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      行業知識

      聚合氯化鋁混凝預處理高濃度滌綸廢水

      時間:2020/07/10 點擊:

      摘要:以聚合氯化鋁作為混凝劑,采用混凝法處理高濃度(COD>50000mg/L)滌綸工業長絲生產廢水,以降低廢水的懸浮物、有機物含量和生物毒性,提高廢水可生化性,以便后續采用生物法進一步處理。實驗結果表明:聚合氯化鋁能夠有效降低廢水的濁度、COD、BOD5及生物毒性,其對濁度、COD、BOD5和生物毒性的較高去除率分別為99.9%、92.8%、91.2%和99.2%。此外,聚合氯化鋁可在一定程度上提高廢水的可生化性,在其投加量為1200mg/L時,BOD5/COD值(0.13)可達到原水的1.75倍。綜合考慮廢水處理成本及污染物去除情況,聚合氯化鋁較佳投加量為1000-1500mg/L。

      近年來,我國滌綸工業長絲行業發展迅速,全行業產能、產量和需求量均呈高速增長態勢,目前已成為全球滌綸工業長絲行業的主要生產國。至2010年,中國大陸地區滌綸工業絲的年產能為106.5萬t,約為世界滌綸工業絲總產能的50%左右。

      滌綸工業長絲的生產過程產生大量高濃度難降解有機廢水,嚴重地威脅著環境。目前,此類化纖廢水的處理方法主要為生物法,如生物接觸氧化法或上流式厭氧污泥床法等。不過,由于其具有COD和懸浮物濃度高、生物毒性大、可生化性差等特點,為了提高生物處理的效果,降低負荷,需要進行預處理?;炷且环N常用的預處理技術,具有技術成熟、操作簡單、成本較低等特點,能夠去除廢水中的COD、BOD5、濁度、色度、磷、砷、細菌和油脂等。

      波濤聚合氯化鋁廠家根據某滌綸工業長絲生產企業廢水處理升級改造的需要,針對其生產過程產生的高濃度有機廢水(COD濃度高達50000mg/L以上),采用聚合氯化鋁進行處理,以降低廢水的污染負荷和生物毒性,提高可生化,為后續生物過程達標處理奠定基礎。需要說明的是,該廢水的COD濃度遠高于一般化纖廢水的COD濃度(1000-10000mg/L),采用混凝法預處理該類高濃度化纖廢水。

      分析結果如下:

      一、聚合氯化鋁對廢水Zeta電位和pH值的影響

      Zeta電位是研究混凝過程必不可少的重要參數。本研究中選用的聚合氯化鋁的投加量對滌綸廢水Zeta電位和pH值的影響如圖1所示。

      聚合氯化鋁混凝預處理高濃度滌綸廢水

      從圖1可以看出,隨著混凝劑用量的增加,Zeta電位整體呈現先快后慢的上升趨勢,由起初的-30mV迅速上升,當聚合氯化鋁投加量超過2000mg/L時,其Zeta電位增速放緩,到達0點附近,當聚合氯化鋁用量大于2800mg/L時,Zeta電位由負值轉變為正值,但依然在0點附近,未見較明顯變化。需要說明的是,原水濁度過高,不能滿足儀器的測量條件,因此未能得到其Zeta電位。

      pH值是一個重要的水質參數,也是影響混凝效果的重要指標間。從圖1可以看出,隨著聚合氯化鋁用量的增加,溶液的pH值不斷降低,由9.4緩慢降低至7.0,這是由于聚合氯化鋁在水中主要以三價鋁的化合物存在,絮凝劑的水解過程及水解形態受pH值影響,當pH>3時,Al(H2O)6開始發生水解,隨著pH值的升高,水解逐級進行,生成多種羥基鋁離子,并不斷有H+解離出來,隨著混凝劑投加量的增加,解離出來的H+也隨之增加,因此,溶液的pH值不斷降低。不過,相對硫酸鋁、氯化鐵等傳統鹽類混凝劑而言,其pH值的下降并不明顯,這是由于聚合氯化鋁本身的酸度較小,且已經經過水解、聚合和一段時間陳化后的混凝劑,鹽基度比較高,本身帶有大量的聚合陽離子,多核羥基絡合物,在水中能夠水解形成高度交聯的疏水性氫氧化物聚合體,所以對溶液pH值影響較小,出水pH值始終處于一般工藝的適宜pH范圍內,這將有利于后續常規處理工藝的運行。

