高鐵酸鉀與聚合氯化鋁鐵對造紙綜合廢水的處理

郭 準

(西京學院應用統計與理學系，陜西西安，710123)

·高鐵酸鉀處理廢水·

高鐵酸鉀與聚合氯化鋁鐵對造紙綜合廢水的處理

郭 準

(西京學院應用統計與理學系，陜西西安，710123)

以初始水質pH值7.8、色度125倍、濁度950 NTU、CODCr4125 mg/L、BOD52835 mg/L、硫化物35.7 mg/L的造紙綜合廢水為處理對象，研究了聚合氯化鋁鐵(PAFC)對高鐵酸鉀處理造紙綜合廢水效果的協同增效作用。結果表明，當高鐵酸鉀濃度為10 mg/L，PAFC濃度為25 mg/L時，造紙綜合廢水的色度去除率為85.4%，濁度去除率為87.8%，CODCr去除率為89.7%，BOD5去除率為96.5%，硫化物去除率為92.6%；PAFC與高鐵酸鉀聯用，在大幅降低高鐵酸鉀使用成本的同時，可對高鐵酸鉀處理效果起到良好的增效作用。

高鐵酸鉀；聚合氯化鋁鐵；造紙；廢水處理

造紙綜合廢水主要產生于制漿廢液、中段水以及紙機白水，排放量占全國工業廢水總量的10%以上[1]，其水質因造紙工藝的不同有較大的差別，但整體上成分復雜、色度大、懸浮物濃度高，含有硫化物、氯化物、木素、殘堿等污染物，難以生化處理。目前對造紙綜合廢水最常用的處理方法是混凝法，但該方法對CODCr、BOD的去除率僅在65%左右，對硫化物的去除率更低，難以達到國家排放標準[2]。

近年來，高鐵酸鉀作為一種新型、高效、多功能的水處理劑，走入人們的視野。高鐵酸鉀最大的特點是具有很強的氧化性，可有效滅活微生物，氧化降解無機和有機污染物，去除懸浮顆粒物，而且在水處理過程中不產生任何誘變致癌的副產物，安全性很高[3]，是一種安全、環保的“綠色”水處理劑。有研究者用高鐵酸鉀分別與聚合氯化鋁、聚合硫酸鐵聯用，對造紙黑液[4]和造紙綜合廢水進行了處理[5]，取得良好的效果，但缺乏對BOD或硫化物去除效果的考察。同時由于目前高鐵酸鉀價格昂貴，在很大程度上增加了其使用成本，限制了其應用領域的進一步拓廣。

本實驗選用聚合氯化鋁鐵(PAFC)與高鐵酸鉀聯合使用，對造紙綜合廢水進行處理，探索一種既能對高鐵酸鉀起到協同增效作用，又能最大程度降低成本的方法。

1 實 驗

1.1實驗原料

造紙綜合廢水：取自陜西咸陽市某造紙廠，pH值7.8，色度125倍，濁度950 NTU，CODCr4125 mg/L，BOD52835 mg/L，硫化物35.7 mg/L。

1.2主要試劑

高鐵酸鉀：化學純，天津威一化工科技有限公司；聚合氯化鋁鐵(PAFC)：鞏義市怡清凈水材料有限公司。

1.3儀器與設備

SH-2500H便攜式濁度儀：上海海恒機電儀表有限公司；便攜式快速COD測定儀：中科譜創(北京)科技有限公司；PHS-2C精密酸度計：上海皓莊儀器有限公司。

1.4實驗方法

1.4.1廢水處理

將造紙綜合廢水在室溫下靜置24 h，取上清液置廣口瓶中密封，避光，備用。

(1)高鐵酸鉀對廢水的處理

取兩份100 mL廢水試樣分別置于燒杯中，編號1#、2#,1#試樣pH值調節至1.0，2#試樣pH值調節至4.0，分別加入適量高鐵酸鉀，充分攪拌約5 min，靜置沉降2 h，精確移取上清液，待測。

(2)PAFC對廢水的處理

取兩份100 mL廢水試樣分別置于燒杯中，編號3#、4#,3#試樣pH值調節至3.0，4#試樣pH值調節至8.0±0.5，分別加入適量PAFC，快速攪拌約2 min，靜置沉降3 h。精確移取上清液，待測。

(3)高鐵酸鉀與PAFC聯用對廢水的處理

取100 mL廢水試樣置燒杯中，pH值調節至4.0，加入適量高鐵酸鉀(10 mg/L)，充分攪拌約5 min，pH值調節至8.0±0.5，加入適量PAFC，快速攪拌約2 min，靜置沉降3 h。精確移取上清液，待測。

