交流變頻磁化聚合硫酸鐵混凝處理造紙廢水

顧時(shí)國(guó)，延克軍，甄樹(shù)聰，吳佳歡

（1. 內(nèi)蒙古科技大學(xué) 能源與環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014010；2. 鹽城工學(xué)院 土木工程學(xué)院，江蘇 鹽城 224051）

交流變頻磁化聚合硫酸鐵混凝處理造紙廢水

顧時(shí)國(guó)1，延克軍1，甄樹(shù)聰2，吳佳歡2

（1. 內(nèi)蒙古科技大學(xué) 能源與環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014010；2. 鹽城工學(xué)院 土木工程學(xué)院，江蘇 鹽城 224051）

采用交流變頻磁場(chǎng)預(yù)處理聚合硫酸鐵（PFS），用于混凝處理造紙廢水。考察了有無(wú)磁化作用、PFS加入量、磁化強(qiáng)度、磁化頻率、磁化時(shí)間等因素對(duì)造紙廢水的COD去除率和色度去除率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：磁化PFS對(duì)造紙廢水的處理效果較未磁化時(shí)明顯提高；在PFS加入量為1 000 mg/L、磁化強(qiáng)度為6 mT、磁化頻率為90 Hz、磁化時(shí)間為3 min的條件下，處理初始COD為650 mg/L、初始色度為180倍的造紙廢水，COD去除率為93.22%，色度去除率為88.89%。

造紙廢水；聚合硫酸鐵；交流變頻磁場(chǎng)；磁化；混凝

隨著紙制品用量的逐年增長(zhǎng)，造紙行業(yè)的廢水排放量也逐年增加，造紙行業(yè)對(duì)環(huán)境的影響日趨嚴(yán)重［1］。隨著環(huán)境法規(guī)的進(jìn)一步嚴(yán)格及環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，對(duì)造紙廢水進(jìn)行治理成為造紙企業(yè)的當(dāng)務(wù)之急［2］。采用常規(guī)混凝法處理后的造紙廢水已無(wú)法達(dá)到現(xiàn)有水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求［3-4］。近年來(lái)，磁場(chǎng)在水處理中的應(yīng)用一直是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，磁性不受水的影響，但可以影響污染物和混凝劑的物理化學(xué)性質(zhì)［5-9］。Mohammed［10］采用磁場(chǎng)處理棕櫚油廠的污水時(shí)發(fā)現(xiàn)，污水經(jīng)磁化處理后能有效去除色度、TSS和COD。Alimi等［11-12］研究磁場(chǎng)對(duì)碳酸鈣沉淀的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)磁化處理后，水垢不易在容器壁上形成，收集到的碳酸鈣沉淀總量增加。

本工作采用經(jīng)交流變頻磁化預(yù)處理后的聚合硫酸鐵（PFS）溶液對(duì)造紙廢水進(jìn)行混凝處理，考察了有無(wú)磁化作用、PFS加入量、磁化強(qiáng)度、磁化頻率、磁化時(shí)間等因素對(duì)COD去除率和色度去除率的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑、材料和儀器

PFS：分析純。

造紙廢水：取自鹽城某造紙廢水處理廠的三級(jí)混凝沉淀池，COD=650 mg/L，UV254=1.124，色度180倍，pH=6.5。

MY3000-6型智能混凝試驗(yàn)攪拌儀：潛江梅宇儀器有限公司；YTN-11010變頻穩(wěn)壓電源：青島翊泰儀器儀表有限公司。

利用變頻穩(wěn)壓電源為可調(diào)電源，連接電磁線圈，組成可調(diào)節(jié)的交流變頻磁化裝置。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

混凝劑PFS中含有對(duì)磁場(chǎng)極為敏感的鐵磁性物質(zhì)。磁場(chǎng)具有改變體系中物質(zhì)內(nèi)能的特性，從而可以進(jìn)一步改變物質(zhì)的物理性質(zhì)，影響其混凝效果［13-14］。

將一定量的PFS溶液置于交流變頻磁化裝置中，進(jìn)行磁化預(yù)處理。將經(jīng)交流變頻磁化預(yù)處理后的PFS溶液加入1 000 mL造紙廢水中，先以300 r/min的轉(zhuǎn)速快速攪拌30 s，再以100 r/min的轉(zhuǎn)速慢速攪拌15 min。攪拌結(jié)束后靜置30 min，取上清液進(jìn)行分析。

1.3 分析方法

按照GB 11914—1989《水質(zhì) 化學(xué)需氧量的測(cè)定 重鉻酸鹽法》測(cè)定廢水COD［15］，計(jì)算COD去除率。按照GB 11903—1989《水質(zhì) 色度的測(cè)定》測(cè)定廢水的色度［16］，計(jì)算色度去除率。

2 結(jié)果與討論

2.1 有無(wú)磁化PFS對(duì)廢水處理效果的影響

在PFS加入量為1 000 mg/L、磁化強(qiáng)度為6 mT、磁化頻率為90 Hz、磁化時(shí)間為3 min的條件下，有無(wú)磁化PFS對(duì)廢水處理效果的影響見(jiàn)圖1。由圖1可見(jiàn)：磁化PFS對(duì)廢水的COD去除率和色度去除率均高于未磁化時(shí)；PFS磁化后廢水的COD降至44 mg/L，COD去除率為93.22%，色度去除率為88.89%；磁化后PFS的COD去除率和色度去除率分別較未磁化時(shí)提高了2.42百分點(diǎn)和6.67百分點(diǎn)。原因是通過(guò)交流變頻磁場(chǎng)對(duì)PFS溶液進(jìn)行磁化，增加了鐵鹽水解產(chǎn)物中多核聚合物（Feb）的比例［16］。Feb為絮凝過(guò)程中的有效成分［17-18］，F(xiàn)eb的增加有利于PFS混凝性能的提高。同時(shí)，由于交流變頻磁場(chǎng)做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，使磁場(chǎng)場(chǎng)能轉(zhuǎn)變?yōu)镻FS粒子的內(nèi)能，為水解反應(yīng)提供了能量，促進(jìn)了PFS粒子與廢水中的活性基團(tuán)和膠體顆粒及部分溶解性物質(zhì)進(jìn)行絡(luò)合和螯合反應(yīng)，生成更多的多核羥基絡(luò)合物，使聚沉效果提高。

