1·2　實(shí)驗(yàn)主要儀器、藥品

    主要實(shí)驗(yàn)儀器有:梅宇MY-3000K型六聯(lián)攪拌機(jī)及其它水質(zhì)分析儀器,水質(zhì)分析按相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行[3]。

    實(shí)驗(yàn)使用的水處理藥劑PAC、PAS、PFS使用時(shí)配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的水溶液,w(FeSO4·7H2O)配為10%的水溶液,陽(yáng)離子型聚丙烯酰氨(CPAM)配為0·2‰的水溶液。鋼鐵廠廢酸取自某鋼鐵廠,主要成分包括:游離酸、Fe2SO4、Fe2(SO4)3及少量Cr(Ⅵ)、Cr、Ni、氟化物等。原水pH的調(diào)節(jié)用質(zhì)量濃度為15%的鹽酸。

    1·3　實(shí)驗(yàn)方法

    在混凝劑的篩選工作中,確定廢水的pH和混凝劑的投加量為主要考察對(duì)象。在考察pH對(duì)廢水COD去除影響時(shí),在1000mL燒杯中加入500mLpH調(diào)為一定梯度的廢水,固定混凝劑投加量為10mL,攪拌,靜置30min后取上清液測(cè)定其COD值。計(jì)算COD去除率,得出最佳pH范圍。在考察混凝劑投加量對(duì)廢水COD去除影響時(shí),調(diào)節(jié)廢水pH至由前面實(shí)驗(yàn)得出的最佳pH建立投藥量序列,攪拌,靜置30min后取上清液測(cè)定其COD值。計(jì)算COD去除率,得出最佳投藥量。

    混凝優(yōu)化主要考慮助凝劑的投加量、攪拌方式及沉淀時(shí)間對(duì)廢水COD去除的影響。攪拌方式的正交實(shí)驗(yàn)按表2中選取的因素和水平作L9(34正交實(shí)驗(yàn),計(jì)算COD去除率,通過極差分析得出最佳攪拌方式。在助凝劑最佳投加量的確定實(shí)驗(yàn)中,廢水pH、混凝劑投加量、攪拌方式均調(diào)至最優(yōu)值,建立助凝劑投加量梯度,助凝劑在快速攪拌結(jié)束前30s投加,廢水靜置30min后取上清液測(cè)定其COD值,計(jì)算COD去除率,得出最佳投藥量。在最佳沉淀時(shí)間的確定實(shí)驗(yàn)中,廢水pH、混凝劑助凝劑投加量、攪拌方式均調(diào)至最優(yōu)值,攪拌后分別沉淀10min、20min、30min、1h、2h取上清液測(cè)定其COD值,計(jì)算COD去除率,得出最佳沉淀時(shí)間(以上實(shí)驗(yàn)均作廢水空白對(duì)照實(shí)驗(yàn))。

    2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

    2·1　混凝劑的篩選

    2·1·1　pH對(duì)混凝效果的影響

    由圖1可知,PFS、PAC、PAS及硫酸亞鐵的最佳pH范圍分別為:6·5、6、3、10左右。相對(duì)于其它混凝劑,PAS有著較好的混凝效果,且出水較為清澈,濁度去除率較高。但是其要求原水pH調(diào)至5以下才適宜于混凝處理,而出水pH則需再用堿由3左右調(diào)至7左右才適宜于生物處理,這需要消耗較大量的酸和堿,使其在棉紡織印染前處理廢水的處理應(yīng)用中受到較大的限制。

    2·1·2　投藥量對(duì)混凝效果的影響

    由圖2知,對(duì)于水質(zhì)Ⅰ的廢水(高濃度廢水)PFS需投加1g/L以上方能達(dá)到較好的效果COD去除率為15%左右;PAC在投加1·6g/L時(shí)達(dá)到最佳去除效果,COD去除率為25%左右PAS在投加526·32mg/L時(shí)去除率最高,COD去除率可達(dá)35%;硫酸亞鐵的投加量對(duì)其COD去除效果影響不大,但COD去除效果不是很好,基本在20%左右;鋼鐵廠廢酸在投加40mL/L時(shí)效果最明顯,COD去除率達(dá)33%左右。

    而對(duì)于水質(zhì)Ⅱ的廢水(低濃度廢水),PFSPAC、PAS、硫酸亞鐵及鋼鐵廠廢酸在最佳pH下的最佳混凝劑投藥量分為:1g/L、2·1g/L210mg/L、2·2g/L左右(往上投加效果不明顯及20~30mL/L(20mL/L以上效果差別不大)見圖3。與圖2相比,在最佳投藥量時(shí),低濃度原水的COD去除率普遍要比高濃度原水去除率高10%左右,且藥劑消耗量明顯更少。