取100 mL廢水試樣置燒杯中，pH值調節至8.0±0.5，加入適量PAFC(25 mg/L)，快速攪拌約2 min，pH值調節至4.0，加入適量高鐵酸鉀，充分攪拌約5 min，靜置沉降3 h。精確移取上清液，待測。

1.4.2指標測定

色度測定：將試樣用蒸餾水稀釋成不同倍數，分別取50 mL置于比色管中，管底部襯以白瓷板，由上向下觀察稀釋后水樣的顏色，并與蒸餾水相比較，直至剛好看不出顏色，記錄此時的稀釋倍數，即色度值。

濁度測定：打開濁度儀，預熱30 min；調整量程為0～1000 NTU；用標準樣品對儀器進行校正；取適量試樣置于樣品瓶，將樣品瓶放入濁度儀中，蓋好遮光罩，進行測定。

CODCr測定：打開快速COD測定儀電源開關，預熱30 min，消解器升溫至165℃；分別吸取3 mL蒸餾水和3 mL稀釋后的試樣置于消解管中，加入1 mL專用氧化劑，具塞搖勻；將消解管依次插入消解爐孔內，蓋上防護罩，進行消解；取出消解管，冷卻至室溫，向每支消解管內加入適量蒸餾水，具塞搖勻，待測；分別將待測空白樣和樣品注入比色皿內，選擇標準曲線序號，依次進行測定。

BOD5測定：采用標準稀釋法，參照環境保護標準HJ 505—2009進行測定。

硫化物測定：依次配制1∶1鹽酸溶液、1%淀粉指示液、0.01 mol/L硫代硫酸鈉溶液、0.01 mol/L碘標準溶液；取10 mL試樣置錐形瓶中，加入10 mL碘標準溶液，再加入5 mL鹽酸溶液，密塞混勻，置暗處10 min，用硫代硫酸鈉標準溶液滴定至溶液呈淡黃色時，加入3滴淀粉指示液，繼續滴定至藍色剛好消失；用去離子水做空白實驗，計算硫化物含量。

2 結果與討論

2.1高鐵酸鉀對造紙綜合廢水的處理效果

圖1為pH值對高鐵酸鉀處理效果的影響。從圖1可以看出，當pH值為4時，高鐵酸鉀對各項指標的去除率達到最高，pH值低于或高于4時，各項指標的去除率則降低。主要是因為高鐵酸鉀的氧化還原電位和穩定性受pH值影響較大，其氧化還原電位在酸性條件下雖然可達2.20V，但穩定性較差，在堿性條件下，其穩定性雖較好，但氧化還原電位僅為0.72 V。

圖1 pH值對高鐵酸鉀處理效果的影響

圖2 高鐵酸鉀濃度對處理效果的影響

圖2為高鐵酸鉀濃度對處理效果的影響。從圖2可以看出，各項指標的去除率隨高鐵酸鉀濃度的增加逐漸提高。當其濃度為30 mg/L時，色度去除率為65.3%，濁度去除率為83.1%，CODCr去除率為86.6%，BOD5去除率為93.1%，硫化物去除率為 90.2%。

2.2PAFC對造紙綜合廢水的處理效果

圖3為pH值對PAFC處理效果的影響。從圖3可看出，pH值在7～9之間時，PAFC具有較好的絮凝效果。在酸性條件下PAFC的絮凝效果較差，隨著pH值的升高，絮凝效果逐漸改善，當pH值升高至9以后，絮凝效果逐漸變差。這是因為PAFC中的鐵和鋁在酸性條件下會以Al3+和Fe3+形式存在，無絮凝效應，隨著堿性的增強，PAFC逐漸在溶液中形成具有絮凝效應的絡合物，隨著堿性進一步增強，鐵和鋁逐漸形成沉淀而減弱絮凝效果[6]。

圖3 pH值對PAFC處理效果的影響

圖4為PAFC濃度對處理效果的影響。從圖4可看出，隨著PAFC濃度的增加，去除率不斷增加。當PAFC濃度達350 mg/L時，對造紙綜合廢水的色度去除率為89.2%，濁度去除率為93.1%，CODCr去除率為67.6%，BOD5去除率為62.5%，硫化物去除率為 46.5%。