圖1 有無(wú)磁化PFS對(duì)廢水處理效果的影響

2.2 PFS加入量對(duì)廢水處理效果的影響

在磁化強(qiáng)度為6 mT、磁化頻率為90 Hz、磁化時(shí)間為3 min的條件下，PFS加入量對(duì)廢水處理效果的影響見(jiàn)圖2。由圖2可見(jiàn)：當(dāng)PFS加入量小于1 000 mg/L時(shí)，隨PFS加入量的增加，COD去除率和色度去除率均逐漸增加；當(dāng)PFS加入量大于1 000 mg/L時(shí)，廢水處理效果降低。因此，選擇PFS加入量為1 000 mg/L較適宜。

圖2 PFS加入量對(duì)廢水處理效果的影響

2.3 磁化強(qiáng)度對(duì)廢水處理效果的影響

在PFS加入量為1 000 mg/L、磁化頻率為90 Hz、磁化時(shí)間為3 min的條件下，磁化強(qiáng)度對(duì)廢水處理效果的影響見(jiàn)圖3。由圖3可見(jiàn)：隨磁化強(qiáng)度的增加，COD去除率和色度去除率先增大后減小；當(dāng)磁化強(qiáng)度為6 mT時(shí)，COD去除率和色度去除率均達(dá)到最大；繼續(xù)增加磁化強(qiáng)度，COD去除率和色度去除率呈下降趨勢(shì)。因此，選擇磁化強(qiáng)度為6 mT較適宜。

圖3 磁化強(qiáng)度對(duì)廢水處理效果的影響

2.4 磁化頻率對(duì)廢水處理效果的影響

在PFS加入量為1 000 mg/L、磁化強(qiáng)度為6 mT、磁化時(shí)間為3 min的條件下，磁化頻率對(duì)廢水處理效果的影響見(jiàn)圖4。由圖4可見(jiàn)：隨磁化頻率的增加，COD去除率和色度去除率先增大后減小；當(dāng)磁化頻率為90 Hz時(shí)，COD去除率和色度去除率均達(dá)到最大。因此，選擇磁化頻率為90 Hz較適宜。

圖4 磁化頻率對(duì)廢水處理效果的影響

2.5 磁化時(shí)間對(duì)廢水處理效果的影響

在PFS加入量為1 000 mg/L、磁化強(qiáng)度為6 mT、磁化頻率為90 Hz的條件下，磁化時(shí)間對(duì)廢水處理效果的影響見(jiàn)圖5。

圖5 磁化時(shí)間對(duì)廢水處理效果的影響

由圖5可見(jiàn)：當(dāng)磁化時(shí)間為3 min時(shí)，COD去除率和色度去除率均達(dá)到最大；繼續(xù)延長(zhǎng)磁化時(shí)間，COD去除率和色度去除率呈逐漸降低的趨勢(shì)。因此，選擇磁化時(shí)間為3 min較適宜。

3 結(jié)論

a）在同等條件下，PFS溶液經(jīng)磁化后再混凝處理造紙廢水的COD和色度的去除效果明顯優(yōu)于未磁化時(shí)的廢水處理效果。

b）交流變頻磁化預(yù)處理PFS的最佳條件為：PFS加入量1 000 mg/L，磁化強(qiáng)度6 mT，磁化頻率90 Hz，磁化時(shí)間3 min。在最佳條件下混凝處理初始COD為650 mg/L、初始色度為180倍的造紙廢水，COD去除率為93.22%，色度去除率為88.89%。

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（編輯 王 馨）

Treatment of Papermaking Wastewater by Coagulation with Polymetric Ferric Sulfate Magnetized in Alternating Magnetic Field

Gu Shiguo1，Yan Kejun1，Zhen Shucong2，Wu Jiahuan2
（1. School of Environment and Energy，Inner Mongolia University of Science and Technology，Baotou Inner Mongolia 014010，China；2. Department of Civil Engineering，Yancheng Institute of Technology，Yancheng Jiangsu 224051，China）

Polymetric ferric sulfate （PFS） was pretreatment in alternating magnetic f eld and was used for coagulation of papermaking wastewater. The factors affecting the removal rates of COD and chroma of the papermaking wastewater were studied. The experimental results show that：The effect of magnetized PFS on treatment of the papermaking wastewater is greatly increased than that of un-magnetized PFS；Under the conditions of PFS dosage 1 000 mg/L，magnetization 6 mT，magnetization frequency 90 Hz and magnetization time 3 min，the papermaking wastewater with 650 mg/L of COD and 180 times of chroma is treated，and the removal rates of COD and chroma are 93.22% and 88.89% respectively.

papermaking wastewater；polymetric ferric sulfate；alternating magnetic f eld；coagulation；magnetization

X703.1

A

1006-1878（2015）06-0571-04

2015 - 07 - 26；

2015 - 09 - 15。

顧時(shí)國(guó)（1990—），男，安徽省馬鞍山市人，碩士生，電話 18252206002，電郵 ychgushiguo@163.com。聯(lián)系人：延克軍，電話 18751421871，電郵 btyankejun@163.com。

水利部“948”計(jì)劃項(xiàng)目（201305）。