      二、聚合氯化鋁對濁度的去除效果

      聚合氯化鋁對廢水濁度的去除效果如圖2所示。在聚合氯化鋁投加量較低時(小于1000mg/L),廢水的殘余濁度隨聚合氯化鋁投加量的增加而迅速降低,由原水的36375NTU急劇降至246NTU;當投加量大于1000mg/L時,殘余濁度下降幅度變小,較低可達5.2NTU,去除率始終超過96.0%,較高達99.9%??梢?,聚合氯化鋁混凝能夠去除滌綸廢水中的懸浮物,降低出水濁度。綜合考慮混凝劑的經濟成本及濁度的變化情況,聚合氯化鋁的適宜投藥量為1000-1500mg/L。

      聚合氯化鋁混凝預處理高濃度滌綸廢水

      眾所周知,無機混凝劑的作用機理主要包括壓縮雙電層、電中和作用和卷掃作用等,其中電中和作用的效果決定于顆粒的Zeta電位。本研究中,當聚合氯化鋁投加量超過2000mg/L后,溶液Zeta電位維持在0點附近,且混凝產生的污泥隨混凝劑投加量的增加而不斷增多。因此,聚合氯化鋁在投加量大于2000mg/L時的混凝機理為電中和與卷掃的復合作用。一般電中和作用和卷掃作用均可得到良好的處理效果,但電中和混凝較佳處理效果的投藥量范圍較窄,水質或水量變化較大時難以控制投藥量,而對于本實驗,在復合作用下,其較佳處理效果的投藥量范圍較寬,為2000-3500mg/L。此外,當聚合氯化鋁投加量為1000-2000mg/L時,雖然Zeta電位的值較大(負值),但濁度的去除率依然很高,且可明顯觀測到混凝產生的污泥量與混凝劑投加量正相關,因此可判斷其主要混凝機理為卷掃作用。不過,由于聚合氯化鋁水解沉淀物的存在,混凝過程中也應存在靜電凸區作用。

      三、聚合氯化鋁對COD的去除效果

      聚合氯化鋁對廢水COD的去除效果如圖3所示。廢水中的COD在投加聚合氯化鋁后即迅速降低,投加量為500mg/L時,COD由初始的53720mg/L降低至7272mg/L,去除率達86.5%。此后,隨著混凝劑投加量的增加,COD去除率沒有明顯的變化,只是緩慢地增加。當聚合氯化鋁投加量為3500mg/L時,COD降為3844mg/L,其去除率為92.8%。該COD去除率略高于以硅鋁復合絮凝劑處理水質類似于化纖廢水的高濃度輪胎廢水的結果。

      聚合氯化鋁混凝預處理高濃度滌綸廢水

      COD隨混凝劑投加量的變化趨勢與濁度相似,COD與濁度呈正相關關系,二者同步去除,均是在低投加量降低較快,而投加量高于1000mg/L后,變化不再明顯。原因可能是:一方面可能是廢水中較大比例的COD以膠體形態存在,因此可與濁度同步去除;另一方面,在濁度去除效果較佳的投藥量范圍內,廢水中始終存在聚合氯化鋁水解沉淀物,這些沉淀物能夠同步卷掃去除濁度和吸附去除某些溶解態有機物。

      雖然混凝工藝對滌綸廢水COD的去除率很高,但是由于原水COD較高(53720mg/L),出水COD在較大投加量下仍接近4000mg/L,這一值遠遠超過污水綜合排放標準(GB 8978-1996)中的三級標準。因此,若想使其達標排放,還需進一步處理。

