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废纸浆对聚合氯化铝处理低浊水的助凝效果

发布时间:2020-07-15     浏览次数:

摘要:以废纸浆为助凝剂,通过混凝沉淀烧杯实验研究其对聚合氯化铝的助凝效果及处理低浊水的适应性。结果表明,当原水浊度为21.8NTU,聚合氯化铝投加量为10mg/L时,适宜的废纸浆投加量为20mg/L,处理后出水浊度为2.89NTU,相比单独使用聚合氯化铝的出水浊度降低47%。废纸浆宜在快速搅拌前投加,并采用100r/min的速度进行中速搅拌,其对较高浊度和弱碱性的低浊水有更好的助凝效果。废纸浆的使用能够提高浊度去除率,降低CODmn和铝、铁含量,且出水的多数水质指标已能满足GB 5749-2006要求,可以作为一种高效、安全、多功能的净水助凝剂。

26%含量聚合氯化铝

低浊水处理是自来水厂的难题。增加加药量能够提高处理效果,同时也会产生金属离子超标等问题,采用新型絮凝剂的处理效果虽然优于传统药剂,但有成本较高和存在二次污染等原因导致应用受限。相比之下,添加助凝剂的方法则更加简单高效,例如以硅藻土和活化硅酸等作为助凝剂能够大幅提高聚合氯化铝对低浊水的处理效果。

废纸浆是废纸回收后加工再生的纸纤维,产量正逐年增加。但其多用于生产低端纸品,因而一些学者将废纸应用于制备吸附剂、吸水树脂和复合材料等以实现高值化利用。波涛聚合氯化铝厂家以自制的废纸浆纤维悬浮液作为助凝剂使用,研究其对聚合氯化铝的助凝效果及处理低浊水的适应性,以期为解决低浊水处理问题提供参考,也为拓宽废纸浆应用领域开拓新思路。现将结果分析如下:

一、废纸浆投加量的影响

当原水浊度为21.8NTU,研究单独使用聚合氯化铝时,聚合氯化铝投加量对混凝沉淀处理效果的影响,结果如表1所示。

表1聚合氯化铝投加量对浊度处理效果的影响

投加量/(mg·L-1 10 20 30 40 50 60
浊度/NTU 5.48 3.49 2.58 2.35 12.2 12.6

由表1可知,随着聚合氯化铝投加量的增加,浊度呈先减小后增加的趋势,当投加量为40mg/L时,浊度较低为2.35NTU,而后继续增加投加量,由于加药量过大导致胶体再稳定,使得浊度处理效果反而变差。

为减少聚合氯化铝的投加量并体现废纸浆对聚合氯化铝的助凝效果,选择聚合氯化铝投加量为10mg/L,在相同实验条件下研究废纸浆与聚合氯化铝配合使用时,废纸浆投加量对混凝沉淀处理效果的影响,结果如表2所示。

表2废纸浆投加量对浊度处理效果的影响

投加量/(mg/L-1 0 10 20 30 40 50
浊度/NTU 5.48 3.70 2.89 2.59 2.78 4.04

由表2可见,随着废纸浆投加量的增加,浊度呈先减小后增加的趋势,当废纸浆投加量为20mg/L,相应浊度为2.89NTU,相比单独使用聚合氯化铝的出水浊度(5.48NTU)降低47%;当投加量为30mg/L时,浊度较低,为2.59NTU,与单独使用30mg/L聚合氯化铝的处理效果相当(相应浊度为2.58NTU),而后继续增加投加量,浊度逐渐上升。

加入废纸浆能够提高浊度处理效果,原因是大量的细小纤维状废纸浆在均匀分散后,能够通过吸附架桥作用加快絮体的成长速度,增加絮体粒径,增强絮体的网捕、吸附和沉降性能,起到絮体结构改良剂和吸附剂的作用。而当废纸浆投加量过大时,反而会阻碍胶体与聚合氯化铝之间、胶体与胶体之间的相互作用,导致处理效果变差。因此,废纸浆对聚合氯化铝处理低浊水具有较好的助凝作用,综合考虑助凝效果和经济成本,适宜的废纸浆投加量为20mg/L。

