高铁酸钾与聚合氯化铝铁对造纸综合废水的处理

郭 准

(西京学院应用统计与理学系，陕西西安，710123)

·高铁酸钾处理废水·

高铁酸钾与聚合氯化铝铁对造纸综合废水的处理

郭 准

(西京学院应用统计与理学系，陕西西安，710123)

以初始水质pH值7.8、色度125倍、浊度950 NTU、CODCr4125 mg/L、BOD52835 mg/L、硫化物35.7 mg/L的造纸综合废水为处理对象，研究了聚合氯化铝铁(PAFC)对高铁酸钾处理造纸综合废水效果的协同增效作用。结果表明，当高铁酸钾浓度为10 mg/L，PAFC浓度为25 mg/L时，造纸综合废水的色度去除率为85.4%，浊度去除率为87.8%，CODCr去除率为89.7%，BOD5去除率为96.5%，硫化物去除率为92.6%；PAFC与高铁酸钾联用，在大幅降低高铁酸钾使用成本的同时，可对高铁酸钾处理效果起到良好的增效作用。

高铁酸钾；聚合氯化铝铁；造纸；废水处理

造纸综合废水主要产生于制浆废液、中段水以及纸机白水，排放量占全国工业废水总量的10%以上[1]，其水质因造纸工艺的不同有较大的差别，但整体上成分复杂、色度大、悬浮物浓度高，含有硫化物、氯化物、木素、残碱等污染物，难以生化处理。目前对造纸综合废水最常用的处理方法是混凝法，但该方法对CODCr、BOD的去除率仅在65%左右，对硫化物的去除率更低，难以达到国家排放标准[2]。

近年来，高铁酸钾作为一种新型、高效、多功能的水处理剂，走入人们的视野。高铁酸钾最大的特点是具有很强的氧化性，可有效灭活微生物，氧化降解无机和有机污染物，去除悬浮颗粒物，而且在水处理过程中不产生任何诱变致癌的副产物，安全性很高[3]，是一种安全、环保的“绿色”水处理剂。有研究者用高铁酸钾分别与聚合氯化铝、聚合硫酸铁联用，对造纸黑液[4]和造纸综合废水进行了处理[5]，取得良好的效果，但缺乏对BOD或硫化物去除效果的考察。同时由于目前高铁酸钾价格昂贵，在很大程度上增加了其使用成本，限制了其应用领域的进一步拓广。

本实验选用聚合氯化铝铁(PAFC)与高铁酸钾联合使用，对造纸综合废水进行处理，探索一种既能对高铁酸钾起到协同增效作用，又能最大程度降低成本的方法。

1 实 验

1.1实验原料

造纸综合废水：取自陕西咸阳市某造纸厂，pH值7.8，色度125倍，浊度950 NTU，CODCr4125 mg/L，BOD52835 mg/L，硫化物35.7 mg/L。

1.2主要试剂

高铁酸钾：化学纯，天津威一化工科技有限公司；聚合氯化铝铁(PAFC)：巩义市怡清净水材料有限公司。

1.3仪器与设备

SH-2500H便携式浊度仪：上海海恒机电仪表有限公司；便携式快速COD测定仪：中科谱创(北京)科技有限公司；PHS-2C精密酸度计：上海皓庄仪器有限公司。

1.4实验方法

1.4.1废水处理

将造纸综合废水在室温下静置24 h，取上清液置广口瓶中密封，避光，备用。

(1)高铁酸钾对废水的处理

取两份100 mL废水试样分别置于烧杯中，编号1#、2#,1#试样pH值调节至1.0，2#试样pH值调节至4.0，分别加入适量高铁酸钾，充分搅拌约5 min，静置沉降2 h，精确移取上清液，待测。

(2)PAFC对废水的处理

取两份100 mL废水试样分别置于烧杯中，编号3#、4#,3#试样pH值调节至3.0，4#试样pH值调节至8.0±0.5，分别加入适量PAFC，快速搅拌约2 min，静置沉降3 h。精确移取上清液，待测。

