混凝沉淀法处理脱墨废水的研究

史长伟

(齐齐哈尔大学，黑龙江齐齐哈尔，161006)

混凝沉淀法处理脱墨废水的研究

史长伟

(齐齐哈尔大学，黑龙江齐齐哈尔，161006)

用混凝沉淀法处理脱墨废水，通过正交实验研究了混凝剂种类、混凝剂用量、助凝剂用量、pH值4因素对混凝法处理脱墨废水效果的影响。结果表明，混凝剂种类和用量、助凝剂均为影响脱墨废水混凝效果的关键因素，其中混凝剂聚合氯化铝 (PAC)去除效果最好，确定脱墨废水的适宜处理条件为：选用PAC为混凝剂，用量200 mg/L;助凝剂PAM用量3 mg/L;pH值7.2，该条件下脱墨废水的CODCr去除率可达30%以上。

脱墨废水;混凝沉淀法;混凝剂;助凝剂

目前，随着废纸造纸的迅速发展，利用废纸原料抄纸已是国内众多造纸厂普遍采用的生产方式，其废水的治理也越来越引起各方面的重视，尽管废纸造纸的水污染物产生量比化学制浆造纸削减了85%以上［1］，但废水的 COD、SS浓度仍然较高。废纸中约50%的填料、20%的细小纤维和95%的油墨进入废水中，脱墨剂的加入也增加了脱墨废水的处理难度［2］。目前废纸造纸废水常用的处理方法为气浮、沉淀、物化与生化相结合的方法［3-5］。本实验用混凝沉淀法处理脱墨废水，研究了混凝剂种类、混凝剂用量、助凝剂用量、pH值对处理效果的影响。

1 实验

1.1 脱墨废水实验室自制

办公废纸与旧报纸混合制浆，脱墨工艺为：NaOH用量1.5%、Na2SiO3用量2.5%、脱墨剂用量1.5%、MgSO4用量0.05%、H2O2用量3%。浆浓1%的脱墨浆经60目滤网抽吸过滤 (水腿长1 m)得脱墨废水。

1.2 试剂

混凝剂：聚合氯化铝 (PAC，也称碱式氯化铝)，Al2(SO4)3，FeCl3;助凝剂：聚丙烯酰胺 (PAM)。

1.3 实验仪器

ZQS10型浮选脱墨机;JH-722型可见分光光度计;WGZ-2000型浊度计;pH200型便携式测定仪;ZQJ1-B纸样抄片器;DC-KZ300C型电脑测控抗张试验机。

1.4 实验过程及分析方法

用混凝沉淀法处理脱墨废水，以COD表征废水处理效果，实验所选的参数为：快速搅拌速度为120 r/min，快速搅拌时间为2 min;慢速搅拌速度为30 r/min，慢速搅拌时间为2 min;沉淀时间为15 min。COD采用GB11914—1989的重铬酸钾法测定。

2 结果与讨论

影响混凝效果的因素很多，如混凝剂种类、pH值、水温、搅拌速度、废水浊度、搅拌时间、助凝剂种类等。在本实验中，由于所用水样为同批次脱墨废水水样，故废水浊度相同，因此，废水浊度因素忽略;实验是在室温条件下进行的，故废水水温因素也忽略。因此实验的因素选取为混凝剂种类、混凝剂用量、助凝剂用量、pH值4项因素，选取L934正交表。根据正交表的要求，对于上述4项因素各自水平的选取，采用了小样实验方法，同时参考了经验数值。各因素选定3个水平操作，尽量使水平值覆盖要考察的范围。实验的因素水平见表1，实验结果见表2。

表1 因素水平表

表2 混凝沉淀实验设计及结果

由表2的正交实验结果可知：

(1)混凝剂的种类和用量、助凝剂均是影响脱墨废水混凝沉淀效果的关键因素。pH值也有一定的影响，但pH值在6～8范围内对CODCr去除率的影响不明显。这4项因素的主次关系为：混凝剂用量、混凝剂种类、助凝剂用量、pH值;

