造纸废水混凝-生化处理.doc

造纸废水混凝-生化处理研究The research in the treatment of paper-made wastewater coagulation摘要 用正交试验法对造纸废水混凝处理的最佳试验条件进行了研究。通过混凝剂投加量、PH对造纸废水的浊度、COD去除率的影响研究，证实在混凝试验的影响因素中PH、混凝剂投加量起着重要作用。研究结果表明：在PAC投加量为1300mg/L、PAM投加量为35mg/L、pH值为8时，对造纸废水处理得到较为满意的效果。在最优化条件下，COD除去率为40.6%，浊度去除率可达95.1%。经过混凝后，达到生化处理要求条件，进行后续二级生化处理。关键词 正交试验； 造纸废水； 混凝剂 Abstract: This paper has studied the best testing conditions of coagulation treatment of papermaking wastewater by orthogonal experimental method. Based on the research of the coagulation dose, PH of papermaking wastewater turbidity and the influence of COD removal, we confirmed the test in the coagulation in the influential factors of PH and coagulation dose plays an important role. The research result shows that papermaking wastewater treatment could get satisfactory effect when the pH value to 8, the optimum dosage of the PAC is 1300mg/L, the optimum dosage of the PAM is 35mg/L.Under the optimized conditions, COD removal rate can reach about 40.6% and the light transmittance of clear liquor could reach 95.1%. After the coagulation treatment then continue the biological treatment.Key words: Orthogonal experiment; Papermaking wastewater; Coagulating agent; 1引言造纸工业是一个与国民经济和社会建设息息相关的重要工业部门，而造纸废水却是重要的环境污染源之一，已经成为制约造纸工业发展和水污染治理的瓶颈1。目前我国造纸业排放废水占全国工业废水排放总量的15%左右，COD排放占全国工业COD排放总量的1/3以上。造纸工业废水的严重污染和危害已经引起了人们的广泛关注2。造纸废水具有污染物种类多，COD含量高，排放量大等特点,废水中含有大量的木质素及其降解产物，包括氯化苯酚类(CPs)和五氯苯酚类(PCP)等持久性有毒有害有机污染物3。常用的污水处理方法有回收法、电渗析、生化法等47，但是技术含量高、投资大、运行费用高，因此，需要研究经济、高效的废水处理工艺以取得理想的处理效果。混凝法是目前水处理工艺的主要方法之一，因其适应性强、操作简单、基建投资低等优点而被广泛采用，特别是造纸废水，广泛采用混凝法进行预处理8。随着水体污染的加深,混凝法在水处理中的作用愈来愈重要,特别是以聚合氯化铝(PAC)为代表的无机高分子混凝剂的出现,是混凝理论和实践发展的一个新阶段9。王森等10研究表明，对于造纸废水的混凝处理，聚合氯化铝的混凝处理效果要好于硫酸铝，并且聚合氯化铝和阳离子聚丙烯酰胺配合使用时，可以达到理想效果，满足生产要求。因此本实验选择聚合氯化铝作为混凝剂，聚丙烯酰胺作为助凝剂，确定最佳pH值和最佳投药量。废纸造纸废本主要含有半纤维素、本质素及其衍生物、细小纤维、无机填料、油墨、染料等污染物，且其受原料、生产工艺及吨纸水耗等的影响，水质波动较大【11】，因此不同造纸废水的混凝条件有所不同。本文研究了丹东市某造纸厂废水，采用正交试验法研究了PH、混凝剂加入量对造纸废水的浊度、COD的去除率的影响，找出较优的处理条件, 为该厂实际生产提供可靠依据。