用混凝及污泥回流處理二沉池出水的研究

張海洋龐金釗楊宗政張鳳山孫亞軍毛定坤

(1.天津科技大學,天津,300457;2.華泰集團,山東東營,257335)

·混凝及污泥回流·

用混凝及污泥回流處理二沉池出水的研究

張海洋1龐金釗1楊宗政1張鳳山2孫亞軍2毛定坤1

(1.天津科技大學,天津,300457;2.華泰集團,山東東營,257335)

選擇液體用聚合氯化鋁(PAC)作為混凝劑,對二沉池出水進行了混凝及污泥回流實驗,考察了pH值、PAC用量、污泥回流量等因素對處理效果的影響。結果表明,當廢水pH值為6.5～8.2、PAC用量3 mL/L、污泥回流率40%～60%時,處理效果明顯優于傳統混凝方式,CODCr由400 mg/L降至100 mg/L左右。

二沉池出水;聚合氯化鋁;CODCr;混凝污泥回流

(＊E-mail:zhanghaiyang100@126.com)

Abstract:The effluent for m secondary sed imentation pool in papermill'swaste water treatment system was further treated by coagulation using PAC as flocculant and returning part of the sludge back to the system.The influences of pH value ofwastewater,the adding amount of flocculent and return sludge flow were investigated.The results showed that the appropriate pH value is from 6.5 to 8.2,the adding amount of PAC is 3 mL/L,and the appropriate return sludge is from 40%to 60%.The effectof treatment ismore significant than the traditional coagulation.The concentration of CODCrfalls from 400 mg/L to 100mg/L after the treatment.

Key words:effluent from secondary sedimentation pool;PAC;CODCr;coagulation sludge return

制漿造紙工業廢水排放量大,廢水中含有大量的纖維素、木素和各種化學藥品,耗氧量大,是環境的主要污染源之一[1]。目前,蒸煮黑液堿回收技術、紙機白水的纖維回收技術均已比較成熟[2],中段廢水的污染治理成為人們共同關心的問題,國內外造紙廢水的治理技術多以絮凝沉降和生物處理為主,此外,還有超濾、電解、光催化氧化、冷凍結晶、超聲空化法等。后幾種處理技術大多處于實驗研究階段,而生化法對造紙廢水中木素的處理效率很低。絮凝沉降法由于投資少、設備簡單、停留時間短等特點,應用較廣泛[3]。但單獨使用混凝法不能除去溶解在廢水中的有機物,所以混凝法常與生物法或化學法一起使用。鄒東雷等[4]選用硫酸鋁、聚丙烯酰胺(PAM)分別作為混凝劑和助凝劑聯合處理造紙廠綜合廢水,處理后出水無色透明,BOD5/CODCr值由0.21增加到0.64,可生化性大大增加。

對混凝法的研究主要集中在各種混凝劑的工藝條件、處理效果、經濟價值及開發新品種等方面。近幾年研究較多的混凝劑有殼聚糖、改性粉煤灰、陽離子型高分子絮凝劑[P(DMC-AM)]、固體復合混凝劑、聚硅硫酸鋁、Z W130混凝劑、淀粉陽離子改性絮凝劑、聚合硫酸硅酸鐵、聚合氧化鋁-有機高分子混凝劑、聚鐵聚丙烯酰胺、鋁鎂復合混凝劑、聚合氯化硫酸鹽、含硼聚硅酸氯化鐵和陽離子絮凝劑PDA等[5]。

聚合氯化鋁(PAC),又名堿式氯化鋁,其化學式一般表示為[Al2(OH)nCl6-n]m,是新一代無機高分子混凝劑。與常規的鋁鹽、鐵鹽混凝劑相比,它的用量更低,混凝效果更好,適用范圍更廣,沉渣量更小[6]。常規混凝沉淀法是在加入混凝劑后,進行固液分離達到去除污染物的目的,往往在污泥中還有混凝劑,從而造成了混凝劑的浪費。本實驗采用混凝沉淀產生的污泥進行回流,可在較大程度上降低混凝劑的用量,提高了混凝處理對污染物的去除效率,為后續二沉池出水的深度處理降低了負荷。

