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聚合氯化铝对造纸废水的混凝处理

发布时间:2020-07-18     浏览次数:

摘要:在分析了普通混凝剂的基础上,研究了聚合氯化铝(PAC)对造纸废水的处理效果。混凝试验结果表明,聚合氯化铝对造纸废水的处理达到较为理想的效果。

据近年统计资料,目前我国造纸业排放废水占全国工业废水排放总量的15%左右;COD排放占全国工业COD排放总量的1/3以上。造纸工业废水的严重污染和危害已经引起了人们的广泛关注。

随着水体污染的加深,混凝法在水处理中的作用愈来愈重要,特别是以聚合氯化铝(PAC)为代表的无机高分子混凝剂的出现,是混凝理论和实践发展的一个新阶段。

与生物法相比,混凝法具有以下优点:

(1)处理时间短;

(2)处理构筑物面积小;

(3)处理效果几乎与季节无关;

(4)能较完全地除去水中难于氧化的杂质;

(5)污水的pH变化小;

(6)沉渣腐化较小;

(7)处理过程中不受毒物影响;

(8)便于实现自动化处理。

由于工业废水复杂多变,而各种混凝剂亦品种繁多,这样就给处理提供了很大的选择余地。目前,限制混凝剂广泛使用的原因主要是药剂费用和沉渣处理。而对于造纸废水来说,选用聚合氯化铝作为混凝剂来处理,不但费用低,而且沉渣可返回作为造纸原料而具有较高的经济价值。

26%聚合氯化铝

1、混凝的基本原理

混凝过程可分为两个阶段,一是原有的离散悬浮物颗粒粘附在较大颗粒上,这在胶体化学中称为脱稳作用;二是这些小颗粒吸附在一起形成大的矾花,这个阶段称为絮凝过程。

水中的胶体可分为亲水胶体和憎水胶体,亲水胶体是指能与水分子结合形成水化膜的胶体,憎水胶体则是指与水分子间缺乏亲合力的胶体。亲水胶体因胶体颗粒表面形成一层水化膜可稳定存在。憎水胶体则是靠胶粒的双电层结构而稳定存在。

混凝就是通过投加混凝剂来使胶体脱稳,从而去除胶体颗粒,其机理主要有:

(1)压缩双电层作用。水中的悬浮物一般都具有双电层结构,这种结构使粒子间存在着相互的静电斥力,使各种胶体不能相互接近,不能形成更大的颗粒,从而能长时间处于稳定状态。而投加带有相反电荷的药剂,增加水中的反离子浓度,使胶体的扩散层压缩,降低胶体间的排斥势能,使胶体粒子能够碰撞凝聚。这种压缩双电层作用与金属离子的价数有关,离子价数越高,所需混凝剂的量越少。

(2)吸附电中和原理。天然或合成的高分子混凝剂,在水中水解缩聚而形成的高分子化合物具有很强的吸附能力。当这些带有电荷的高分子物质吸附了带异种电荷的颗粒以后,产生了电性中和作用,从而使胶体的ξ电位降低。这种吸附力可由静电力引起,也可由氢键或范德华力等引起。所以,胶体粒子可能吸附过多的聚合反离子而改变其电性,带上异种电荷后重新稳定存在。

(3)吸附—架桥作用。吸附架桥作用主要指高分子物质与胶粒的吸附与桥连作用。高分子物质溶于水后,经水解反应生成线性结构的高聚物,这些高分子物质的活性基因对胶粒有强烈的吸附作用,并且这些卷曲的团状分子展开后,可引起胶粒间的架桥连接作用。

(4)沉淀网捕作用。当金属盐或金属氯化物和氢氧化物作混凝剂时,当投药量大得足以迅速沉淀成金属氢氧化物(如Al(OH)3)或金属碳酸盐时,水中的胶粒可被这些沉淀物所网捕而一同下沉。这种作用基本上是一种机械作用。当水中的胶体少时,所需的混凝剂的量很大,反之则所需的混凝剂相应较少。

2、混凝剂及其分类

混凝剂可分为无机混凝剂和有机高分子混凝剂两大类。其中无机混凝剂又分为无机低分子混凝剂和无机高分子混凝剂。有机高分子混凝剂又分为人工合成有机高分子混凝剂和天然有机高分子混凝剂。

无机低分子混凝剂是被广泛使用的混凝剂,主要是铝盐(硫酸铝、氯化铝)和铁盐(硫酸铁、氯化铁),无机低分子混凝剂对于高浊度原水的处理有着较好的净化效果。

3、混凝剂的制备及混凝实验

在混凝过程中,影响水混凝的因素很复杂,这些因素包括水温、pH值、水力条件及投药量等。

其中对于不同的pH值,由于混凝剂的水解产物不同,因而效果也各异。同时,由于混凝剂在水解过程中不断产生H+,要保证水解的充分进行,需要保证水中有足够的碱去中和H+,因此,pH值是影响混凝的一个重要因素。

另外,对于投药量来说,当混凝剂的投加量不足时,由于悬浮物未充分脱稳,故效果不佳。而当混凝剂过量时,颗粒因超荷现象而导致再稳定,因此效果同样不佳,而混凝剂的投加量a与水质间有如下关系:

α=KCm

式中:

α——较佳投药量(mg/L);

C——悬浮物浓度(mg/L);

K、m——均为常数,当C>100~200mg/L时,K=1.0~10.0,m=0.28~0.65

上式表明了对于同一污染物,在达到相同的处理效果时,混凝剂的用量与污染物的浓度存在着特定的关系。

3.1聚合氯化铝(PAC)的制备

称取13.2g结晶氯化铝,溶于适量水中,然后再称取3.2gNaOH,溶于适量水中后,在搅拌器的搅拌下滴加到氯化铝溶液中,继续搅拌2~3h,然后转移到250mL的容量瓶中定容,并在室温下熟化ld,即得到B(OH/AL3+)=1.8,浓度为5%的聚合氯化铝。

3.2混凝实验

取上述方法制备的聚合氯化铝,以不同的混凝剂投加量和不同的pH值做混凝实验,SS和CODcr的处理结果如图1和图2所示。

图1

图2

由图1和图2可见,聚合氯化铝的适宜pH值范围约为7~9,当混凝剂投加量大于750mg/L时,悬浮物去除率可达到95%以上,并可除去20~50%的CODcr。

4、结论

(1)聚合氯化铝在造纸废水处理中,由于价格低,并且沉渣可返回造纸工艺作原料,不存在二次污染问题,并可产生一定的经济效益,因此具有实际意义;

(2)聚合氯化铝在碱性(pH值7~9)条件下,才能达到较好的处理效果;

(3)混凝处理只能除去废水中的悬浮态和胶态物质,而对于溶解状态的物质处理效果较差。

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