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文檔簡(jiǎn)介

1、聚合氯化鋁絮凝劑性能    摘要:印染廢水具有水量大、有機(jī)污染物濃度高、色度深、堿性大、水質(zhì)變化大、成分復(fù)雜等特點(diǎn),屬較難處理的工業(yè)廢水之一。本文以××市××印染廠廢水為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,采用無(wú)機(jī)高分子絮凝劑聚合氯化鋁(PAC)對(duì)其進(jìn)行混凝實(shí)驗(yàn),優(yōu)化了PAC的絮凝條件。結(jié)果表明,當(dāng)PAC的加入量為500mg/L、溶液pH值為8、攪拌強(qiáng)度為150r/min、攪拌時(shí)間為10min、沉降時(shí)間為20min時(shí),對(duì)印染廢水的絮凝效果達(dá)到CODCr去除率為72.63%、濁度去除率為87.14%,達(dá)到國(guó)家二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)比同等條件下,單分

2、子鋁絮凝劑(AS)對(duì)該水樣CODCr去除率為50.34%、濁度去除率為65.91%的絮凝效果,PAC的絮凝性能明顯優(yōu)于單分子鋁。通過(guò)PAC處理不同廢水、不同絮凝劑處理印染廢水的橫、縱向比較,本文進(jìn)一步探討了PAC的絮凝性能。 關(guān)鍵詞:聚合氯化鋁 絮凝劑 印染廢水 水處理   關(guān)于絮凝劑的定義目前有兩種解釋:其一,是根據(jù)膠體粒子聚集過(guò)程的不同階段,即膠粒表面改性(靜電中和)及膠粒的粘連,將主要是膠粒表面改性或由于壓縮雙電層而產(chǎn)生脫穩(wěn)作用的藥品稱為凝聚劑;而將主要使脫穩(wěn)后的膠粒通過(guò)粒間搭橋和卷掃作用粘結(jié)在一起的稱為絮凝劑。其二,把凝聚劑和絮凝劑兩者當(dāng)作同義語(yǔ),不加區(qū)分互相通用。本文基本上

3、采用后一種涵義1。 實(shí)驗(yàn)部分 1.1  儀器與試劑 儀器:MY3000-6A-2混凝試驗(yàn)攪拌儀     潛江市梅宇儀器有限公司 722-s可見光柵分光光度計(jì)         上海精密科學(xué)儀器有限公司 pHS-3C精密pH計(jì)               上海雷磁儀器廠 調(diào)節(jié)式萬(wàn)用電爐    

4、              通州市化學(xué)儀器有限公司 BS 210 S分析天平 500mL全玻璃回流裝置。 試劑:98%的濃硫酸,硫酸銀,硫酸鋁,硅藻土,蒸餾水,重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)液(CK2Cr2O7=0.25mol/L)試亞鐵靈指示液,硫酸亞鐵胺標(biāo)準(zhǔn)液C(NH4)2Fe(SO4)20.1mol: 藥品:固體聚合氯化鋁,固體聚合氯化鐵,固體聚合硫酸鐵鋁,固體聚合氯化鋁鐵,均由××市××××有限公司提供。 本文研究的

5、固體聚合氯化鋁絮凝劑,為淡黃色固體,其氧化鋁(Al2O3)的含量27.0%,鹽基度在45.0%85.0%之間,水不溶物的含量3.0%,1%水溶液的pH值在3.55.0之間。 以上所用藥品均為分析純級(jí)別。 印染廢水水樣由××市××印染廠提供。 1.2  分析內(nèi)容與方法 1.2.1 分析內(nèi)容 1.2.1.1 研究聚合氯化鋁對(duì)印染廢水的絮凝效果,找出最佳加入量與最佳pH值,并討論它們對(duì)聚合氯化鋁絮凝效果的影響。 1.2.1.2 探討攪拌強(qiáng)度、攪拌時(shí)間、沉降時(shí)間對(duì)聚合氯化鋁絮凝效果的影響。 1.2.1.3 比較聚合氯化鋁和硫酸鋁對(duì)印染廢水的絮凝效果。

6、1.2.1.4 比較聚合氯化鋁對(duì)不同廢水的絮凝效果。 1.2.1.5 比較聚合氯化鋁、聚合氯化鐵、聚合硫酸鐵鋁、聚合氯化鋁鐵對(duì)印染廢水的絮凝效果。 1.2.1.6 通過(guò)試驗(yàn),列表作圖對(duì)比結(jié)果,得出論文結(jié)論。 1.2.2 分析方法 表1 分析方法    項(xiàng)目    CODCr    pH    濁度    測(cè)定方法    重鉻酸鉀法  &#