1 實 驗

1.1 儀器及藥劑

DBJ-623六聯電動攪拌器;PHS-25酸度計; GDS23B光電式渾濁度儀;AB204-E電子分析天平; 722光柵分光光度計。

聚合氯化鋁(PAC),自制,液體,鋁含量10%(以Al2O3計);陰離子型聚丙烯酰胺(APAM),日本三菱公司生產。

1.2 廢水水質

所用廢水為某造紙廠中段廢水處理的二沉池出水,其中CODCr380～430 mg/L;色度380～450倍; pH值6.5～8.2。

1.3 測定方法

CODCr的測定采用標準重鉻酸鉀法,濁度、色度的測定采用分光光度法。

2 實驗方案的確定

2.1 常規混凝實驗方案

常規混凝實驗流程如圖1所示。

圖1 常規混凝實驗流程

2.2 混凝污泥回流實驗方案(以下簡稱R法)混凝污泥回流實驗流程如圖2所示。

圖2 混凝污泥回流實驗流程

由實驗流程可以看出,R法混凝與常規混凝的主要區別在于有效利用了混凝污泥中過量的PAC與 APAM。在第一階段,加入回流的混凝污泥,利用其中一部分過量的有效成分與絮凝體兩者的網捕作用,分離部分污染物,達到“廢物”的再利用,起到預處理的作用。第二階段,PAC在反應過程中形成Al[(H2O)6]3+、[Al(OH)(H2O)5]2+、[Al(OH)2(H2O)4]+、[Al6(OH)15]3+以及[Al6(OH)14]4+等各種帶正電的羥基絡合離子[7],有較強的電中和作用;此外,PAC的晶形像是四面八方延伸的水草,枝杈多且分布密集[3]。因此,有很強的架橋作用,容易與中段廢水中的纖維、木素等污染物形成較大的絮凝體而沉降下來。

由此可見,混凝污泥回流是在僅增加少量動力消耗的基礎上進行了2次混凝,提高了混凝劑的利用率。

3 結果與討論

3.1 pH值對絮凝效果的影響

PAC用量為3 mL/L,APAM用量為0.002 mL/L。調節廢水pH值,進行pH值的影響實驗,結果見圖3。

圖3 廢水pH值對絮凝效果的影響

由圖3看出,廢水pH值對絮凝效果有較大的影響。隨著pH值的增加,CODCr、色度、濁度的去除率都先增加后降低;當pH值為7.3～8.4時,處理效果較好。這是因為在此條件下,PAC的水解產物為各種帶正電的羥基絡合離子,它們可發揮良好的電中和凝聚作用;同時,PAC的部分聚合物可水解生成電荷較低的絮狀Al(OH)3沉淀物,起吸附架橋和卷掃網捕作用。而當pH值大于8.4時,PAC的水解產物大多以溶解態的Al(OH)-4存在,因此,對造紙中段廢水處理廠二沉池出水中負電膠體的去除效果較差?？紤]到廢水pH值為7.0～8.5,所以在工程應用上可不調廢水pH值,既節省了藥劑,又簡化了操作。

3.2 PAC的用量對絮凝效果的影響

不調廢水的pH值,調節PAC的用量,其結果見圖4。

圖4 常規混凝處理中PAC用量與CODCr去除率的關系

由圖4可知,在常規絮凝過程中,隨著PAC用量的增加,CODCr去除率逐漸增大。當PAC用量為4 mL/L時,CODCr去除率大約可達到70%,效果較好。這是因為PAC投入水中后,立即在水中形成聚合陽離子,同時水中也形成了各種帶不同正電荷的高聚羥鋁配離子。廢水中污染物的膠粒表面直接吸附了帶相反電荷的聚合陽離子或高分子物質后,表面電位降低。同時,當投加的PAC高分子鏈一端吸附了廢水中的某一膠粒后,另一端又可吸附另一膠粒,形成“膠粒-PAC高分子-膠?！钡男跄w,使膠粒與膠粒之間橋聯為絮團。但繼續增加PAC用量,CODCr去除率增加緩慢,甚至當PAC用量過大時,CODCr去除率反而有所下降。

