常州某印染厂前处理车间主要从事各种全棉和棉弹类梭织面料的印染前处理加工。车间每天排放废水约300~400t,COD(化学耗氧量)值波动范围约为6000~30000mg/L,pH为13左右。目前工厂对该车间废水先做一些简单的预处理措施,然后再与与染色废水混合集中处理,但处理效果并不是很好,最终的生化池出水COD值经常在100mg/L左右波动,难以达到一级排放标准。针对印染前处理废水的水质特性,本研究采取分质处理的思路对该车间的废水单独进行处理,以期使该车间废水在与其它工序废水混合之前水质大为改善、污染负荷大幅降低[1]。实验选取聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铝(PAS)、聚合硫酸铁(PFS)、硫酸亚铁(FeSO4・7H2O)和钢铁厂废酸对印染前处理废水进行混凝沉淀实验,筛选出最适宜于印染前处理废水水质理的混凝剂,并进一步对混凝条件进行优化,以期使混凝效果达到最佳[2]。

1实验部分

1・1实验水质

实验用水取自该印染厂印染前处理车间。考虑到原水COD含量波动较大,选取COD含量较高(水质Ⅰ)与COD含量为年平均值左右(水质Ⅱ)的两种不同水质的废水来进行研究。最佳pH范围的确定实验水质为水质Ⅰ,最佳投药量实验用水水质为水质Ⅰ和水质Ⅱ,见表1。

1・2实验主要仪器、药品主要实验仪器有:梅宇MY-3000K型六联搅拌机及其它水质分析仪器,水质分析按相应国家标准方法进行[3]。

实验使用的水处理药剂PAC、PAS、PFS使用时配成质量分数为5%的水溶液,w(FeSO4・7H2O)配为10%的水溶液,阳离子型聚丙烯酰氨(CPAM)配为0・2‰的水溶液。钢铁厂废酸取自某钢铁厂,主要成分包括:游离酸、Fe2SO4、Fe2(SO4)3及少量Cr(Ⅵ)、Cr、Ni、氟化物等。原水pH的调节用质量印染在线网浓度为15%的盐酸。

1・3实验方法

在混凝剂的筛选工作中,确定废水的pH和混凝剂的投加量为主要考察对象。在考察pH对废水COD去除影响时,在1000mL烧杯中加入500mLpH调为一定梯度的废水,固定混凝剂投加量为10mL,搅拌,静置30min后取上清液测定其COD值。计算COD去除率,得出最佳pH范围。在考察混凝剂投加量对废水COD去除影响时,调节废水pH至由前面实验得出的最佳pH建立投药量序列,搅拌,静置30min后取上清液测定其COD值。计算COD去除率,得出最佳投药量。

混凝优化主要考虑助凝剂的投加量、搅拌方式及沉淀时间对废水COD去除的影响。搅拌方式的正交实验按表2中选取的因素和水平作L9(34正交实验,计算COD去除率,通过极差分析得出最佳搅拌方式。在助凝剂最佳投加量的确定实验中,废水pH、混凝剂投加量、搅拌方式均调至最优值,建立助凝剂投加量梯度,助凝剂在快速搅拌结束前30s投加,废水静置30min后取上清液测定其COD值,计算COD去除率,得出最佳投药量。在最佳沉淀时间的确定实验中,废水pH、混凝剂助凝剂投加量、搅拌方式均调至最优值,搅拌后分别沉淀10min、20min、30min、1h、2h取上清液测定其COD值,计算COD去除率,得出最佳沉淀时间(以上实验均作废水空白对照实验)。

2实验结果与讨论

2・1混凝剂的筛选

2・1・1pH对混凝效果的影响

由图1可知,PFS、PAC、PAS及硫酸亚铁的最佳pH范围分别为:6・5、6、3、10左右。相对于其它混凝剂,PAS有着较好的混凝效果,且出水较为清澈,浊度去除率较高。但是其要求原水pH调至5以下才适宜于混凝处理,而出水pH则需再用碱由3左右调至7左右才适宜于生物处理,这需要消耗较大量的酸和碱,使其在棉纺织印染前处理废水的处理应用中受到较大的限制。

