL,攪拌,靜置30min后取上清液測(cè)定其COD值。計(jì)算COD去除率,得出最佳pH范圍。在考察混凝劑投加量對(duì)廢水COD去除影響時(shí),調(diào)節(jié)廢水pH至由前面實(shí)驗(yàn)得出的最佳pH建立投藥量序列,攪拌,靜置30min后取上清液測(cè)定其COD值。計(jì)算COD去除率,得出最佳投藥量。

    混凝優(yōu)化主要考慮助凝劑的投加量、攪拌方式及沉淀時(shí)間對(duì)廢水COD去除的影響。攪拌方式的正交實(shí)驗(yàn)按表2中選取的因素和水平作L9(34正交實(shí)驗(yàn),計(jì)算COD去除率,通過極差分析得出最佳攪拌方式。在助凝劑最佳投加量的確定實(shí)驗(yàn)中,廢水pH、混凝劑投加量、攪拌方式均調(diào)至最優(yōu)值,建立助凝劑投加量梯度,助凝劑在快速攪拌結(jié)束前30s投加,廢水靜置30min后取上清液測(cè)定其COD值,計(jì)算COD去除率,得出最佳投藥量。在最佳沉淀時(shí)間的確定實(shí)驗(yàn)中,廢水pH、混凝劑助凝劑投加量、攪拌方式均調(diào)至最優(yōu)值,攪拌后分別沉淀10min、20min、30min、1h、2h取上清液測(cè)定其COD值,計(jì)算COD去除率,得出最佳沉淀時(shí)間(以上實(shí)驗(yàn)均作廢水空白對(duì)照實(shí)驗(yàn))。

    2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

    2·1 混凝劑的篩選

    2·1·1 pH對(duì)混凝效果的影響

    由圖1可知,PFS、PAC、PAS及硫酸亞鐵的最佳pH范圍分別為:6·5、6、3、10左右。相對(duì)于其它混凝劑,PAS有著較好的混凝效果,且出水較為清澈,濁度去除率較高。但是其要求原水pH調(diào)至5以下才適宜于混凝處理,而出水pH則需再用堿由3左右調(diào)至7左右才適宜于生物處理,這需要消耗較大量的酸和堿,使其在棉紡織印染前處理廢水的處理應(yīng)用中受到較大的限制。

    2·1·2 投藥量對(duì)混凝效果的影響

    由圖2知,對(duì)于水質(zhì)Ⅰ的廢水(高濃度廢水)PFS需投加1g/L以上方能達(dá)到較好的效果COD去除率為15%左右;PAC在投加1·6g/L時(shí)達(dá)到最佳去除效果,COD去除率為25%左右PAS在投加526·32mg/L時(shí)去除率最高,COD去除率可達(dá)35%;硫酸亞鐵的投加量對(duì)其COD去除效果影響不大,但COD去除效果不是很好,基本在20%左右;鋼鐵廠廢酸在投加40mL/L時(shí)效果最明顯,COD去除率達(dá)33%左右。

    而對(duì)于水質(zhì)Ⅱ的廢水(低濃度廢水),PFSPAC、PAS、硫酸亞鐵及鋼鐵廠廢酸在最佳pH下的最佳混凝劑投藥量分為:1g/L、2·1g/L210mg/L、2·2g/L左右(往上投加效果不明顯及20~30mL/L(20mL/L以上效果差別不大)見圖3。與圖2相比,在最佳投藥量時(shí),低濃度原水的COD去除率普遍要比高濃度原水去除率高10%左右,且藥劑消耗量明顯更少。

