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聚铝和聚铁在造纸废水处理中的交互作用

发布时间:2020-08-08     浏览次数:

摘要:研究采用聚铝和聚铁作絮凝剂,并加入有机助凝剂,联合作用处理麦草爆破制浆废水的混凝效果。结果表明:聚铝和聚铁联合投加的混凝效果优于它们单独投加,具有明显的交互作用。并进一步探讨了絮凝剂投加比例、pH值、水温、投加顺序等因素对交互作用的影响,得出了实验的较佳条件。

聚合氯化铝(PAC,简称聚铝)、聚合硫酸铁(PFS,简称聚铁)为新一代无机高聚物混凝剂,处理废水具有用量少、杂质(COD、色度、浊度等)去除率高、腐蚀性小、沉淀速度快、适用pH范围广,其絮凝产物压缩性和脱水性优良等特点。目前,聚铝和聚铁絮凝剂已经在水处理领域得到广泛应用,有关聚铝和聚铁在水处理中的报导很多,但将二者联用的报导却很少见。本实验采用聚铝和聚铁作絮凝剂,加入有机助凝剂,联合作用处理麦草爆破制浆废水,现联合投加对混凝有明显的交互作用,采用聚铝与聚铁联合投加的净水效果比单一采用聚铝或聚铁好。

聚合氯化铝实拍图

1、实验

1.1废水情况

本实验所用废水,是由山东某造纸厂提供的取麦草爆破制浆废水,其ρCODcr为4000mg/L,nSS为156.8mg/L,pH值为9.43。

1.2实验仪器

PHS-25B型数字酸度计,上海大普仪器有限公司;JB50-D型搅拌器,上海标准模型厂;nCOD测定仪,按GB11914-89《水质 化学需氧量的测定重铬酸盐法》来完成测量。

1.3实验药品

聚铝(盐基度为78.6%),配制成质量分数为7.5%的溶液;聚铁(盐基度为10.4%),配制成质量分数为7.5%的溶液;有机助凝剂溶液(简称A)。

1.4实验方法

每组实验均取100mL废水倒入容积为500mL烧杯中,在加入PAC,PFS或A溶液后,快速(200r/min)搅拌1min,再慢速(60-80r/min)搅拌2min,静置30min,取上层清液测定ρCOD·cr。

废水pH值采用滴加H2SO4溶液、NaOH溶液,调节至设定pH值。

聚合硫酸铁实拍图

2、结果与讨论

2.1交互作用判别实验

为了增强PAC和PFS的絮凝效果,生成粗大、结实、易于沉降的絮凝体,试验中加入助凝剂A药剂,并做了一批试探性实验,得出A药剂加入量为0.75mL/100mL时,助凝效果较好。

在室温情况下,做了9组实验,每组实验取废水100mL,将pH值均调为7,A药剂加入量为0.75mL/100mL,投加药剂,实验结果见表1。

表1PAC与PFS不同投加量时的实验结果

序号 PAC/mL PFS/mL ρCOD·cr/mg·L-1 ρCOD·cr去除率/%
1 4.0 0 812 79.7
2 3.5 0.5 740 81.5
3 3.0 1.0 548 86.3
4 2.5 1.5 428 89.3
5 2.0 2.0 384 90.4
6 1.5 2.5 308 92.3
7 1.0 3.0 344 91.4
8 0.5 3.5 348 91.3
9 0 4.0 460 88.5

实验结果显示:在温度、pH值、助凝剂投加量相同的情况下,采用聚铝与聚铁联合投加的净水效果比单一采用聚铝或聚铁好,表明聚铝与聚铁联合投加有协同混凝的效果,存在明显的交互作用。

聚铝和聚铁均为优良的絮凝剂,各有特点。聚铁水解快,生成矾花速度快,易沉降,强度好,但矾花小,出水不清、残余色度高;而聚铝生成矾花大,出水残余色度低,但生成絮团较慢,矾花轻、疏松,沉降慢,联合投加聚铝和聚铁,一定程度上可互相取长补短增效,使初凝时间、沉降速度优于聚铝,而矾花大小、出水色度优于聚铁,因此,使药效更好地发挥。

2.2交互作用的影响因素

影响混凝交互作用的因素较复杂,在此主要探讨絮凝剂投加比例、pH值、水温、投加顺序等几个因素。

a.絮凝剂投加比例的影响。由上述实验可知:聚铝和聚铁联合投加得到较佳效果的比例为0.6:1(体积比)。

b.pH值的影响。在室温下,做了8组实验,每组实验取100mL废水,固定聚铝与聚铁加入量均为2.0mL,A药剂加入量为0.75mL,实验结果见表2。实验结果表明:随着pH值升高,ρCOD·cr去除率先升高后降低,废水pH值为6时,絮凝效果较好。

表2不同pH值时的实验结果

序号 pH值 ρCOD·cr/mg·L-1 ρCOD·cr去除率/%
1 4 708 82.3
2 5 564 85.9
3 6 328 91.8
4 7 384 90.4
5 8 416 89.6
6 9 452 88.7
7 9.43(原液) 520 87.0
8 10 760 81.0

聚铝和聚铁溶液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、铁离子,最终将产生氢氧化铝、氢氧化铁化学沉淀物析出。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。

c.废水的温度的影响。做7组实验,每组实验取100mL废水,固定pH值为6,聚铝与聚铁加入量均为2.0mL,A药剂加入量为0.75mL,实验结果见表3。

表3不同温度时的实验结果

序号 t/℃ ρCOD·cr/mg·L-1 ρCOD·cr去除率/%
1 5 720 82.0
2 10 470 88.3
3 15 328 91.8
4 20 368 90.8
5 25 344 91.4
6 30 460 88.5
7 35 440 90.0

突验结果表明:当水温较低(<5℃)时,ρCOD去除率较差;在10-35℃,絮凝效果较好,但ρCOD去除率随温度变化不大。

聚铝和聚铁的水解反应是吸热反应,如果水温过低时,水解困难。水温升高,使得水解容易,而且布朗运动增强,胶粒间碰撞机会增加,絮凝效果变好;但水温继续升高,只加快了沉淀速度,对ρCOD·cr去除率影响不大。

d.聚铝与聚铁投加顺序的影响。在室温下,做2组实验,每组实验取100mL废水,固定pH值为6、聚铝与聚铁加入量均为2.0mL。

实验结果为:先加聚铝,后加聚铁,ρCOD·cr为328mg/L,ρCOD·cr去除率为91.8%;先加聚铁,后加聚铝,ρCOD·cr为232mg/L,ρCOD·cr去除率为94.2%。

实验结果表明:先加聚铁,后加聚铝的絮凝效果更好。

混凝过程一般由凝聚、絮凝和沉淀三个阶段。先加入聚铁,搅拌1min,是聚铁混凝的凝聚阶段,水中生成细而重的矾花,再加入聚铝,此时聚铁处于絮凝阶段,矾花成长变粗,以它们为核心,聚铝产生的沉淀物会生长成粗大的矾花,所以絮凝效果好。如果先加入聚铝,搅拌1min,聚铝处于凝聚阶段,生成絮团较慢而且矾花较疏松;再加入聚铁,以松散的聚铝为核心,聚铁产生的沉淀物生长成的矾花较小,所以絮凝效果相对较差。

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