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低温下混凝活性炭工艺用于纺织废水的处理

  低温下混凝活性炭工艺用于纺织废水的处理

  孙斌1,2,王捷1,2,张宏伟1,2

  (1.天津工业大学环境与化学工程学院,天津300160;2.天津工业大学中空纤维膜材料与膜过程省部共建国家重点实验室培育基地,天津300160)

  摘要:为解决低温下单独混凝对纺织废水处理效果不佳的问题,分析了3种混凝剂的最佳投药量,比较了活性炭投加方式对混凝效果的影响,并研究了低温条件下混凝活性炭联合工艺对纺织废水的处理效果。实验结果表明:常温(20~30℃)下,碱式氯化铝(BAC)效果最好,最佳投药量为100 mg/L,对原水中CODCr、色度和TP的去除率分别为51.44%、70.00%和93.48%,而在低温(10~15℃)下只有31.60%、50.00%和75.36%。采用混凝活性炭联合工艺后,20 mg/L活性炭在聚合氯化铝(PAC)之前投加,对CODCr的去除率达到了73.80%。

  关键词:混凝;活性炭;低温;纺织废水

  中图分类号:TS 190.3文献标志码:A

  文章编号:0253-9721(2011)11-0078-05

  纺织废水是纺织工业污染的主要来源之一,其排放量大,污染程度高,而且随着纤维产品、浆料、染料、洗涤剂、化学助剂和整理剂等的应用[1],具有高COD(化学需氧量)和高色度的特点,另外随着含磷染料的使用,纺织废水中TP(总磷)的含量日渐升高。采用传统的物化(沉淀、气浮)或生物方法处理这种纺织废水均难以达标。混凝处理工艺相对于其他纺织废水的处理方法,具有投资费用低,设备占地少,处理容量大,脱色率高等优点,能够有效地降低纺织废水中的COD和TP,现在仍是目前国内外用于提高纺织废水处理效率的一种既经济又简便的技术[2]。在混凝工艺中,温度是影响混凝效果的一个重要因素,温度每降低10℃,混凝速度将降低1倍。在低温状态下,水的黏度增大,混凝剂的水解速度降低,导致水解不完全,给絮体的形成以及沉降造成了很大的困难。基于以上原因,常用的方法是增加混凝剂的用量和投加高分子助凝剂,尽管这样,出水水质仍难以达到要求[3]。活性炭由于其特有的吸附特性,能够有效地去除水中的色、嗅、味和各种有机物。活性炭的吸附受温度的影响较小,在低温条件下与混凝联用,可以充分发挥两者工艺的特点,有效地去除纺织废水中的COD、色度和TP。

  本文实验以某纺织污水厂生化池出水为原水,主要考察低温对混凝效果的影响,以期为解决低温下单独混凝效果不佳的问题提供理论指导。本文实验采用了混凝活性炭联合工艺来强化常规混凝处理工艺。

  1·实验部分

  1.1原水

  原水来自某纺织污水处理厂生化沉淀池出水,其中各项指标为:化学需氧量CODCr:76.86~95.63 mg/L,生化需氧量BOD:14~25 mg/L,色度:40~80倍,悬浮固体颗粒质量浓度SS:20.5~40.6 mg/L,氨氮NH3-N:8.03~16.02 mg/L,总磷TP:0.49~3.44 mg/L,总氮TN:15.62~18.21 mg/L,总溶解性颗粒物质量浓度:1 201~2 172 mg/L。生化池出水温度一年内的变化情况见表1。

  分别考察了常温(5~10月,20~30℃)和低温(采用人工降温,5~10℃)下强化混凝对纺织废水的处理效果。

  1.2药品

  聚合氯化铝(PAC,黄色固体),化学纯,天津某纺织工业园;碱式氯化铝(BAC,深灰色固体),化学纯,天津中天设计院;高效铝铁(PAFC,深棕色液体),化学纯,北京万水净水剂有限公司;FJS系列环保湿式活性炭(黑色固体粉末),化学纯,遵化路达商贸有限公司。配成乳浊液,采用湿式投加方式。

  1.3仪器

  光明牌高温电磁炉;T6新世纪紫外分光光度计;贝克曼粒度分析仪(DelsaTMNano C);ZR4-6混凝实验搅拌机。

  1.4方法

  混凝实验:分为快速搅拌、慢速搅拌和静置沉淀3个阶段。具体操作步骤为:在快速混合阶段加入混凝剂,经过分段搅拌后,静置沉淀并取上清液进行各项指标的测定。搅拌速度和时间依次为:1)280 r/min、1 min;2)50 r/min、15 min;3)0 r/min、30 min。采用混凝活性炭联合工艺时,活性炭投加后,以50 r/min的速度慢速搅拌1 h。

  为了模拟原水在低温季节的状态,采用人工降温的方法来评价不同药剂在低温下的混凝效果。化学需氧量CODCr采用重铬酸钾高温消解法测定。总磷TP采用钼锑钪分光光度法测定。色度采用稀释倍数法测定。

  2·结果与分析

  2.1常温下各种混凝剂效果分析

  常温下,分别以PAC、BAC以及PAFC为混凝剂,观察混凝剂的种类和质量浓度对原水中CODCr、色度和TP去除效果的影响。出水中CODCr、色度和TP随混凝剂质量浓度变化情况见图1。