7、160; 玻璃電極法    分光光度法 濁度吸光度線性回歸標(biāo)準(zhǔn)曲線: 濁度 = 吸光度*384.3941-13.0627,r= 0.9930 1.3 印染廢水水質(zhì)分析 顏色:藍(lán)紫色;pH:7.86;CODCr:415.7mg/L;濁度:436.2 NTU 2 結(jié)果與討論 2.1  PAC加入量對(duì)CODCr、濁度去除率的影響 分別量取六份200mL水樣于干凈的燒杯中,各加入0.025、0.05、0.075、0.1、0.125、0.15g PAC絮凝劑,先以150r/min的攪拌強(qiáng)度作用1min,然后以50r/min的攪拌強(qiáng)度作用10mi

8、n,在沉降20min的條件下,取上層清液,考察PAC加入量對(duì)CODCr、濁度去除率的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2、圖2、圖3所示。 表3 PAC加入量對(duì)CODCr、濁度去除率的影響    PAC加入量(mg/L)    處理后水質(zhì)    CODCr去除率 (%)    濁度去除率 (%)    CODCr (mg/L)    濁度   

9、 125    242.9    320.7    41.56    26.48    250    188.8    211.7    54.59     51.46    &#

10、160;375    148.1    111.1     64.37     74.53    500    126.5     79.7     69.58      

11、0;81.73    625    137.7     98.5    66.87      77.41      750    172.0     142.6     

12、58.62     67.32    圖2 PAC加入量對(duì)CODCr去除率的影響       圖3 PAC加入量對(duì)濁度去除率的影響 通過(guò)以上圖表可知,PAC絮凝劑的加入量對(duì)該水樣的pH影響不大,其加入量應(yīng)在400600mg/L之間。此時(shí),PAC絮凝劑對(duì)CODCr、濁度都有很好的處理效果。若加入量較少,則不能很好地使膠體脫穩(wěn),不足以將膠粒架橋聯(lián)接起來(lái),導(dǎo)致形成的絮體不夠多、大,不能起到很好的吸附卷掃作用,絮凝效果不夠理想。若偏多,則會(huì)使膠粒的吸附面

13、均被無(wú)機(jī)PAC高分子覆蓋,兩膠粒接近時(shí),就受到高分子之間的相互排斥而不能聚集,產(chǎn)生“膠體保護(hù)”作用,使絮凝效果下降,甚至重新穩(wěn)定,即“再穩(wěn)”8。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,我們發(fā)現(xiàn),PAC對(duì)印染廢水的脫色效果也很明顯。原水樣的顏色為藍(lán)紫色,加入PAC后,顏色明顯變淺,至最佳絮凝效果時(shí),基本上呈透明色。而由以上曲線可以看出,峰值出現(xiàn)在PAC加入量為500mg/L時(shí)。此時(shí),效果最佳,CODCr去除率達(dá)69.58%,濁度去除率達(dá)81.73%。 故確定PAC的最佳加入量為500mg/L。 2.2 pH值對(duì)CODCr、濁度去除率的影響 分別量取六份200mL水樣于干凈的燒杯中,將各水樣的pH值分別調(diào)節(jié)至5、6、7、8

14、、9、10,然后各加入0.1g PAC絮凝劑,先以150r/min的攪拌強(qiáng)度作用1min,然后以50r/min的攪拌強(qiáng)度作用10min,在沉降20min的條件下,取上層清液,考察在最佳用量的情況下,不同pH值對(duì)CODCr、濁度去除率的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3、圖4、圖5所示。 表3  pH值對(duì)CODCr、濁度去除率的影響    一般來(lái)講,在絮凝反應(yīng)中,pH值的影響是非常大的,它對(duì)膠體表面電荷的Zeta()電位,混凝劑的性質(zhì)和作用等都有很大的影響。不同的混凝劑都有其最佳的混凝區(qū)域。pH值調(diào)整的恰當(dāng),就可以節(jié)約大量的藥劑,降低成本,并且能夠使絮凝作用發(fā)