    綜合以上結(jié)果,結(jié)合印染前處理廢水的水質(zhì)特性及后續(xù)生物處理的要求,并考慮到處理成本,認(rèn)為鋼鐵廠廢酸是最適宜的混凝劑,因?yàn)?①使用鋼鐵廠廢酸不需藥劑費(fèi),但混凝效果卻不亞于其它混凝劑;②鋼鐵廠廢酸在最佳投加量處可使出水的pH降低4個(gè)pH單位,稍作pH調(diào)節(jié)即可用于后續(xù)的生物處理工藝,既省去了調(diào)節(jié)pH的步驟,又降低了處理成本;③鋼鐵廠廢酸為鋼鐵廠的副產(chǎn)品,由鋼鐵廠單獨(dú)處理費(fèi)用不低,而用于處理印染前處理廢水則實(shí)現(xiàn)了“以廢治廢”的目的。當(dāng)然鋼鐵廠廢酸也存在著一些缺陷:比如鋼鐵廠廢酸對(duì)廢水的濁度去處率并不高,且會(huì)增加出水的色度和鹽度。另外,廢酸中含有的部分重金屬離子可能會(huì)對(duì)生物存在一定的副作用。但總的來說使用鋼鐵廠廢酸作為組合工藝的第一級(jí)預(yù)處理措施是可行的。

     2·2 混凝實(shí)驗(yàn)條件的優(yōu)化

     2·2·1 攪拌方式的正交實(shí)驗(yàn)

     攪拌方式的正交實(shí)驗(yàn)見表3[4]。

     通過對(duì)各因素的極差分析可以發(fā)現(xiàn):最佳的攪拌方式為A2B2C2D3,即快速攪拌轉(zhuǎn)速為300r/min,攪拌時(shí)間為2min;慢速攪拌轉(zhuǎn)速為40r/min,攪拌時(shí)間為10min。各因素對(duì)COD去除率影響的重要程度排序?yàn)?A>C>D>B。

    2·2·2 助凝劑最佳投藥量的確定

    由圖4知CPAM的最佳投加量為4mg/L,且CPAM投加量是一個(gè)比較敏感的因素,投加量若適當(dāng),則可較大幅度地改善混凝效果、提高COD去除率,如果投加量不是很恰當(dāng),非但不能改善混凝效果,反而會(huì)使COD去除率低于不投加CPAM時(shí)的情況。這可能是由于過量的CPAM會(huì)使廢水中的膠體物質(zhì)帶有過量的正電荷,使膠體之間相互排斥、絮凝性能變差。

    2·2·3 最佳沉淀時(shí)間的確定

    從圖5中可以看出,沉淀20min與沉淀30min具有同等的COD去除率,沉淀1h時(shí)去除率達(dá)到最高值,沉淀更長(zhǎng)的時(shí)間后,膠體可能會(huì)發(fā)生再穩(wěn),導(dǎo)致出水COD值上升。故選取最佳沉淀時(shí)間為20min。

    3 結(jié) 論

    (1)實(shí)驗(yàn)選取了PFS、PAC、PAS、硫酸亞鐵及鋼鐵廠廢酸對(duì)印染前處理廢水進(jìn)行了混凝沉淀研究,得出PFS、PAC、PAS及硫酸亞鐵的最佳pH范圍分為:6·5、6、3、10左右;對(duì)于水質(zhì)Ⅰ的廢水,PFS、PAC、PAS、硫酸亞鐵及鋼鐵廠廢酸的最佳投藥量分為:1g/L、1·6g/L、526·32mg/L、4·4g/L及40mL/L;對(duì)于水質(zhì)Ⅱ的廢水,PFS、PAC、PAS、硫酸亞鐵及鋼鐵廠廢酸最佳混凝劑投藥量分為:1g/L、2·1g/L、210mg/L、2·2g/L左右及20mL/L。

    (2)鋼鐵廠廢酸相對(duì)于其它混凝劑有著較好的混凝效果,且不需對(duì)廢水進(jìn)行pH調(diào)節(jié),操作方便,同時(shí)可實(shí)現(xiàn)以廢治廢,具有較好的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益。

    (3)以鋼鐵廠廢酸為混凝劑對(duì)混凝條件進(jìn)行優(yōu)化,得出最佳攪拌方式為:快速攪拌300r/min攪拌2min,慢速攪拌40r/min攪拌10min;最佳沉淀時(shí)間為20min;助凝劑CPAM以投加4mg/L為宜。在最佳混凝條件下,原水COD去除率可達(dá)35%左右。

    作者:1.黃榮榮   2.石大安  3.胡琦

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