用混凝及污泥回流处理二沉池出水的研究

张海洋庞金钊杨宗政张凤山孙亚军毛定坤

(1.天津科技大学,天津,300457;2.华泰集团,山东东营,257335)

·混凝及污泥回流·

用混凝及污泥回流处理二沉池出水的研究

张海洋1庞金钊1杨宗政1张凤山2孙亚军2毛定坤1

(1.天津科技大学,天津,300457;2.华泰集团,山东东营,257335)

选择液体用聚合氯化铝(PAC)作为混凝剂,对二沉池出水进行了混凝及污泥回流实验,考察了pH值、PAC用量、污泥回流量等因素对处理效果的影响。结果表明,当废水pH值为6.5～8.2、PAC用量3 mL/L、污泥回流率40%～60%时,处理效果明显优于传统混凝方式,CODCr由400 mg/L降至100 mg/L左右。

二沉池出水;聚合氯化铝;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

制浆造纸工业废水排放量大,废水中含有大量的纤维素、木素和各种化学药品,耗氧量大,是环境的主要污染源之一[1]。目前,蒸煮黑液碱回收技术、纸机白水的纤维回收技术均已比较成熟[2],中段废水的污染治理成为人们共同关心的问题,国内外造纸废水的治理技术多以絮凝沉降和生物处理为主,此外,还有超滤、电解、光催化氧化、冷冻结晶、超声空化法等。后几种处理技术大多处于实验研究阶段,而生化法对造纸废水中木素的处理效率很低。絮凝沉降法由于投资少、设备简单、停留时间短等特点,应用较广泛[3]。但单独使用混凝法不能除去溶解在废水中的有机物,所以混凝法常与生物法或化学法一起使用。邹东雷等[4]选用硫酸铝、聚丙烯酰胺(PAM)分别作为混凝剂和助凝剂联合处理造纸厂综合废水,处理后出水无色透明,BOD5/CODCr值由0.21增加到0.64,可生化性大大增加。

对混凝法的研究主要集中在各种混凝剂的工艺条件、处理效果、经济价值及开发新品种等方面。近几年研究较多的混凝剂有壳聚糖、改性粉煤灰、阳离子型高分子絮凝剂[P(DMC-AM)]、固体复合混凝剂、聚硅硫酸铝、Z W130混凝剂、淀粉阳离子改性絮凝剂、聚合硫酸硅酸铁、聚合氧化铝-有机高分子混凝剂、聚铁聚丙烯酰胺、铝镁复合混凝剂、聚合氯化硫酸盐、含硼聚硅酸氯化铁和阳离子絮凝剂PDA等[5]。

聚合氯化铝(PAC),又名碱式氯化铝,其化学式一般表示为[Al2(OH)nCl6-n]m,是新一代无机高分子混凝剂。与常规的铝盐、铁盐混凝剂相比,它的用量更低,混凝效果更好,适用范围更广,沉渣量更小[6]。常规混凝沉淀法是在加入混凝剂后,进行固液分离达到去除污染物的目的,往往在污泥中还有混凝剂,从而造成了混凝剂的浪费。本实验采用混凝沉淀产生的污泥进行回流,可在较大程度上降低混凝剂的用量,提高了混凝处理对污染物的去除效率,为后续二沉池出水的深度处理降低了负荷。

1 实 验

1.1 仪器及药剂

DBJ-623六联电动搅拌器;PHS-25酸度计; GDS23B光电式浑浊度仪;AB204-E电子分析天平; 722光栅分光光度计。

聚合氯化铝(PAC),自制,液体,铝含量10%(以Al2O3计);阴离子型聚丙烯酰胺(APAM),日本三菱公司生产。

1.2 废水水质

所用废水为某造纸厂中段废水处理的二沉池出水,其中CODCr380～430 mg/L;色度380～450倍; pH值6.5～8.2。

1.3 测定方法

CODCr的测定采用标准重铬酸钾法,浊度、色度的测定采用分光光度法。

2 实验方案的确定

2.1 常规混凝实验方案

常规混凝实验流程如图1所示。

图1 常规混凝实验流程

2.2 混凝污泥回流实验方案(以下简称R法)混凝污泥回流实验流程如图2所示。

图2 混凝污泥回流实验流程

由实验流程可以看出,R法混凝与常规混凝的主要区别在于有效利用了混凝污泥中过量的PAC与 APAM。在第一阶段,加入回流的混凝污泥,利用其中一部分过量的有效成分与絮凝体两者的网捕作用,分离部分污染物,达到“废物”的再利用,起到预处理的作用。第二阶段,PAC在反应过程中形成Al[(H2O)6]3+、[Al(OH)(H2O)5]2+、[Al(OH)2(H2O)4]+、[Al6(OH)15]3+以及[Al6(OH)14]4+等各种带正电的羟基络合离子[7],有较强的电中和作用;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,有很强的架桥作用,容易与中段废水中的纤维、木素等污染物形成较大的絮凝体而沉降下来。