      四、聚合氯化鋁對BOD5的去除效果

      從圖4可見,BOD5隨聚合氯化鋁投加量的變化趨勢與COD及濁度類似,均是在較低的投加量下便得到較好的去除效果。當聚合氯化鋁投加量為400mg/L時,廢水的B0D由初始的4000mg/L降至接近600mg/L,BOD5去除率約為85%;當投加量大于500mg/L時,BOD5變化較少,其去除率穩定維持在90%左右,較高達91.2%,而以硅鋁復合絮凝劑處理水質類似于化纖廢水的高濃度輪胎廢水,其BOD5去除率為70%-85%??梢?,聚合氯化鋁能夠更有效地去除該類廢水中的BOD5。

      聚合氯化鋁混凝預處理高濃度滌綸廢水

      由圖3、圖4可知,COD的去除率略高于BOD5的去除率,原因可能是常規混凝能夠有效去除膠體態有機物和大分子有機物,但對小分子有機物的去除率相對較低,而小分子有機物恰恰是BOD重要組成部分。

      五、聚合氯化鋁對廢水生物毒性的影響

      生物毒性可從總體上反應已知和未知有害物質的單一或者聯合毒性,能較為準確地反映污染物危害狀況。本研究以EC50值表示廢水生物毒性的大小,EC50值越小,毒性越大。

      聚合氯化鋁混凝預處理高濃度滌綸廢水

      如圖5所示,在未加入混凝劑的情況下,廢水EC50=12.1%,即廢水稀釋8.26倍,仍能殺死50%的青?;【?。隨著混凝劑投加量的不斷增加,EC50值不斷增加,廢水的生物毒性持續減小。當聚合氯化鋁投加量為3500mg/L時,EC50達到99.2%(相當于0.087mg/L氯化汞溶液的毒性),其毒性級別為微毒,接近無毒??梢?,生物毒性與水中的濁度、COD具有正相關性。

      該廢水的生物毒性主要來源于其中所含有的膠體及多種表面活性劑、增稠劑、化工助劑等大分子有機物,而混凝過程能夠去除這些物質,從而可以有效降低其生物毒性。

      六、聚合氯化鋁對廢水B/C的影響

      B/C值(即BOD/COD)是廢水可生化性的一個重要指標,聚合氯化鋁對該廢水B/C值的影響如圖6所示。隨聚合氯化鋁投加量的增加,B/C值呈現先增加后減少的趨勢,在聚合氯化鋁投加量為1200mg/L時,B/C值達到較大,為0.13,達到原水的1.75倍。這說明聚合氯化鋁混凝可在一定程度上提高廢水的可生化性,雖然沒有達到一般認為的廢水易于生物降解的B/C較低值(0.3)。研究表明,廢水的可生化性與其中所含的有機物種類或有機物所含有的官能團有著密切的關系。

      聚合氯化鋁混凝預處理高濃度滌綸廢水

      本實驗廢水成分復雜,引起B/C先增加后減少的原因也較為復雜,可能是隨著聚合氯化鋁投加量的增加,易于通過混凝去除的膠體態和疏水性溶解態有機物去除率越來越高,但由于其中難降解有機物的比例較大,所以B/C逐漸升高;繼續增加混凝劑用量,由于膠體態和疏水性溶解態有機物去除殆盡,所以去除的對象主要是難以通過混凝去除的親水性有機物,而親水性有機物大多是易降解有機物,所以BOD的下降程度較大,從而導致B/C降低。

      綜合濁度、COD、BOD5、 B/C、生物毒性及經濟等方面的因素考慮,確定聚合氯化鋁的較佳投藥量為1000-1500mg/L。

      七、結論

      聚合氯化鋁對滌綸工業長絲生產廢水中的濁度、COD、BOD5、生物毒性等指標均有較好的去除效果。在實驗研究范圍內,其對濁度、COD、BOD5的較高去除率分別為99.9%、92.88%和91.2%,且三者隨聚合氯化鋁投加量的變化趨勢相似。對生物毒性的去除效果在聚合氯化鋁投加量為3500mg/L時較佳,EC50達99.2%。

      聚合氯化鋁混凝可在一定程度上提高廢水的可生化性。當其投加量為1200mg/L時,B/C達到較大值(0.13),為原水的1.75倍。

      綜合濁度、COD、BOD5、B/C、生物毒性、處理后效果及經濟等方面的因素,確定聚合氣化鋁的較佳投藥量為1000-1500mg/L。

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