為了說明R法混凝的優越性,對R法混凝和常規混凝進行對比實驗,R法混凝污泥回流量為15%,結果見圖5。

圖5 R法混凝與常規混凝的對比實驗

由圖5可以看到,當PAC用量在4 mL/L以內時,R法混凝效果明顯高于常規絮凝。PAC用量在1 mL/L時,R法混凝比常規絮凝法多去除了50 mg/L 的CODCr,去除率提高了約12%;采用R法混凝處理水樣,當PAC用量在3 mL/L時,去除率提高了約10%,略高于常規絮凝法PAC用量在4 mL/L時的效果。隨著PAC用量的增加,無論常規混凝,還是R法混凝對CODCr的去除都沒有太大作用,當PAC用量大于4 mL/L時,去除率基本保持不變。這主要是因為絮凝只能去除廢水中懸浮態的CODCr,對溶解態的CODCr去除率極低;此時,廢水中CODCr多以溶解態存在,再加入絮凝劑作用不大。當PAC用量≥6 mL/L時,CODCr的去除效果呈下降趨勢,這可能是因為PAC加入太多,使膠粒表面被高分子包裹起來,膠粒之間相互接近時,反而受到高分子的空間阻礙不能聚集,失去了架橋作用[8],形成了“再穩”現象。

3.3 混凝沉淀污泥回流量對CODCr去除率的影響

不調廢水的pH值,將PAC的用量控制在3 mL/L,進行污泥回流量對CODCr去除效果的影響實驗,其結果見圖6。

圖6 混凝沉淀污泥回流量對CODCr、色度、濁度去除效果的影響

由圖6可以看出,在PAC用量為3 mL/L時,隨著污泥回流量的增加,CODCr、色度、濁度的去除率均呈上升趨勢。當回流量過大時處理效果提高不明顯。

為了更好地分析污泥回流量對實驗效果的影響,繪制混凝沉淀污泥回流量對CODCr的影響曲線,如圖7所示。

圖7 混凝沉淀污泥回流量對CODCr的影響

由圖7可以看出,隨著混凝污泥回流量的增加,廢水中CODCr呈現下降趨勢。當污泥回流量為20% 時,CODCr由原來的160 mg/L降低到130 mg/L;當污泥回流量為40%時,CODCr降為100 mg/L左右;當回流量為60%時,CODCr降為97 mg/L左右;繼續加大回流量時,CODCr的降幅不十分顯著;當回流量為100%時,CODCr最低降到93 mg/L左右。

4 經濟效益分析

將二沉池出水的CODCr降低至120 mg/L,常規絮凝和R法混凝的實驗室小試過程中的單位成本核算見表1和表2。

表1 常規絮凝成本核算

表2 R法混凝成本核算

由表1和表2的成本核算可以看出,當出水CODCr同為120 mg/L時,每噸廢水處理成本上R法混凝比常規絮凝方法少用了1.2 L的PAC。預計在工程應用上僅增加由污泥回流所帶來的動力消耗約0.1 元/t水;新增管道費需根據工程實際具體計算,暫不計入費用。從實驗室小試結果初步分析,R法混凝與常規混凝法相比可以節省0.35元/t。

5 結 論

5.1 造紙中段廢水處理廠二沉池出水,利用PAC和

APAM兩種化學試劑進行混凝處理時,應用混凝沉淀污泥回流,能在同種絮凝藥劑相同用量的條件下,提高處理效果;根據小試結果估算,在處理過程中,當出水CODCr同為120 mg/L時,每噸廢水可節約1.2 L的液體PAC,噸水處理費用大約可節約0.35元,具有一定的推廣意義。

5.2 在PAC用量為3 mL/L,污泥回流量為40%～60%的條件下,二沉池出水CODCr從400 mg/L降至100 mg/L。

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(責任編輯:馬 忻)

Treatment of Effluent from Secondary Sed imentation Pool by Coagulation and Sludge Return ingM ethod

ZHANG Hai-yang1,＊PANG Jin-zhao1YANG Zong-zheng1ZHANG Feng-shan2SUN Ya-jun2MAO Ding-kun1

(1.Tianjin University of Science&Technology,Tianjin,300457;2.Huatai Group,Dongying,Shandong Province,257335)

張海洋先生,在讀碩士研究生;主要研究方向:難降解工業廢水處理。

X793

A

0254-508X(2010)02-0035-04

2009-07-06(修改稿)

項目來源:國家科技支撐計劃課題(編號2006BAD32B07)。