二、废纸浆投加时间点的影响

实践证明,聚丙烯酰胺作为助凝剂使用时,其投加的时间点宜在混凝剂之后。因此,废纸浆作为助凝剂,其投加时间点同样会影响处理效果,需要进一步研究。当原水浊度为7.33NTU,聚合氯化铝、废纸浆投加量分别为10、20mg/L时,研究废纸浆的投加时间点对混凝沉淀处理效果的影响,结果表明,在快速搅拌前、中速搅拌前、慢速搅拌前浊度去除率分别为79.67%、67.26%、52.66%。即,在快速搅拌前投加废纸浆的处理效果较好,而越迟投加处理效果越差。

原因是在快速搅拌前投加,较高的转速产生的水力剪切作用能够将相互缠绕的废纸浆纤维彻底分离,保证废纸浆纤维均匀分散,使其充分发挥吸附架桥作用,且越早投加作用时间越长,处理效果越好。因此,废纸浆作为助凝剂处理低浊水时,宜在快速搅拌前投加。

三、中速搅拌速度的影响

快速搅拌的作用主要是使药剂快速分散均匀,并与水中胶体悬浮物充分反应。该过程反应速度快,因而搅拌时间较短,而慢速搅拌的作用主要是利用已形成的大块絮体在同向絮凝过程中发挥网捕作用去除水中的胶体和微小絮体。相比之下,中速搅拌既要承担凝聚作用,提高脱稳胶体的碰撞接触概率,又需要推动胶体聚集逐渐成长为大絮体,是一个承上启下的重要环节。因此,中速搅拌作用强度相比快速和慢速更值得研究。

当原水浊度为21.8NTU、聚合氯化铝、废纸浆投加量分别为10、20mg/L,为研究不同搅拌速度对处理效果的影响,改变中速搅拌速度分别为100、150、200r/min,结果表明浊度去除率分别为89.5%、87.6%、87.3%。即,随着搅拌速度的升高,浊度去除率下降,而出水浊度上升,以中速搅拌速度为100r/min时处理效果较好,此时出水浊度为2.29NTU。

中速搅拌时较低转速下的处理效果好,其原因主要是加入的废纸浆在快速搅拌过程中即已分散均匀,在中速搅拌时仅需提供增加废纸浆、胶体和微小絮体三者的碰撞接触几率所需的水力条件,从而加快絮体的成长速度,而过大的转速产生的水力剪切作用则可能适得其反,不利于大块絮体的形成,影响处理效果。同时,由于混凝反应过程(即中速和慢速搅拌阶段)要求将速度梯度G控制在70-20s-1、且逐渐降低,转速100r/min时的G为80.8s-1、而转速50r/min的G仅为28.6s-1,故中速搅拌不宜选择50r/min的转速。因此,废纸浆作为助凝剂与聚合氯化铝配合使用时,适宜的中速搅拌速度为100r/min。

四、原水浊度对处理效果的影响

当聚合氯化铝、废纸浆投加量分别为10、20mg/L时,研究废纸浆与聚合氯化铝配合使用对不同浊度原水的混凝沉淀处理效果,并与单独使用投加量10mg/L聚合氯化铝的处理效果相比较结果如图1所示。

图1不同浊度原水对浊度处理效果的影响

由图1可知,随着原水浊度的增加,二者的浊度去除率均呈先增加后减小的趋势。浊度较低时,水中的胶体颗粒少,与混凝剂和助凝剂的碰撞接触几率低,生成的絮体少,故处理效果较差,而浊度较高时,胶体颗粒的数量较多,相比之下聚合氯化铝的投加量仅为10mg/L,用量不足,其压缩双电层和电中和作用能力有限,因而导致处理效果下降。同时,投加废纸浆对聚合氯化铝具有稳定的助凝效果,处理不同浊度的低浊水时,浊度去除率可增加约4-12个百分点,且浊度越高,浊度去除率的增加越大,废纸浆的助凝作用越显著。因此,较高的浊度有利于提升废纸浆对聚合氯化铝处理低浊水的助凝效果。