  从图可见,常温下PAC、BAC和PAFC对原水中CODCr的去除效果都很理想。随着3种混凝剂质量浓度的增加,出水的CODCr、色度和TP逐渐下降,其中BAC的最佳质量浓度为100 mg/L,此时出水CODCr降到45.04 mg/L。当混凝剂质量浓度超过在低温条件下的PAC、BAC和PAFC对原水中定量时,过量的混Cr凝剂会在矾花的表面形成一种保护层,这会延缓网捕吹扫以及吸附架桥作用的发生。3种混凝剂对色度也能够有效地去除,质量浓度在50 mg/L以上时能够将色度降到30倍以下。原水中的TP也能够有效地去除,出水的TP基本上能够维持在1 mg/L以下。

  2.2低温下各种混凝剂效果分析

  低温下,分别以PAC、BAC以及PAFC为混凝剂,考察温度对原水中CODCr、色度和TP去除效果的影响。出水中CODCr、色度和TP随混凝剂质量浓度的变化情况见图2。

  在低温条件下,PAC、BAC和PAFC对原水中CODCr的去除效果相对常温下有较大程度的下降。虽然随着投药量的增加,CODCr有所下降,但是去除效果并不理想,出水的CODCr还是维持在一个较高的水平,其中PAC在低温下的效果最好,去除率也只有31.60%。这是因为在低温下,混凝剂的水解难度增加,布朗运动速度减弱,不利于颗粒的脱稳,而且在低温下,胶体颗粒的水化作用增强,这会妨碍胶体的凝聚,所以低温条件下单独增加混凝剂的用量很难有效地降低纺织废水中的CODCr,而从图2(b)、(c)中可看出,低温下对色度和TP的去除并没有较大的影响。

  2.3低温下活性炭投加方式实验分析

  原水中粒径分布见图3,根据前面的结论,低温条件下,单独使用混凝剂很难将纺织废水中的CODCr有效地去除。

  活性炭具有很高的比表面积,对水中的大部分有机物、芳香族化合物和卤代烃均具有较强的吸附能力,所以是去除水中嗅味、有机物及其他微污染物质的有效药剂。而且活性炭对有机物的吸附主要是物理吸附,吸附力主要是分子间力,受温度的影响不大[4-5]。因此,在本文实验中,尝试将活性炭与混凝剂联合使用的工艺。有研究[6]证明,在使用活性炭的时候,必须注意投加时间点和投加量的选择。相关实验表明:活性炭对原水中有机物的吸附作用在1 h内基本完成,其对有机物的最大去除率出现在前30 min,反应时间超过1 h后有机物去除率的提高幅度不大,吸附效果增加不明显。但如果吸附反应时间不够,会造成活性炭的沉淀,浪费部分吸附能力。有实验[7]表明,活性炭对于原水中颗粒粒径在1~10μm区间的小分子颗粒有很好的吸附效果。而混凝主要去除的是原水中颗粒粒径在10~50μm之间的大颗粒物质,根据图3中原水中颗粒粒径分布图可以看出,实验中所用的原水中颗粒的粒径大部分处于5~20μm之间。可以看出,混凝和活性炭吸附的分子中有一个交叉范围,所以活性炭的投加方式在联合工艺中显得至关重要,实验中会进一步验证这个问题。

  活性炭投加方式对原水中COD、色度和TP去除效果的影响见表2。可以看出:低温下,活性炭在混凝剂之前投加的联合实验效果最好,3种混凝剂中以PAC效果最好,出水的CODCr从97.3 mg/L降至42.50 mg/L,色度从50倍降至25倍,TP从2.67 mg/L降至0.33 mg/L。从活性炭与纺织废水的混合、保证足够的吸附时间以及活性炭与水分离的角度分析:活性炭的投加时间应尽量前移,如果在混凝剂之后投加活性炭,混凝形成的絮体会把活性炭包裹起来,这样就无法发挥活性炭的吸附作用[8-9]。实验结果和分析表明,活性炭的最佳投加时机应该在混凝剂之前。

  2.4低温下活性炭与混凝剂的联合

  低温下,将粉末活性炭与混凝剂联合使用,考察联合工艺对出水中CODCr、色度和TP的去除效果,具体变化情况见图4。

  从图4可以看出:低温条件下,相比单独混凝,混凝活性炭联合工艺能够有效地去除原水中的CODCr,出水的CODCr从92.75 mg/L降至24.37 mg/L,去除率从31.60%提高至73.80%,对色度和TP的去除也有一定程度的提高。

  从实验结果还可看出,出水水质并不随着活性炭浓度的增加一直降低,活性炭最佳质量浓度为20 mg/L,当活性炭质量浓度高于30 mg/L时,出水的CODCr、色度和TP反而会上升,这是因为过量的活性炭会影响混凝剂形成矾花,所以,混凝活性炭的联合使用能够充分发挥两者对有机物的吸附去除能力,解决了低温条件下单独混凝效果不佳的问题[10-11]。

  4·结论

  1)在常温(20~30℃)条件下,PAC、BAC和PAFC都能够对纺织废水中的CODCr进行有效地去除,其中,BAC的效果最好,CODCr、色度和TP的去除率为51.44%、70.00%和93.48%。PAC的最佳质量浓度为150 mg/L,BAC为100 mg/L,PAFC为300 mg/L。

  2)低温(10~15℃)条件下,单独使用混凝剂很难有效地去除纺织废水中的CODCr,PAC的去除率只有31.60%,采用混凝活性炭联合工艺时,活性炭的最佳投药方式是在混凝剂之前投加,当活性炭的质量浓度为20 mg/L时,出水CODCr的去除率能提高到73.80%。

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