(3)高铁酸钾与PAFC联用对废水的处理

取100 mL废水试样置烧杯中，pH值调节至4.0，加入适量高铁酸钾(10 mg/L)，充分搅拌约5 min，pH值调节至8.0±0.5，加入适量PAFC，快速搅拌约2 min，静置沉降3 h。精确移取上清液，待测。

取100 mL废水试样置烧杯中，pH值调节至8.0±0.5，加入适量PAFC(25 mg/L)，快速搅拌约2 min，pH值调节至4.0，加入适量高铁酸钾，充分搅拌约5 min，静置沉降3 h。精确移取上清液，待测。

1.4.2指标测定

色度测定：将试样用蒸馏水稀释成不同倍数，分别取50 mL置于比色管中，管底部衬以白瓷板，由上向下观察稀释后水样的颜色，并与蒸馏水相比较，直至刚好看不出颜色，记录此时的稀释倍数，即色度值。

浊度测定：打开浊度仪，预热30 min；调整量程为0～1000 NTU；用标准样品对仪器进行校正；取适量试样置于样品瓶，将样品瓶放入浊度仪中，盖好遮光罩，进行测定。

CODCr测定：打开快速COD测定仪电源开关，预热30 min，消解器升温至165℃；分别吸取3 mL蒸馏水和3 mL稀释后的试样置于消解管中，加入1 mL专用氧化剂，具塞摇匀；将消解管依次插入消解炉孔内，盖上防护罩，进行消解；取出消解管，冷却至室温，向每支消解管内加入适量蒸馏水，具塞摇匀，待测；分别将待测空白样和样品注入比色皿内，选择标准曲线序号，依次进行测定。

BOD5测定：采用标准稀释法，参照环境保护标准HJ 505—2009进行测定。

硫化物测定：依次配制1∶1盐酸溶液、1%淀粉指示液、0.01 mol/L硫代硫酸钠溶液、0.01 mol/L碘标准溶液；取10 mL试样置锥形瓶中，加入10 mL碘标准溶液，再加入5 mL盐酸溶液，密塞混匀，置暗处10 min，用硫代硫酸钠标准溶液滴定至溶液呈淡黄色时，加入3滴淀粉指示液，继续滴定至蓝色刚好消失；用去离子水做空白实验，计算硫化物含量。

2 结果与讨论

2.1高铁酸钾对造纸综合废水的处理效果

图1为pH值对高铁酸钾处理效果的影响。从图1可以看出，当pH值为4时，高铁酸钾对各项指标的去除率达到最高，pH值低于或高于4时，各项指标的去除率则降低。主要是因为高铁酸钾的氧化还原电位和稳定性受pH值影响较大，其氧化还原电位在酸性条件下虽然可达2.20V，但稳定性较差，在碱性条件下，其稳定性虽较好，但氧化还原电位仅为0.72 V。

图1 pH值对高铁酸钾处理效果的影响

图2 高铁酸钾浓度对处理效果的影响

图2为高铁酸钾浓度对处理效果的影响。从图2可以看出，各项指标的去除率随高铁酸钾浓度的增加逐渐提高。当其浓度为30 mg/L时，色度去除率为65.3%，浊度去除率为83.1%，CODCr去除率为86.6%，BOD5去除率为93.1%，硫化物去除率为 90.2%。

2.2PAFC对造纸综合废水的处理效果

图3为pH值对PAFC处理效果的影响。从图3可看出，pH值在7～9之间时，PAFC具有较好的絮凝效果。在酸性条件下PAFC的絮凝效果较差，随着pH值的升高，絮凝效果逐渐改善，当pH值升高至9以后，絮凝效果逐渐变差。这是因为PAFC中的铁和铝在酸性条件下会以Al3+和Fe3+形式存在，无絮凝效应，随着碱性的增强，PAFC逐渐在溶液中形成具有絮凝效应的络合物，随着碱性进一步增强，铁和铝逐渐形成沉淀而减弱絮凝效果[6]。

