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废纸纤维对聚合氯化铝铁的助凝效果

发布时间:2020-07-20     浏览次数:

摘要:通过混凝沉淀试验,本文研究了废纸纤维对聚合氯化铝铁(PAFC)的助凝效果。试验结果表明,当原水浊度为21.8NTU,PAFC投加量为10mg/L,废纸纤维投加量为30mg/L时,出水浊度为1.45NTU,浊度去除率可达93.35%。使用时,废纸纤维宜在快速搅拌前投加,并采用100r/min的速度进行中速搅拌,与PAFC配合使用,适宜处理不同浊度的原水,且近中性偏碱性条件下处理效果较好。

聚合氯化铝铁实拍图

废纸是一种重要的二次资源,对其进行回收再利用能够变废为宝和保护环境。近年来,全球的废纸利用率普遍较高,英国废纸利用率高达84.5%,中国的废纸利用率也接近74%。随着废纸回收利用率的提高,中国的废纸浆生产规模逐年上升,2015年更是达到6.338×107t,占全年纸浆总产量的79.38%。虽然回收利用率较高,但废纸仍主要用于生产低端纸品,产品的附加值较低。为提高废纸的回收率和产品附加值,一些学者研究将废纸应用于制备橡胶复合材料、导电纸、吸附剂和吸水树脂等方面,既降低了相关材料的生产成本,又能实现废纸的高值化利用。

聚合氯化铝铁(PAFC)是一种集铝系和铁系混凝剂优点于一身的新型复合混凝剂,形成絮体速度快,吸附能力强,能降低浊度和色度。为了提高水处理效果,PAFC也常与助凝剂(如聚丙烯酰胺、活化硅酸等)配合使用,以增强处理效果,减少加药量,提高水质的卫生。

波涛聚合氯化铝厂家以废纸为原料自制废纸纤维悬浮液作为助凝剂,研究其对聚合氯化铝铁处理地表水的助凝效果及对水质的适应性,以期为聚合氯化铝铁的应用和混凝沉淀处理技术提供参考,也为废纸的资源化利用研究开拓新思路。波涛小编现将实验结果分析如下:

一、单独使用聚合氯化铝铁时投加量对混凝沉淀效果的影响

当原水浊度为21.8NTU时,单独使用聚合氯化铝铁处理地表水,研究聚合氯化铝铁投加量对混凝沉淀效果的影响,结果如图1所示。

图1聚合氯化铝铁投加量对浊度处理效果的影响

由图1可见,随着聚合氯化铝铁投加量的增加,浊度呈先下降后上升的趋势,当投加量为20mg/L时处理效果好,浊度为2.61NTU,浊度去除率为87.97%,而后继续增加投加量,浊度反而上升。这是因为适量的聚合氯化铝铁能够通过压缩双电层和电中和作用使水中的大部分胶体粒子脱稳,并在水力搅拌作用下聚集成絮体,经过沉淀被去除;而过量的聚合氯化铝铁则会使被电中和后的胶体粒子重新带上正电而“再稳定”,影响了粒子的碰撞接触效果,故处理效果下降。为更好地体现助凝剂的处理效果,确定助凝试验中聚合氯化铝铁的投加量为10mg/L,相应的剩余浊度为3.78NTU,浊度去除率为82.58%。

二、废纸纤维的投加量对助凝效果的影响

当原水浊度为21.8NTU,聚合氯化铝铁投加量为10mgL,废纸纤维在快速搅拌前投加,研究废纸纤维投加量对聚合氯化铝铁助凝效果的影响,结果如图2所示。

图2废纸纤维投加量对浊度处理效果的影响

由图2可见,随着废纸纤维投加量的增加,出水的浊度逐渐降低,去除率逐渐升高,当废纸纤维投加量为30mg/L时,出水浊度为1.45NTU,浊度去除率可达93.35%,相比单独使用聚合氯化铝铁处理后的出水浊度下降61.64%,浊度去除率提升10.77个百分点。而后继续增加废纸纤维投加量,出水浊度反而升高,浊度去除率有所下降。这是因为,一方面纤维状的废纸纤维能够通过吸附架桥作用使生成的微小絮体快速成长为大絮体,有利于絮体的快速沉淀分离,从而提高处理效果;另一方面,废纸纤维的主要成分为纤维素和半纤维素,其具有较大的比表面积和吸附能力,能够在一定程度上吸附脱稳后的胶体和悬浮物,提高浊度处理效果。但是,当废纸纤维的投加量过多时,其中含有较多难以沉降的细小纤维,高浓度的废纸纤维可能阻碍聚合氯化铝铁与胶体、胶体与胶体之间的碰撞接触,故而影响处理效果。因此,废纸纤维对聚合氯化铝铁处理地表水具有较好的助凝作用,在本试验条件下废纸纤维的较佳投加量为30mg/L。

三、废纸纤维投加时间点对助凝效果的影响

当原水浊度为9.43NTU,聚合氯化铝铁投加量为10mg/L,废纸纤维投加量为30mg/L,研究废纸纤维投加时机的变化对聚合氯化铝铁混凝沉淀处理效果的影响,结果如图3所示。