2 实验部分2.1废水来源及水质实验废水取自丹东市某造纸厂，呈黄棕色浑浊液，粘度大，有刺激性气味。废水成份分析结果如表1所示。表1 废水成份分析项目COD/(mg.L-1)PH浊度/(mg.L-1)色 度/度数值（均值）165006104612002.2药剂絮凝剂：聚合氯化铝（PAC）、聚丙烯酰胺（PAM），由丹东某化学技术有限公司提供。分析用药剂（均为分析纯）：硫酸、重铬酸钾、硫酸银、硫酸汞、硫酸亚铁铵。2.3实验仪器和设备GDS-3B电光式浊度仪 JJ-4六联搅拌器 PHS-2C 精密酸度计 微机控压密闭微波消解仪MDS-2002AT 生物相XS212-103 型电子显微镜2.4试验方法2.4.1混凝方法将PAC配制成1%，pAM配制成0.1%的溶液，PAM临用现配。将造纸废水原液按照1:1稀释后，取200ml装入烧杯，定位在搅拌器上，开动搅拌器。先加入PAC，在270r/min下搅拌30s后，将转速调成70 r/min搅拌120s；然后加入PAM，在270r/min下搅拌30s后，将转速调成70 r/min搅拌300s；静置20min用注射器在上清液的二分之一处取样50mL，测定浊度及COD。2.4.2正交试验通过单因素实验发现在众多影响因素中水样的PH值、混凝剂PAC投加量助凝剂PAM用量对混凝的效果影响比较重要，因此本文选取以上3个因素为正交试验的因子。对上述3个因素各自水平的选取,依据单因素试验各因子的水平应选定为5个,尽量使水平覆盖要考察的范围。!根据单因素条件实验的结果，选定五水平三因素，如表2所示。根据试验的因素和水平，选用L25(53)正交试验表，试验设计如表2所示。表2 正交试验因素与水平因素名称水平PAC投加量（mg/l）PAM投加量（mg/l）PH1100542500155390025641300357517004583 结果与讨论3.1结果根据表2，按正交拉丁组合规则设计实验方案，选用L25(53)表，混凝处理测定结果及根据测定结果进行的极差分析和水平优选结果见表3。表3 正交实验及优化实验结果序号PACPAMPH浊度去除率%COD去除率%111176.023.8212287.716.25313386.920.8414488.819.4515588.921.1621284.925.6722388.621.0823489.321.0924590.438.51025190.030.11131366.732.01232491.629.21333593.428.71434192.438.31535287.219.51641487.735.61742594.434.61843192.835.51944290.538.92045389.138.12151586.236.72252193.835.92353293.734.62454392.735.52555491.334.2*44595.140.6浊 k185.66080.30089.000度 k288.64091.22088.800去 k386.26091.22084.800除 k490.90090.96089.740率 k591.54089.30090.660 R5.88010.9205.860C k120.27030.74032.720O k227.24027.39026.970D k329.54028.12029.480去 k436.54034.12027.880除 k535.38028.60031.920率 R16.2706.7305.750注：*为优化结果验证实验k，k为各因素同一水平相应去除率的平均值；R, R为极差，等于相应因素各水平对应的实验指标平均值中的最大值减最小值。极差是衡量数据波动大小的重要指标，极差越大的因素越重要。由表3中极差R，R，值可知，影响浊度混凝效果的主要因素是：PAM用量，其他因素次之；影响COD混凝效果的主因素要是PAC用量其他因素次之。以k， k为纵坐标，因素水平为横坐标，分别做因素-指标关系图如下： 图1 PAC投加量对混凝的影响 图2 PAM投加量对混凝的影响图3 PH对混凝的影响2.4.3 造纸废水生化处理废纸造纸废水含有很多如纤维素、半纤维素、细小纤维、油墨、染料等不易降解的大分子有机物，致使废水的BOD/COD比值较低(0.3)，可生化性差2。采用厌氧一好氧结合工艺，可大大提高废水的可生化性，从而使其适合生化处理。本实验通过对厌氧一好氧废水造纸废水处理系统中污水水质变化与生物相之间变化关系的研究，确定出能判断污水处理系统环境条件和处理水质好坏的指示性生物，这对实际操作中的运行管理有着指导意义。 