图3 pH值对PAFC处理效果的影响

图4为PAFC浓度对处理效果的影响。从图4可看出，随着PAFC浓度的增加，去除率不断增加。当PAFC浓度达350 mg/L时，对造纸综合废水的色度去除率为89.2%，浊度去除率为93.1%，CODCr去除率为67.6%，BOD5去除率为62.5%，硫化物去除率为 46.5%。

图4 PAFC浓度对其处理效果

图5 高铁酸钾-PAFC联用对造纸综合废水的处理效果

2.3高铁酸钾-PAFC联用对造纸综合废水的处理效果

本实验选择两种加入顺序，一种是高铁酸钾浓度为10 mg/L时，加入PAFC，另一种是PAFC浓度为25 mg/L时，加入高铁酸钾，考察不同投加方式下造纸综合废水的处理效果(见图5)。

从图5(a)可看出，先用高铁酸钾对废水进行处理，然后再加入PAFC，在高铁酸钾浓度为10 mg/L，PAFC浓度达到25 mg/L时，可起到良好的处理效果。色度去除率为85.4%，浊度去除率为87.8%，CODCr去除率为89.7%，BOD5去除率为96.5%，硫化物去除率为92.6%。

从图5(b)可看出，先用PAFC对废水进行处理，然后再加入高铁酸钾，处理效果不理想，当PAFC浓度为25 mg/L，高铁酸钾浓度为15 mg/L时，色度去除率为78.2%，浊度去除率为82.3%，CODCr去除率为86.3%，BOD5去除率为88.2%，硫化物去除率为 83.5%。各项指标的去除率均有所下降，尤其是BOD和硫化物两项指标的去除率下降较多，主要是由于PAFC水解形成的胶体对废水中的各种细小颗粒产生包裹效应，在一定程度上阻隔了高铁酸钾的氧化作用。

2.4高铁酸钾-PAFC联用机理探讨

PAFC是由铝盐和铁盐复合共聚而形成的一种新型高效无机高分子混凝剂，集中了铝盐和铁盐的优点，显著改善了Al3+和Fe3+的形态，具有很高的聚合度。该混凝剂水解速度快、水合作用弱，在碱性条件下快速生成金属氢氧化物，并导致“卷扫”絮凝，同时Al3+和Fe3+互补增效，形成双重絮凝作用，使絮体很快沉淀。其处理效果优于明矾、聚合氯化铝、聚合硫酸铁等混凝剂，并且用药量少，处理量大，比其他混凝剂节约10%～20%费用[10]。

高铁酸钾-PAFC联用既可充分发挥各自的优点，又能形成优势互补、协同增效的作用，从实验数据可以看出，PAFC的引入可提高高铁酸钾对色度的去除率，而高铁酸钾则可提高PAFC对COD 、BOD、硫化物的去除率。

3 结 论

本实验采用高铁酸钾与价格低廉的聚合氯化铝铁(PAFC)联用的方法，对造纸综合废水进行了处理，目的在于寻求一种既能对高铁酸钾处理废水起到增效作用，又可降低其使用成本，进而拓宽其应用范围的方法。

实验结果表明，高铁酸钾与PAFC联用，对造纸综合废水的处理效果优于高铁酸钾单独使用的效果；先用高铁酸钾进行处理，再加入PAFC的处理效果优于先用PAFC处理，再加入高铁酸钾的处理效果；当高铁酸钾浓度为10 mg/L，PAFC浓度达到25 mg/L时，对造纸综合废水色度去除率为85.4%，浊度去除率为87.8%，CODCr去除率为89.7%，BOD5去除率为96.5%，硫化物去除率为 92.6%。

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(责任编辑：董凤霞)

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 准先生，讲师。现从事基础化学教学与研究工作。

TS79

A

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

2017- 06- 19(修改稿)