聚合硫酸铁对麦草浆造纸废水预处理的效果研究

2019-09-04宋晓乔刘罡宋少花华珊任天龙李娜

应用化工 2019年8期

宋晓乔,刘罡,宋少花,华珊,任天龙,李娜

(1.西安建筑科技大学华清学院,陕西西安 710043；2.陕西海蓝环保科技有限公司,陕西西安 710043； 3.西安创业水务有限公司,陕西西安 710086；4.海南医学院,海南海口 571199)

美国将造纸废水列为六大公害之一[1],麦草浆造纸废水具有高色度、高CODCr、含纤维素等多种杂质等特点[1-2]。具有典型代表性的河南一林造纸厂麦草制浆造纸废水处理厂采用生化+物化法处理效果不好,由于麦草浆造纸废水可生化性普遍较差[3-4],生化工艺未能较好地发挥其作用。混凝法是废水处理中常用的方法[5],本文研究了聚合硫酸铁混凝法对麦草浆造纸废水进行预处理的效果,主要优化的影响因素有：混凝剂用量、pH值、混凝搅拌强度、助凝剂种类和助凝剂的用量,确定了各个混凝法中最佳的pH值、转速和助凝剂的种类与用量。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

造纸废水,取自河南一林造纸厂麦草浆造纸废水处理站曝气池中,水样色度偏深,有恶臭味,含杂质多,水质见表1；聚合硫酸铁(PFS)、阳离子型聚丙烯酰胺(CPAM)、阴离子型聚丙烯酰胺(APAM)、非离子型聚丙烯酰胺(NPAM)、盐酸、硫酸、NaOH、重铬酸钾、试亚铁灵指示剂、硫酸亚铁铵、硫酸银均为分析纯。

表1 麦草浆造纸废水的各项指标Table 1 Indexes of wheat straw pulp papermaking wastewater

CODCr测试装置；梅宇MY3000-6智能混凝试验搅拌仪；UV-2000分光光度计；AB104-N电子天平。

1.2 实验方法

500 mL烧杯中,加入100 mL麦草浆造纸废水,用NaOH(浓度为10%)和稀盐酸(浓度为10%)调节pH到7.00。加入PFS溶液(浓度10%)2 mL(2 g/L),室温下,在梅宇MY3000-6智能混凝试验搅拌仪中进行混凝反应,以300 r/min搅拌1 min,调至100 r/min,搅拌10 min,沉降15 min。取上清液,分别测定吸光度、色度和CODCr值,计算其去除率。

1.3 分析方法

CODCr以重铬酸盐法测定；采用分光光度法测麦草浆造纸废水在410 nm波长下的吸光度[2],确定其脱色率；色度以稀释倍数法方法测定。

2 结果与讨论

2.1 PFS用量的影响

PFS用量对混凝效果的影响见图1。

图1 PFS用量对混凝效果的影响Fig.1 Effect on coagulation with PFS dosage

由图1可知,随着PFS用量的增加,脱色率和CODCr去除率先增加再减小,脱色率和CODCr去除率分别在PFS用量为2 mL (2 g/L)时最佳,脱色率达到82.1%,CODCr去除率达到79.3%。

主要是因为Fe盐的混凝以压缩双电层和吸附架桥作用,使得悬浮颗粒能够带上相反电荷,从而可以重新稳定所致；当达到最佳投药量后,继续加大投加量时,出现去除率不增加反而下降,这是由于PFS在水中形成了Fe(OH)2和Fe(OH)3两种物质,当它们吸附水中的胶体粒子和细小颗粒已经达到饱和时,多余的Fe(OH)2和Fe(OH)3凝聚作用就逐渐变差,使得水中形成的沉淀无法稳定[6],从而导致出水CODCr偏高。因此,确定PFS最佳用量为2 g/L。

2.2 pH值的影响

pH值对混凝效果影响见图2。

由图2可知,随着水样pH值增加,处理效果先减小后变大再减小,最后趋于动态平稳。脱色率和CODCr去除率的曲线大致相似,水样pH值为6.0时,PFS混凝法处理废水效果最佳,在最佳pH值范围内,Fe3+会水解生成单核及多核的羟基络合离子,其具有电中和能力,能吸附胶体微粒,同时可以利用其压缩双电层机理使得微粒脱稳；PFS具有高分子结构,在混凝过程中吸附架桥作用亦很强,因此PFS混凝法的效果较好[7],其CODCr去除率可达到80.8%。因此,确定PFS混凝法的最佳pH为6.0。

图2 pH值对混凝效果影响Fig.2 Effect on coagulation with pH

2.3 混凝转速的影响

pH调节到6.0,转速对PFS混凝效果影响见图3。

图3 转速对PFS混凝效果影响Fig.3 Effect on PFS coagulation with speeds

由图3可知,转速增大时,处理效果先增加后减小,PFS混凝转速为90 r/min时,脱色率和去除CODCr率效果最佳,转速100 r/min时,CODCr去除率下降,脱色率的曲线大致相同。一般情况下,当转速过低时,反应不充分；当转速过高时,会使得絮体碎裂,导致混凝形成的矾花沉降速度慢,处理的效果差。因此,确定PFS混凝的最佳转速为90 r/min。

2.4 PAM(助凝剂)种类的影响

在上述最佳条件下,3组水样分别投加1 mL的APAM、CPAM、NPAM(3种助凝剂浓度均为0.5%),300 r/min快速搅拌1 min,90 r/min慢速搅拌10 min,静止沉降15 min,结果见表2。

表2 助凝剂种类对PFS混凝的影响Table 2 Effect of coagulant types on PFS coagulation

由表2可知,NPAM(助凝剂)的脱色率和CODCr去除的效果最佳,且只有NPAM混凝达到色度要求。因此,确定PFS混凝实验选用非离子型助凝剂NPAM。

2.5 PAM用量的影响

在上述最佳条件下,浓度0.5%的NPAM用量对混凝效果的影响见图4。

图4 NPAM用量对混凝效果的影响Fig.4 Effect on PFS coagulation with NPAM dosage

由图4可知,随着PFS混凝的助凝剂用量增加,脱色率和CODCr去除率曲线大致相同。其先减小后增加,然后再减小,最后小幅增加。处理后色度都达到要求,当PAM用量为2 mL(0.1 mg/L)时CODCr去除率最佳,达到85%,此时脱色率为93%。因此,确定PFS混凝时最佳助凝剂NPAM用量为0.1 g/L。