15、揮得完全,絮凝效果好;反之,pH值選擇不恰當(dāng),輕者影響混凝效果,重者不能形成絮凝沉淀,甚至使已形成的絮凝體重新變成膠體溶液9。 而由資料得知3,PAC的水解聚合形態(tài)強(qiáng)烈地依附于水體的pH值。在低pH值時(shí),PAC的水解形態(tài)為單體形式,在中性范圍內(nèi)為多核水解產(chǎn)物Al7(OH)174+、Al6(OH)153+,高pH值時(shí)為Al(OH)3、Al(OH)4-。 通過(guò)以上圖表可知,在中性與弱堿條件下,PAC絮凝劑對(duì)CODCr、濁度的處理效果受影響的程度不大,仍有著較高的去除率。而且,在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,pH值對(duì)PAC的脫色效果影響也不大。其中,CODCr去除率達(dá)到72.63%,濁度去除率達(dá)到87.14%。 確定

16、PAC的最佳絮凝pH為8。3.3 攪拌強(qiáng)度、攪拌時(shí)間對(duì)CODCr、濁度去除率的影響 分別量取四份200mL水樣于干凈燒杯中,調(diào)節(jié)溶液PH值到8,再加入0.1g PAC絮凝劑。分別以50r/min、100r/min、150r/min、200r/min轉(zhuǎn)速攪拌10min,靜置沉降20min,取上層清液,考察攪拌強(qiáng)度對(duì)CODCr、濁度去除率的影響。結(jié)果如表4所示。 表4  攪拌強(qiáng)度對(duì)CODCr、濁度去除率的影響    攪拌強(qiáng)度(r/min)    處理后水質(zhì)    COD

17、去除率(%)    濁度去除率(%)    CODCr (mg/L)      濁  度    50    135.3    88.6    67.45    79.69    100   

18、 121.1    63.8    70.85    85.37    150     113.8    56.1    72.63    87.14    200    

19、0;152.6    108.5    63.28    75.13 通過(guò)實(shí)驗(yàn)得知,對(duì)于該水樣,攪拌強(qiáng)度對(duì)PAC的絮凝效果一定的影響,但不是很大。當(dāng)攪拌強(qiáng)度較小時(shí),CODCr的去除率僅比最優(yōu)絮凝條件下低5%,濁度去除率低8%左右;當(dāng)攪拌強(qiáng)度較大時(shí),CODCr、濁度去除率最差,分別只為63.28%、75.13%。由此,我們可以看出,當(dāng)攪拌強(qiáng)度過(guò)小時(shí),不利于絮凝劑與顆粒物的充分接觸;當(dāng)攪拌強(qiáng)度過(guò)大時(shí),則容易將大顆粒的固體攪碎變成小顆粒,將能夠沉淀的顆粒攪碎變成不能沉淀的顆粒,同樣

20、降低了絮凝效果。 接著,我們討論攪拌時(shí)間對(duì)CODCr、濁度去除率的影響。取三份水樣,調(diào)節(jié)溶液pH值到8,再加入0.1g/200mL PAC絮凝劑,以150r/min分別攪拌2min、10min、20min,靜置沉降20min,取上層清液,考察攪拌時(shí)間對(duì)CODCr、濁度去除率的影響。結(jié)果如表5所示。 表5  攪拌時(shí)間對(duì)CODCr、濁度去除率的影響    攪拌時(shí)間(min)    處理后水質(zhì)    COD去除率(%)    濁度去

21、除率(%)    CODCr (mg/L)      濁  度    2    155.6    112.5    62.58    74.21    10    113.8    

22、;56.1    72.63    87.14    20    133.8    83.3    67.81    80.91 由表5可以看出,攪拌時(shí)間對(duì)PAC的絮凝效果也有影響。攪拌2min時(shí),絮凝劑與水樣中顆粒物作用不夠充分,不利于捕集膠體顆粒,而且絮凝劑的濃度分布也不均勻,更不利于發(fā)揮絮凝劑的作用10。此時(shí),C

23、ODCr、濁度去除率比最佳絮凝條件下低10%、13%之多。攪拌時(shí)間過(guò)長(zhǎng),又容易將已經(jīng)形成的絮狀物攪碎,使其懸浮于水中,導(dǎo)致絮凝效果下降,此時(shí)CODCr、濁度去除率僅達(dá)67.81%、80.91%。 本文確定最佳攪拌強(qiáng)度為150r/min,最佳攪拌時(shí)間為10min。 3.4 沉降時(shí)間對(duì)CODCr、濁度去除率的影響 分別量取三份200mL水樣于干凈燒杯中,調(diào)節(jié)溶液pH值到8,再加入0.1g PAC絮凝劑,以150r/min的攪拌速度作用10min。第一個(gè)燒杯靜置10min后,取上層清液,測(cè)CODCr、濁度等指標(biāo);第二個(gè)靜置20min后,測(cè)各項(xiàng)指標(biāo);第三個(gè)靜置30min后,測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)。以此考察沉降時(shí)間