五、原水pH的影响

当原水浊度为12.06NTU、聚合氯化铝、废纸浆投加量分别为10、20mg/L时,研究原水pH的变化对混凝沉淀处理效果的影响,结果如表3所示。

表3pH对浊度处理效果的影响

pH 6 7 8 9 10
去除率/% 13.52 42.87 81.92 80.35 73.30

由表3可知,随着原水pH的增加,出水的浊度去除率快速上升;当pH为8时去除率较高,而后继续增加pH,浊度去除率缓慢下降。pH的变化影响着水中铝的水解形态,进而影响废纸浆与聚合氯化铝配合使用的处理效果。

当pH较低时,H+含量高,阻碍铝的水解反应过程,导致形成的絮体较少,处理效果差;而当pH较高时,又会导致絮体溶解生成Al(OH)4-,絮凝效果减弱。pH的变化也会影响废纸浆的性质,碱性环境能使纤维素润胀,有利于提高助凝效果,而酸性条件下虽然也能起到润胀作用,但可能导致部分纤维素溶解,对水质产生不利影响。因此,废纸浆与聚合氯化铝配合使用处理低浊水时,弱碱性水质能够取得更好的处理效果。

六、出水的卫生安全性

废纸浆助凝剂可提高浊度处理效果,但所含的杂质也可能对水质产生其他影响,因此有必要检测其他水质指标,以便全面评价废纸浆的作用效果和水质的卫生安全性。

当原水浊度为18.48NTU、聚合氯化铝、废纸浆投加量分别为10、20mg/L时,测定混凝沉淀后出水中能够反映还原性有机物、溶解性固体、硬度以及金属离子含量等多项水质指标,与单独使用10mg/L聚合氯化铝的出水、与原水和GB 5749-2006的限值进行参照。结果如表4所示。

表4各水样的水质情况

处理方式 浊度/NTU 耗氧量/(mg·L-1 pH 总硬度/(mg·L-1 ρ(mg·L-1
TDS 6价铬
聚合氯化铝+废纸浆 2.67 1.76 7.34 45.4 118 0.022 0.07 <0.2 <0.04 <0.004
聚合氯化铝 6.85 1.92 7.00 49.1 130 0.100 0.18 <0.2 <0.04 <0.004
原水 18.48 2.89 7.38 47.8 124 0.018 0.21 <0.2 0.06 <0.004

注:耗氧量以O2计,总硬度以CaCO3计,低于检测限的采用“<检测限值”方式标注。

由表4可见,使用废纸浆助凝剂相比单独使用聚合氯化铝,在显著提高浊度处理效果的同时,还能一定程度降低耗氧量、铝和铁等的含量,具有一定的强化混凝和去除金属离子功能。原因是纸浆中所含的主要成分纤维素具有多孔结构、比表面积大和亲水吸附性等特点,能够吸附去除对水中的有机小分子和金属离子。而出水的其他水质指标与原水水质相当,且除浊度外的其他检测指标均已经能够满足GB 5749-2006的要求,说明废纸浆助凝剂的使用不会对水质产生不利影响,具有较好的卫生安全性。

七、结论

以废纸浆作为助凝剂,通过混凝沉淀实验研究其对聚合氯化铝的助凝效果及处理低浊水的适应性,得到以下结论:

1、废纸浆对聚合氯化铝处理低浊水具有较好的助凝作用,当原水浊度为21.8NTU、聚合氯化铝投加量为10mg/L时,适宜的废纸浆投加量为20mg/L,处理后出水浊度为2.89NTU,相比单独使用聚合氯化铝的出水浊度降低47%。

2、使用废纸浆助凝剂时,宜在快速搅拌前投加,采用100r/min的中速搅拌速度,且其对较高浊度和弱碱性的低浊水有更好的处理效果。

3、使用废纸浆作为助凝剂,不但能在低混凝剂投加量条件下提高浊度处理效果,还能一定程度降低耗氧量和铝、铁含量,出水的多项水质指标符合GB 5749-2006的要求,可作为一种卫生安全的净水药剂使用。

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