圖4 PAFC濃度對其處理效果

圖5 高鐵酸鉀-PAFC聯用對造紙綜合廢水的處理效果

2.3高鐵酸鉀-PAFC聯用對造紙綜合廢水的處理效果

本實驗選擇兩種加入順序，一種是高鐵酸鉀濃度為10 mg/L時，加入PAFC，另一種是PAFC濃度為25 mg/L時，加入高鐵酸鉀，考察不同投加方式下造紙綜合廢水的處理效果(見圖5)。

從圖5(a)可看出，先用高鐵酸鉀對廢水進行處理，然后再加入PAFC，在高鐵酸鉀濃度為10 mg/L，PAFC濃度達到25 mg/L時，可起到良好的處理效果。色度去除率為85.4%，濁度去除率為87.8%，CODCr去除率為89.7%，BOD5去除率為96.5%，硫化物去除率為92.6%。

從圖5(b)可看出，先用PAFC對廢水進行處理，然后再加入高鐵酸鉀，處理效果不理想，當PAFC濃度為25 mg/L，高鐵酸鉀濃度為15 mg/L時，色度去除率為78.2%，濁度去除率為82.3%，CODCr去除率為86.3%，BOD5去除率為88.2%，硫化物去除率為 83.5%。各項指標的去除率均有所下降，尤其是BOD和硫化物兩項指標的去除率下降較多，主要是由于PAFC水解形成的膠體對廢水中的各種細小顆粒產生包裹效應，在一定程度上阻隔了高鐵酸鉀的氧化作用。

2.4高鐵酸鉀-PAFC聯用機理探討

PAFC是由鋁鹽和鐵鹽復合共聚而形成的一種新型高效無機高分子混凝劑，集中了鋁鹽和鐵鹽的優點，顯著改善了Al3+和Fe3+的形態，具有很高的聚合度。該混凝劑水解速度快、水合作用弱，在堿性條件下快速生成金屬氫氧化物，并導致“卷掃”絮凝，同時Al3+和Fe3+互補增效，形成雙重絮凝作用，使絮體很快沉淀。其處理效果優于明礬、聚合氯化鋁、聚合硫酸鐵等混凝劑，并且用藥量少，處理量大，比其他混凝劑節約10%～20%費用[10]。

高鐵酸鉀-PAFC聯用既可充分發揮各自的優點，又能形成優勢互補、協同增效的作用，從實驗數據可以看出，PAFC的引入可提高高鐵酸鉀對色度的去除率，而高鐵酸鉀則可提高PAFC對COD 、BOD、硫化物的去除率。

3 結 論

本實驗采用高鐵酸鉀與價格低廉的聚合氯化鋁鐵(PAFC)聯用的方法，對造紙綜合廢水進行了處理，目的在于尋求一種既能對高鐵酸鉀處理廢水起到增效作用，又可降低其使用成本，進而拓寬其應用范圍的方法。

實驗結果表明，高鐵酸鉀與PAFC聯用，對造紙綜合廢水的處理效果優于高鐵酸鉀單獨使用的效果；先用高鐵酸鉀進行處理，再加入PAFC的處理效果優于先用PAFC處理，再加入高鐵酸鉀的處理效果；當高鐵酸鉀濃度為10 mg/L，PAFC濃度達到25 mg/L時，對造紙綜合廢水色度去除率為85.4%，濁度去除率為87.8%，CODCr去除率為89.7%，BOD5去除率為96.5%，硫化物去除率為 92.6%。

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(責任編輯：董鳳霞)

TreatmentofPapermakingWastewaterwithPotassiumFerrateandPolyaluminiumFerricChloride

GUO Zhun

(DepartmentofAppliedStatisticsandScience,XijingUniversity,Xi’an,ShaanxiProvince, 710123)

(E-mail: 810890465@qq.com)

The synergisc treatment of papermaking wastewater by using PAFC and potassium ferrate was studied, the initial quality conditions of the wastewater were as follows: pH 7.8, chroma 125, turbidity 950 NTU, CODCr4125 mg/L, BOD52835 mg/L, sulphide 35.7 mg/L. The result showed that the removal rates of chroma, turbidity, CODCr, BOD5, sulfide were 85.4%, 87.8%, 89.7%, 96.5%, 92.6% when the concentrations of the potassium ferrate and PAFC were 10 mg/L and 25 mg/L, respectively. The using cost of potassium ferrate could be greatly reduced and its treatment effect could be enhanced by PAFC.

potassium ferrate; polyaluminium ferric chloride; papermaking; wastewater treatmet

郭 準先生，講師。現從事基礎化學教學與研究工作。

TS79

A

10.11980/j.issn.0254- 508X.2017.09.006

2017- 06- 19(修改稿)