24、對(duì)CODCr、濁度去除率的影響。結(jié)果如表6所示。 表6 沉降時(shí)間對(duì)CODCr、濁度去除率的影響    沉降時(shí)間(min)    處理后水質(zhì)    COD去除率(%)    濁度去除率(%)    CODCr (mg/L)      濁  度    10    

25、123.3    66.6    70.35    84.73    20    113.8    56.1    72.63    87.14    30    115.1  &

26、#160; 57.5    72.30    86.81 由表可知,在最佳PAC加入量、pH值、攪拌強(qiáng)度、攪拌時(shí)間的情況下,隨著沉降時(shí)間的增加,CODCr、濁度去除率都有所提高,幅度約為2%3%。但10 min后即趨于平穩(wěn),CODCr、濁度去除率幾乎達(dá)到恒定。可知,沉降時(shí)間對(duì)PAC絮凝效果的影響不大。確定最佳沉降時(shí)間為20min。 3.5 PAC、AS絮凝效果的對(duì)比實(shí)驗(yàn) 硫酸鋁(AS)又稱明礬,是給水處理中較為常用的一種絮凝劑。無(wú)水硫酸鋁為無(wú)色結(jié)晶,易溶于水。含水硫酸鋁可帶有6、10、16、18、27個(gè)結(jié)

27、晶分子,常溫下十八水合物較為穩(wěn)定,為無(wú)色粉狀或粉末晶體。本實(shí)驗(yàn)采用白色粒狀A(yù)l2(SO4)318H2O結(jié)晶體3。 3.5.1 AS最佳絮凝條件的確定及其與PAC絮凝效果的對(duì)比 按照PAC實(shí)驗(yàn)的步驟,進(jìn)行同樣的實(shí)驗(yàn)。我們得出AS的最佳加入量為1500 mg/L,最佳絮凝pH值為8。在此最佳絮凝效果的情況下,AS對(duì)印染廢水的處理效果達(dá)到:CODCr去除率達(dá)68.74%,濁度去除率達(dá)81.32%。與PAC絮凝效果進(jìn)行對(duì)比,得表7。 表7  PAC、AS最佳絮凝條件及絮凝效果的對(duì)比    絮凝劑    加入量 (

28、mg./L)    處理后水質(zhì)    COD去除率(%)    濁度去除率(%)    CODCr (mg/L)      濁  度    PAC    500    113.8    56.1  &

29、#160; 72.63    87.14    AS    1500    129.9    81.5    68.74    81.32 通過(guò)對(duì)比,我們可以看出,當(dāng)AS的加入量為PAC加入量的三倍左右時(shí),才可能達(dá)到與PAC相當(dāng)?shù)男跄Ч?,即CODCr去除率達(dá)70%,濁度去除率達(dá)80%以上。 而且,在實(shí)驗(yàn)過(guò)程

30、中,我們發(fā)現(xiàn)它們所形成的絮體也有所不同:加入PAC后,形成絮體的速度快,絮體大而嚴(yán)實(shí);加入AS后,形成絮體的速度慢,絮體不大,而且較為蓬松,過(guò)量投加后易使膠體產(chǎn)生再穩(wěn)定現(xiàn)象,絮凝效果明顯下降。 3.5.2 相同試驗(yàn)條件下PAC、AS絮凝效果的對(duì)比 分別取兩份200mL水樣于干凈的燒杯中,各加入0.1g PAC、AS絮凝劑,以150r/min的攪拌速度作用10min,靜置沉降20min,取上層清液,測(cè)定CODCr、濁度,計(jì)算去除率。結(jié)果如表8所示。 表8 同等條件下PAC、AS絮凝效果的對(duì)比    絮凝劑    處理

31、后水質(zhì)    COD去除率(%)    濁度去除率(%)    CODCr (mg/L)      濁  度    PAC    113.8    56.1    72.63    87.14  &#