(2)3种混凝剂中，PAC的效果最好，Al2(SO4)3次之，FeCl3效果最差;

(3)确定该脱墨废水的最适处理工艺条件为：混凝剂选择PAC，用量为200 mg/L，助凝剂PAM用量3 mg/L，pH值7.2。

混凝反应过程包括凝聚和絮凝两个过程，凝聚过程主要是通过快速搅拌使水解的混凝剂分子与水中的胶体颗粒迅速混合，形成凝聚核。混凝剂种类、混合速度及废水特征 (pH值、水温、胶体浓度、杂质种类和浓度)都影响着反应的效果。絮凝过程则是在慢速搅拌下，使凝聚核在水中以一定的速度紊动，加速颗粒相互碰撞的机会，通过吸附、架桥等作用形成更大的絮体，最后沉淀去除。本实验也对混凝剂用量、助凝剂用量及pH值对处理效果的影响进行了进一步讨论。

2.1 不同混凝剂和助凝剂用量下的处理效果

在正交实验基础上，pH值不变，调整PAC用量范围进行研究，实验结果如图1所示。

图1 PAC用量对CODCr去除率的影响

图1是脱墨废水pH值为7.2时混凝剂和助凝剂用量对CODCr去除率的影响。结果表明，在脱墨废水pH值为7.2的条件下，PAC和PAM用量增加均可提高CODCr去除率。在 PAC用量小于200 mg/L时，CODCr去除率随PAC用量的增加明显提高;在PAC用量大于200 mg/L，CODCr去除率变化随PAC用量增加不明显，曲线变得平滑。而PAM用量对CODCr去除率的贡献并不如PAC显著。但是在PAC用量增至200 mg/L以上时，CODCr去除率均可达30%以上。为了更有效地发挥混凝剂和助凝剂的效能，同时考虑到经济因素，选择最佳PAC用量为200 mg/L，PAM用量为3 mg/L。

2.2 不同pH值和混凝剂用量下的处理效果

在PAM用量为3 mg/L的条件下，调节废水pH值分别为4.0、7.0、9.0，在每个pH值条件下，分别改变PAC用量，得出在不同pH值条件下PAC用量对CODCr去除率的影响，结果见图2。

图2 不同pH值和混凝剂用量下的CODCr去除率

总体上看，pH值由碱性到酸性，CODCr去除率逐渐升高，尤其是当pH值在4.0时，CODCr去除率保持较高的水平，均接近或超过30%，说明此时，混凝剂PAC的用量已不再是主要影响因素。主要是由于在酸性条件下木质素的水化作用开始减弱，分子上的负电荷离解性基团吸引氢离子，木质素分子带电量降低，分子间的静电斥力削弱，相互碰撞的机会逐渐增加。pH值的作用占显著优势。当pH值为7.0时，随混凝剂用量的增加，CODCr去除率有较大提高。此时，混凝剂用量是决定CODCr去除率的主要因素。废水pH值在7.0附近时，PAC用量由80 mg/L增至200 mg/L时，CODCr去除率有较大幅度的提高，超过200 mg/L后，增加趋势渐缓。分析认为可能是pH值在6～7附近时，PAC的主要水解产物是高分子的水解聚合阳离子，既有吸附作用，又有中和作用。当PAC用量增加到一定值后表现出较高的CODCr去除率，这些现象是pH值和絮凝剂用量共同作用的结果。pH值在9.0时，CODCr去除率始终处于较低的水平，且去除率不明显。此时混凝作用主要依靠A1(OH)3的吸附作用。此时pH值和混凝剂用量都不起主要作用，主要是依靠PAM链状大分子的连带、卷扫作用使小的颗粒和絮体迅速增长，同时吸附、卷扫、网捕其他胶体和小分子絮体一起沉淀。直接影响处理效果的因素主要体现在两个方面：一是不同pH值下，高分子物质在水中的存在形态;二是PAC在不同pH值条件下水解的产生的复杂的混凝特性。