    綜合以上結(jié)果,結(jié)合印染前處理廢水的水質(zhì)特性及后續(xù)生物處理的要求,并考慮到處理成本,認(rèn)為鋼鐵廠廢酸是最適宜的混凝劑,因?yàn)?①使用鋼鐵廠廢酸不需藥劑費(fèi),但混凝效果卻不亞于其它混凝劑;②鋼鐵廠廢酸在最佳投加量處可使出水的pH降低4個(gè)pH單位,稍作pH調(diào)節(jié)即可用于后續(xù)的生物處理工藝,既省去了調(diào)節(jié)pH的步驟,又降低了處理成本;③鋼鐵廠廢酸為鋼鐵廠的副產(chǎn)品,由鋼鐵廠單獨(dú)處理費(fèi)用不低,而用于處理印染前處理廢水則實(shí)現(xiàn)了“以廢治廢”的目的。當(dāng)然鋼鐵廠廢酸也存在著一些缺陷:比如鋼鐵廠廢酸對(duì)廢水的濁度去處率并不高,且會(huì)增加出水的色度和鹽度。另外,廢酸中含有的部分重金屬離子可能會(huì)對(duì)生物存在一定的副作用。但總的來說使用鋼鐵廠廢酸作為組合工藝的第一級(jí)預(yù)處理措施是可行的。

     2·2　混凝實(shí)驗(yàn)條件的優(yōu)化

     2·2·1　攪拌方式的正交實(shí)驗(yàn)

     攪拌方式的正交實(shí)驗(yàn)見表3[4]。

     通過對(duì)各因素的極差分析可以發(fā)現(xiàn):最佳的攪拌方式為A2B2C2D3,即快速攪拌轉(zhuǎn)速為300r/min,攪拌時(shí)間為2min;慢速攪拌轉(zhuǎn)速為40r/min,攪拌時(shí)間為10min。各因素對(duì)COD去除率影響的重要程度排序?yàn)?A>C>D>B。

    2·2·2　助凝劑最佳投藥量的確定

    由圖4知CPAM的最佳投加量為4mg/L,且CPAM投加量是一個(gè)比較敏感的因素,投加量若適當(dāng),則可較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當(dāng),非但不能改善混凝效果,反而會(huì)使COD去除率低于不投加CPAM時(shí)的情況。這可能是由于過量的CPAM會(huì)使廢水中的膠體物質(zhì)帶有過量的正電荷,使膠體之間相互排斥、絮凝性能變差。

    2·2·3　最佳沉淀時(shí)間的確定

    從圖5中可以看出,沉淀20min與沉淀30min具有同等的COD去除率,沉淀1h時(shí)去除率達(dá)到最高值,沉淀更長(zhǎng)的時(shí)間后,膠體可能會(huì)發(fā)生再穩(wěn),導(dǎo)致出水COD值上升。故選取最佳沉淀時(shí)間為20min。

    3　結(jié)　論

    (1)實(shí)驗(yàn)選取了PFS、PAC、PAS、硫酸亞鐵及鋼鐵廠廢酸對(duì)印染前處理廢水進(jìn)行了混凝沉淀研究,得出PFS、PAC、PAS及硫酸亞鐵的最佳pH范圍分為:6·5、6、3、10左右;對(duì)于水質(zhì)Ⅰ的廢水,PFS、PAC、PAS、硫酸亞鐵及鋼鐵廠廢酸的最佳投藥量分為:1g/L、1·6g/L、526·32mg/L、4·4g/L及40mL/L;對(duì)于水質(zhì)Ⅱ的廢水,PFS、PAC、PAS、硫酸亞鐵及鋼鐵廠廢酸最佳混凝劑投藥量分為:1g/L、2·1g/L、210mg/L、2·2g/L左右及20mL/L。

    (2)鋼鐵廠廢酸相對(duì)于其它混凝劑有著較好的混凝效果,且不需對(duì)廢水進(jìn)行pH調(diào)節(jié),操作方便,同時(shí)可實(shí)現(xiàn)以廢治廢,具有較好的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益。

    (3)以鋼鐵廠廢酸為混凝劑對(duì)混凝條件進(jìn)行優(yōu)化,得出最佳攪拌方式為:快速攪拌300r/min攪拌2min,慢速攪拌40r/min攪拌10min;最佳沉淀時(shí)間為20min;助凝劑CPAM以投加4mg/L為宜。在最佳混凝條件下,原水COD去除率可達(dá)35%左右。