32、160; AS    206.4    148.7    50.34    65.91 通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn),我們可以看出,當(dāng)加入量相同且為PAC最佳加入量時(shí),AS難以達(dá)到與PAC相同的絮凝效果,對(duì)CODCr的去除率只有PAC的70%左右,濁度去除率也不高。 根據(jù)Amirtharajah的理論,硫酸鋁對(duì)水中膠體顆粒物的絮凝過(guò)程分為吸附脫穩(wěn)、沉淀型絮凝、吸附沉淀混合區(qū)和再穩(wěn)定區(qū)等四個(gè)區(qū)域。當(dāng)投加量較少時(shí),鋁鹽的帶正電的水解產(chǎn)物吸附在帶負(fù)

33、電的膠體表面,部分或全部中和膠體顆粒表面電荷,使膠體脫穩(wěn)并相互碰撞粘結(jié)生長(zhǎng)為大顆粒的絮凝過(guò)程。當(dāng)投加量較多時(shí),鋁鹽的各種水解產(chǎn)物包裹在水中膠體顆粒物表面,并通過(guò)這些水解物種連接膠體顆粒物形成較大的絮體,在絮體的沉降過(guò)程中卷掃水中其他膠體顆粒物后共同沉淀,即沉淀型絮凝3。 本文認(rèn)為,當(dāng)AS加入量為500mg/L時(shí),AS的絮凝作用主要以吸附脫穩(wěn)為主,使大部分膠體得到脫穩(wěn)。脫穩(wěn)后的膠體由于相互碰撞而得到聚合、絮凝。這也是AS加入量只有PAC加入量的三分之一,而能達(dá)到一定絮凝效果的原因。 3.6  PAC對(duì)不同廢水絮凝效果的對(duì)比 參照同組成員的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,對(duì)比PAC對(duì)不同廢水的絮凝效果,得表9

34、。 表9 PAC對(duì)生活污水、造紙廢水、印染廢水絮凝效果的對(duì)比    水    樣    處理前水質(zhì)    處理后水質(zhì) CODCr 去 除 率     (%)    濁  度 去除率(%)    pH    CODCr (mg/L)    濁

35、  度    CODCr (mg/L)    濁 度    生活廢水    8.73    198.5    262.5    20.5    16.4    89.67    93.74&

36、#160;   造紙廢水    7.58    1083.3    312.2    235.5    130.8    78.26    58.11    印染廢水    7.86  &#

37、160; 415.7    436.2    113.8    56.1    72.63    87.14 通過(guò)對(duì)比,我們可以看出,PAC對(duì)原水的處理效果較好。其中,CODCr去除率較高,都達(dá)到了70%以上;對(duì)于濁度的處理也有一定的效果,對(duì)生活污水、印染廢水的去除率均達(dá)到85%以上。這可以從水樣的性質(zhì)中得到解釋。生活污水、印染廢水的CODCr、濁度主要來(lái)自于水體中有色懸浮物的貢獻(xiàn)。當(dāng)加

38、入PAC后,對(duì)廢水中的懸浮物起到了很好的絮凝、沉降、去除作用,從而使得廢水的CODCr、濁度得到大幅度的降低,也就反映出較好的絮凝效果、較高的去除率。 由于造紙廢水的處理難度較大,而且含有大量的化學(xué)藥品及其它雜質(zhì),如堿法制漿產(chǎn)生的廢水pH值很高,形成的CODCr主要附和的堿木素量大,懸浮物的含量高,可生化性差,導(dǎo)致PAC對(duì)造紙廢水的絮凝效果不夠理想,CODCr去除率為78.26%,濁度去除率只達(dá)到60%左右,需進(jìn)一步處理。 3.7 PAC、PFC、PAFS、PAFC絮凝效果的對(duì)比 分別量取三份200mL印染水樣于干凈燒杯中,調(diào)節(jié)溶液pH值到8,分別加入0.1g PAC、PFS、PAFS絮凝劑,

39、以 150r/min轉(zhuǎn)速攪拌10min,靜置沉降20min,取上層清液,測(cè)定CODCr、濁度。所得結(jié)果如表10所示。 表10  PAC、PFC、PAFS、PAFC對(duì)印染廢水絮凝效果的對(duì)比    絮凝劑    處理后水質(zhì)    COD去除率(%)    濁度去除率(%)    CODCr (mg/L)      濁  度 

40、;   PAC    113.8    56.1    72.63    87.14    PFC    122.5    68.6    70.52    84.27    PAFS    52.3    29.8    87.43    93.16    PAFC    70.4    40.7    83.06 &

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