在采用实验室自配水驯化培养一段时间后，引入造纸废水，按10% ，20% ，40%， 70% ，100%的配比逐渐引入，使活性污泥逐渐适应造纸废水的条件。3.2 讨论3.2.1各因素对混凝结果影响分析(1)PAC对混凝效果的影响。PAC投加量影响混凝效果的重要的因素,PAC具有良好的去除水中色度、SS、COD、BOD及砷、汞等重金属离子的特点。聚氯化铝由一系列不同聚合度的无机高分子化合物所组成，主要成分为AI4（OH）24（H2O）24（H2O）127+，为具Keggin结构的高电荷聚合环链体形，对水中胶体和颗粒物具有高度电中和及桥联作用，并可强力去除微有毒物及重金属离子，性状稳定。在水中与胶体颗粒所带的负电荷瞬间中和作用。使胶体脱稳，胶体颗粒迅速混凝，并进一步架桥生成絮团而快速沉淀。由表3知PAC投加量在1300mg/L，对COD的去处效果最佳，对浊度的去除效果也较好。当投药量增加时,会使水中的各种羟基合铝离子与污物胶体发生电中和、吸附、卷扫作用。但是当增至一定程度后,这些多种羟基合铝离子表面活性中心将被占满,反而影响其电中和作用,同时这些多种羟基合铝离子过量后会使污物颗粒形成带正电荷胶体而重新分散在水中,从而降低絮凝效果。(2) PAM对混凝效果的影响。絮凝剂PAM投加量是影响混凝效果的另一重要因素，聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺（PAM）是一种线型水溶性高分子。 PAM颗粒表面的动电位是颗粒阻聚的原因，能使动电位降低而凝聚;PAM分子链固定在不同的颗粒表面上，各颗粒之间形成聚合物的桥，使颗粒形成聚集体而沉降;PAM分子上的极性基团颗粒产生各种吸附;PAM分子链与分散相通过种种机械、物理、化学等作用，将分散相牵连在一起，形成网状，从而起增强作用,因此它能促进水的混凝过程，产生大而结实的矾花而迅速沉降。试验证明:PAM加入量35mg/L为宜。PAM起到桥联絮凝和网络絮凝的作用,使絮团紧密结合,颗粒沉降速度加快,从而COD的除去率也得到提高,达到理想混凝处理效果。(3)pH值对混凝效果的影响。一方面pH值小于4的范围内,PAC在水中的水解状态主要是六水合铝离子,当PH升高六水合铝离子发生水解，生成各种羟基合铝离子，各离子的羟基之间发生架桥连接，产生多核羟基配合物，这些配合物低聚合度的对造纸废水具有脱稳凝聚作用，高聚合度羟基配合物具有桥连作用。另一方面，pH值直接影响废水中胶体颗粒界面的电位按照胶体化学的基本理论，只有当废水pH值达到某一数值范围时，其电位才能导致胶体最终脱稳、聚沉另外，PH值还影响絮凝剂的水解过程及最终水解形态当pH值小于3时，铝的形态主要以Al(H20)63+存在；当PH值大于4时，铝的形态主要以碱铝离子存在，并有氢氧化铝形成；当pH值大于9时，会生成偏铝酸盐。由此可见，混凝的pH值应控制在49之间比较合适在此范围内由表3知PH值在4和8时 COD、浊度的去除效果较好，但是考虑后续生物处理，PH为8比较适宜。因此最佳PH值确定为8。（4）其他因素的影响。混凝时间都是影响混凝的次要因素。絮凝时间对混凝影响变化不大,主要原因是加入的PAM发挥了强大的桥联和卷扫絮凝作用,可以大大缩短絮凝时间,所以选择5min即可。3.2.2最优化条件验证由表3可看出,以透光率和COD除去率为指标的最优生产条件为:在,pH值为8,PAC的投加量为1300mg/L,PAM的加入量为35mg/L,经实验验证(表3),在最优化条件下,COD的除去率为40.6%,经处理后水的透光率可达95.1%,实验结果与理论推测相符。李晔12等在用PAC和PAM对造纸黑液混凝效果的研究中表明，直接用絮凝法对高浓度的造纸黑液进行处理对COD 的去除率一般为60%-70%，但本实验对COD的去除率只有40.6%，可能是因为该造纸厂的废水中含有的可溶性物质较多，仅采用絮凝法很难达到良好效果，因此处理效率不高。4结论(1)经研究发现,使用PAC和PAM复合处理高浓度造纸废水能使COD从8130mg/L降到3300mg/L,因此混凝处理高浓度造纸废水是切实可行的。(2)用PAC和PAM复合处理高浓度造纸废水的最优化条件为,pH值为8,PAC的投加量1300mg/L,PAM的投加量35mg/L时，浊度去除率为95.1%，COD去除率为40.6%。（3）从试验结果可以看出，直接用絮凝法对高浓度的造纸废水进行处理，浊度的去除率很高，但对COD的去除率为40.6%，剩余COD 仍大于3000 mg/L，远远达不到国家规定的排放标准。其主要原因是，絮凝法可以将木质素、纤维素大部分去除，絮凝形成的矾花具有一定的吸附功能，也可吸附去除少量的水溶性有机物，但是大部分的水溶性污染物是不能去除的，需要采