图3废纸纤维投加时间点对浊度处理效果的影响

由图3可见,废纸纤维的不同投加时机对助凝效果有一定影响,在快速搅拌前投加废纸纤维其助凝效果较好,出水浊度为0.79NTU,浊度去除率为91.62%;在中速搅拌前投加处理效果略有下降;慢速搅拌前投加的处理效果很差。这是因为聚合氯化铝铁与水中胶体颗粒反应迅速,脱稳的胶体在快速搅拌作用下即开始碰撞接触生成小絮体,而快速搅拌能够使加入水中的废纸纤维快速、均匀分散,并提前加入到絮体的生成过程中,可加快絮体的生长速度,增强网捕效果。反之,在慢速搅拌前投加废纸纤维,此时的絮体已经成型,加入的废纸纤维仅能起到网捕功能,其助凝作用将大打折扣。因此,在快速搅拌前加入废纸纤维有利于提高聚合氯化铝铁的混凝沉淀处理效果。

四、搅拌速度对废纸纤维助凝效果的影响

混凝过程中,水力搅拌的作用主要是为了提高混凝体系中各物质之间碰撞接触的概率,提高处理效果。由于快速搅拌的时间较短,慢速搅拌的转速较小,相比之下起到承上启下作用的中速搅拌速度更值得研究。当原水浊度为21.8NTU,聚合氯化铝铁的投加量为10mg/L,废纸纤维投加量为20mg/L时,在快速搅拌前投加废纸纤维,分别以三种中速搅拌速度进行混凝沉淀试验,研究不同搅拌速度对废纸纤维助凝效果的影响,结果如图4所示。

图4搅拌速度对浊度处理效果的影响

由图4可见,当搅拌速度为100r/min时处理效果较好,出水浊度为1.53NTU,浊度去除率为92.98%,而后随着中速搅拌速度的增加,处理效果逐渐变差。这是因为适中的搅拌速度有利于提升絮体之间的碰撞接触概率,促进絮体的生长,而过大的搅拌速度能耗较高,其产生的水力剪切作用易将已经形成的较大絮体打碎,影响絮体的网捕和沉降性能,反而导致处理效果变差。因此,本试验条件下适宜的中速搅拌速度为100r/min。

五、原水浊度对废纸纤维助凝效果的影响

当聚合氯化铝铁投加量为10mg/L,废纸纤维投加量为20mg/L,按照1.2试验方法中的步骤进行试验,研究不同浊度原水对废纸纤维助凝效果的影响,并与单独使用10mg/L聚合氯化铝铁的处理效果相比较,结果如图5所示。

图5不同浊度原水对浊度处理效果的影响

由图5可见,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,且投加废纸纤维助凝剂的效果明显好于单独使用聚合氯化铝铁的情况。这是因为低浊度水中的胶体颗粒含量少,与混凝剂和助凝剂的碰撞接触概率低,相应生成的絮体少,故处理效果较差;但当浊度较高时,又由于聚合氯化铝铁的投加量不足(仅为10mg/L),胶体颗粒脱稳不完全,因而导致处理效果下降。此外,投加废纸纤维对聚合氯化铝铁处理不同浊度的原水均具有较好的助凝作用,浊度去除率可增加5-8个百分点。因此,废纸纤维作为助凝剂与聚合氯化铝铁配合使用适于处理不同浊度的原水。

六、pH对废纸纤维助凝效果的影响

当聚合氯化铝铁投加量为10mg/L,废纸纤维投加量为20mg/L时,按照1.2试验方法中的步骤进行试验,研究不同原水pH对废纸纤维助凝效果的影响,结果如图6所示。

图6pH对浊度处理效果的影响

由图6可见,随着pH值的提高,出水浊度呈先下降后缓慢上升的趋势,浊度去除率则相反,近中性偏碱性条件下处理效果较好,特别是pH为8时,出水浊度低至1.32NTU,相应浊度去除率为89.05%。pH值的变化会对处理效果产生影响,其主要因为pH值太低会使聚合氯化铝铁的水解过程受到抵制,太高又会导致已生成的Al(OH)3和Fe(OH)3絮体部分溶解,进而减弱聚合氯化铝铁与废纸纤维相互之间的协同增效作用,影响处理效果。因此,废纸纤维与聚合氯化铝铁配合使用对近中性偏碱性的水质有更好的处理效果。

七、结论

本文以废纸纤维为助凝剂,通过混凝沉淀试验研究其对聚合氯化铝铁的助凝效果及对水质的适应性,获得以下结论:废纸纤维对聚合氯化铝铁处理地表水具有较好的助凝作用,当原水浊度为21.8NTU,聚合氯化铝铁投加量为10mg/L,废纸纤维投加量为30mg/L时,出水浊度为1.45NTU,浊度去除率可达93.35%,相比单独使用聚合氯化铝铁处理后的出水浊度下降61.64%,浊度去除率提升10.77个百分点;使用废纸纤维助凝剂时,宜在快速搅拌前投加,并采用100r/min的中速搅拌速度;废纸纤维与聚合氯化铝铁配合使用适于处理不同浊度的原水,且近中性偏碱性条件下处理效果较好。

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