2・1・2投药量对混凝效果的影响

由图2知,对于水质Ⅰ的废水(高浓度废水)PFS需投加1g/L以上方能达到较好的效果COD去除率为15%左右;PAC在投加1・6g/L时达到最佳去除效果,COD去除率为25%左右PAS在投加526・32mg/L时去除率最高,COD去除率可达35%;硫酸亚铁的投加量对其COD去除效果影响不大,但COD去除效果不是很好,基本在20%左右;钢铁厂废酸在投加40mL/L时效果最明显,COD去除率达33%左右。

而对于水质Ⅱ的废水(低浓度废水),PFSPAC、PAS、硫酸亚铁及钢铁厂废酸在最佳pH下的最佳混凝剂投药量分为:1g/L、2・1g/L210mg/L、2・2g/L左右(往上投加效果不明显及20~30mL/L(20mL/L以上效果差别不大)见图3。与图2相比,在最佳投药量时,低浓度原水的COD去除率普遍要比高浓度原水去除率高10%左右,且药剂消耗量明显更少。

综合以上结果,结合印染前处理废水的水质特性及后续生物处理的要求,并考虑到处理成本,认为钢铁厂废酸是最适宜的混凝剂,因为:①使用钢铁厂废酸不需药剂费,但混凝效果却不亚于其它混凝剂;②钢铁厂废酸在最佳投加量处可使出水的pH降低4个pH单位,稍作pH调节即可印染在线网用于后续的生物处理工艺,既省去了调节pH的步骤,又降低了处理成本;③钢铁厂废酸为钢铁厂的副产品,由钢铁厂单独处理费用不低,而用于处理印染前处理废水则实现了“以废治废”的目的。当然钢铁厂废酸也存在着一些缺陷:比如钢铁厂废酸对废水的浊度去处率并不高,且会增加出水的色度和盐度。另外,废酸中含有的部分重金属离子可能会对生物存在一定的副作用。但总的来说使用钢铁厂废酸作为组合工艺的第一级预处理措施是可行的。

2・2混凝实验条件的优化

2・2・1搅拌方式的正交实验

搅拌方式的正交实验见表3[4]。

通过对各因素的极差分析可以发现:最佳的搅拌方式为A2B2C2D3,即快速搅拌转速为300r/min,搅拌时间为2min;慢速搅拌转速为40r/min,搅拌时间为10min。各因素对COD去除率影响的重要程度排序为:A>C>D>B。

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2・2・2助凝剂最佳投药量的确定

由图4知CPAM的最佳投加量为4mg/L,且CPAM投加量是一个比较敏感的因素,投加量若适当,则可较大幅度地改善混凝效果、提高COD去除率,如果投加量不是很恰当,非但不能改善混凝效果,反而会使COD去除率低于不投加CPAM时的情况。这可能是由于过量的CPAM会使废水中的胶体物质带有过量的正电荷,使胶体之间相互排斥、絮凝性能变差。

2・2・3最佳沉淀时间的确定

从图5中可以看出,沉淀20min与沉淀30min具有同等的COD去除率,沉淀1h时去除率达到最高值,沉淀更长的时间后,胶体可能会发生再稳,导致出水COD值上升。故选取最佳沉淀时间为20min。

3结论

(1)实验选取了PFS、PAC、PAS、硫酸印染在线网亚铁及钢铁厂废酸对印染前处理废水进行了混凝沉淀研究,得出PFS、PAC、PAS及硫酸亚铁的最佳pH范围分为:6・5、6、3、10左右;对于水质Ⅰ的废水,PFS、PAC、PAS、硫酸亚铁及钢铁厂废酸的

最佳投药量分为:1g/L、1・6g/L、526・32mg/L、4・4g/L及40mL/L;对于水质Ⅱ的废水,PFS、PAC、PAS、硫酸亚铁及钢铁厂废酸最佳混凝剂投药量分为:1g/L、2・1g/L、210mg/L、2・2g/L左右及20mL/L。

(2)钢铁厂废酸相对于其它混凝剂有着较好的混凝效果,且不需对废水进行pH调节,操作方便,同时可实现以废治废,具有较好的经济效益与环境效益。

(3)以钢铁厂废酸为混凝剂对混凝条件进行优化,得出最佳搅拌方式为:快速搅拌300r/min搅拌2min,慢速搅拌40r/min搅拌10min;最佳沉淀时间为20min;助凝剂CPAM以投加4mg/L为宜。在最佳混凝条件下,原水COD去除率可达35%左右。