由此可见,混凝污泥回流是在仅增加少量动力消耗的基础上进行了2次混凝,提高了混凝剂的利用率。

3 结果与讨论

3.1 pH值对絮凝效果的影响

PAC用量为3 mL/L,APAM用量为0.002 mL/L。调节废水pH值,进行pH值的影响实验,结果见图3。

图3 废水pH值对絮凝效果的影响

由图3看出,废水pH值对絮凝效果有较大的影响。随着pH值的增加,CODCr、色度、浊度的去除率都先增加后降低;当pH值为7.3～8.4时,处理效果较好。这是因为在此条件下,PAC的水解产物为各种带正电的羟基络合离子,它们可发挥良好的电中和凝聚作用;同时,PAC的部分聚合物可水解生成电荷较低的絮状Al(OH)3沉淀物,起吸附架桥和卷扫网捕作用。而当pH值大于8.4时,PAC的水解产物大多以溶解态的Al(OH)-4存在,因此,对造纸中段废水处理厂二沉池出水中负电胶体的去除效果较差。考虑到废水pH值为7.0～8.5,所以在工程应用上可不调废水pH值,既节省了药剂,又简化了操作。

3.2 PAC的用量对絮凝效果的影响

不调废水的pH值,调节PAC的用量,其结果见图4。

图4 常规混凝处理中PAC用量与CODCr去除率的关系

由图4可知,在常规絮凝过程中,随着PAC用量的增加,CODCr去除率逐渐增大。当PAC用量为4 mL/L时,CODCr去除率大约可达到70%,效果较好。这是因为PAC投入水中后,立即在水中形成聚合阳离子,同时水中也形成了各种带不同正电荷的高聚羟铝配离子。废水中污染物的胶粒表面直接吸附了带相反电荷的聚合阳离子或高分子物质后,表面电位降低。同时,当投加的PAC高分子链一端吸附了废水中的某一胶粒后,另一端又可吸附另一胶粒,形成“胶粒-PAC高分子-胶粒”的絮凝体,使胶粒与胶粒之间桥联为絮团。但继续增加PAC用量,CODCr去除率增加缓慢,甚至当PAC用量过大时,CODCr去除率反而有所下降。

为了说明R法混凝的优越性,对R法混凝和常规混凝进行对比实验,R法混凝污泥回流量为15%,结果见图5。

图5 R法混凝与常规混凝的对比实验

由图5可以看到,当PAC用量在4 mL/L以内时,R法混凝效果明显高于常规絮凝。PAC用量在1 mL/L时,R法混凝比常规絮凝法多去除了50 mg/L 的CODCr,去除率提高了约12%;采用R法混凝处理水样,当PAC用量在3 mL/L时,去除率提高了约10%,略高于常规絮凝法PAC用量在4 mL/L时的效果。随着PAC用量的增加,无论常规混凝,还是R法混凝对CODCr的去除都没有太大作用,当PAC用量大于4 mL/L时,去除率基本保持不变。这主要是因为絮凝只能去除废水中悬浮态的CODCr,对溶解态的CODCr去除率极低;此时,废水中CODCr多以溶解态存在,再加入絮凝剂作用不大。当PAC用量≥6 mL/L时,CODCr的去除效果呈下降趋势,这可能是因为PAC加入太多,使胶粒表面被高分子包裹起来,胶粒之间相互接近时,反而受到高分子的空间阻碍不能聚集,失去了架桥作用[8],形成了“再稳”现象。

3.3 混凝沉淀污泥回流量对CODCr去除率的影响

不调废水的pH值,将PAC的用量控制在3 mL/L,进行污泥回流量对CODCr去除效果的影响实验,其结果见图6。

图6 混凝沉淀污泥回流量对CODCr、色度、浊度去除效果的影响

由图6可以看出,在PAC用量为3 mL/L时,随着污泥回流量的增加,CODCr、色度、浊度的去除率均呈上升趋势。当回流量过大时处理效果提高不明显。

为了更好地分析污泥回流量对实验效果的影响,绘制混凝沉淀污泥回流量对CODCr的影响曲线,如图7所示。

图7 混凝沉淀污泥回流量对CODCr的影响

由图7可以看出,随着混凝污泥回流量的增加,废水中CODCr呈现下降趋势。当污泥回流量为20% 时,CODCr由原来的160 mg/L降低到130 mg/L;当污泥回流量为40%时,CODCr降为100 mg/L左右;当回流量为60%时,CODCr降为97 mg/L左右;继续加大回流量时,CODCr的降幅不十分显著;当回流量为100%时,CODCr最低降到93 mg/L左右。

4 经济效益分析

将二沉池出水的CODCr降低至120 mg/L,常规絮凝和R法混凝的实验室小试过程中的单位成本核算见表1和表2。

表1 常规絮凝成本核算

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,当出水CODCr同为120 mg/L时,每吨废水处理成本上R法混凝比常规絮凝方法少用了1.2 L的PAC。预计在工程应用上仅增加由污泥回流所带来的动力消耗约0.1 元/t水;新增管道费需根据工程实际具体计算,暂不计入费用。从实验室小试结果初步分析,R法混凝与常规混凝法相比可以节省0.35元/t。

5 结 论

5.1 造纸中段废水处理厂二沉池出水,利用PAC和

APAM两种化学试剂进行混凝处理时,应用混凝沉淀污泥回流,能在同种絮凝药剂相同用量的条件下,提高处理效果;根据小试结果估算,在处理过程中,当出水CODCr同为120 mg/L时,每吨废水可节约1.2 L的液体PAC,吨水处理费用大约可节约0.35元,具有一定的推广意义。

5.2 在PAC用量为3 mL/L,污泥回流量为40%～60%的条件下,二沉池出水CODCr从400 mg/L降至100 mg/L。

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(责任编辑:马 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)

张海洋先生,在读硕士研究生;主要研究方向:难降解工业废水处理。

X793

A

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

2009-07-06(修改稿)

项目来源:国家科技支撑计划课题(编号2006BAD32B07)。