从上述实验结果还可以看出，随着絮凝剂用量的不断增加，在后期出现曲线下降的趋势，因此推断混凝剂用量并不是越多越好，这是因为混凝剂水解中间产物对水中胶体及颗粒物具有高度电中和及架桥功能，能与胶体颗粒所带的负电荷瞬间产生中和作用，使胶体脱稳，脱稳的胶体颗粒在助凝剂的作用下，进一步生成大的絮团而快速沉淀;但是随着混凝剂用量的增加，会产生胶体再稳现象，此时胶体及颗粒物重新带上异性电荷，使得脱稳的胶体由于电荷的相斥作用，阻止了胶体颗粒之间的互碰聚沉，进而重新分散而稳定。所以可以确定脱墨废水混凝处理的最适宜工艺参数为：混凝剂选择PAC，用量为200 mg/L，助凝剂PAM的用量为3 mg/L，pH值为7.2。

2.3 混凝剂用量对光学特性影响的分析

在PAM用量3 mg/L、pH值7.2的条件下，在50～300 mg/L范围内投加PAC，分析PAC用量与废水浊度、吸光度的关系，结果见图3。

图3 PAC用量对废水浊度、吸光度的影响

由图3可见，随着PAC用量的增加，废水的浊度与吸光度在逐渐下降，在用量为250mg/L时出现拐点，这仍然是胶体再稳现象，使得脱稳的胶体由于电荷的相斥作用，阻止了胶体颗粒之间的互碰聚沉，重新分散而稳定。

3 结论

3.1 影响脱墨废水混凝沉淀效果的因素依次为：混凝剂用量、混凝剂种类、助凝剂用量、pH值;在混凝剂中聚合氯化铝 (PAC，也称碱式氯化铝)的去除效果最好。

3.2 PAC用量在200 mg/L以下时，酸性条件下的CODCr去除率较高，PAC用量在200 mg/L以上时，弱碱性条件下的CODCr去除率较高;PAC用量对废水浊度与吸光度的影响，在用量为250 mg/L时出现拐点。

3.3 实验用脱墨废水的最佳处理条件为：选择絮凝剂PAC，用量为200 mg/L，助凝剂PAM用量为3 mg/L，pH值为7.2，该条件下处理后废水的CODCr去除率可达30%以上。

［1］ 郭茂新．利用废纸造纸行业废水的处理技术［J］．中国给水排水，2000，16(11)：23.

［2］ 苗庆显，秦梦华，徐清华．废纸造纸废水处理技术的现状与发展［J］．中国造纸，2005，24(12)：55.

［3］ 邹红林．废纸造纸废水处理工程应用［J］．环境污染治理技术与设备，2003，4(3)：88．

［4］ 刘梅英．非化学浆制浆造纸废水混凝处理方法研究［J］．2002，2(5)：33．

［5］ 史长伟．新闻纸厂白水封闭循环对纸张抄造的影响［J］．中国造纸，2007，27(7)：1．

Treatment of Deinking Wastewater with Coagulation Process

SHI Chang-wei
(Qiqihar University Qingfany College，Qiqihar，Heilongjiang Province，161006)

Treatment of deinking waste water with coagulation process was studied．The coagulants type，coagulants dosage，coagulants aid dosage，and pH were determined by orthogonal experiment．The results showed that the coagulants type，coagulants dosage，coagulants aid dosage are the key factors in coagulation of deinking wastewater，the treatment efficiency is the highest when PAC dosage is 200 mg/L and coagulants aid dosage is 3mg/L．

deinking waste water;coagulation;coagulation factors

X793

A

0254-508X(2012)02-0040-03

史长伟先生，副教授;主要研究方向：造纸湿部化学、污水处理。

(E-mail：scwxx638@163．com)

2011-10-19(修改稿)

本课题得到黑龙江省教育厅科学技术研究项目 (项目编号11551535)的资助。

(责任编辑：郭彩云)