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    1·2　實驗主要儀器、藥品

    主要實驗儀器有:梅宇MY-3000K型六聯(lián)攪拌機及其它水質(zhì)分析儀器,水質(zhì)分析按相應國家標準方法進行[3]。

    實驗使用的水處理藥劑PAC、PAS、PFS使用時配成質(zhì)量分數(shù)為5%的水溶液,w(FeSO4·7H2O)配為10%的水溶液,陽離子型聚丙烯酰氨(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　實驗方法

    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象。在考察pH對廢水COD去除影響時,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后取上清液測定其COD值。計算COD去除率,得出最佳pH范圍。在考察混凝劑投加量對廢水COD去除影響時,調(diào)節(jié)廢水pH至由前面實驗得出的最佳pH建立投藥量序列,攪拌,靜置30min后取上清液測定其COD值。計算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、攪拌方式及沉淀時間對廢水COD去除的影響。攪拌方式的正交實驗按表2中選取的因素和水平作L9(34正交實驗,計算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驗中,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束前30s投加,廢水靜置30min后取上清液測定其COD值,計算COD去除率,得出最佳投藥量。在最佳沉淀時間的確定實驗中,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取上清液測定其COD值,計算COD去除率,得出最佳沉淀時間(以上實驗均作廢水空白對照實驗)。

    2　實驗結果與討論

    2·1　混凝劑的篩選

    2·1·1　pH對混凝效果的影響

    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用中受到較大的限制。

    2·1·2　投藥量對混凝效果的影響

    由圖2知,對于水質(zhì)Ⅰ的廢水(高濃度廢水)PFS需投加1g/L以上方能達到較好的效果COD去除率為15%左右;PAC在投加1·6g/L時達到最佳去除效果,COD去除率為25%左右PAS在投加526·32mg/L時去除率最高,COD去除率可達35%;硫酸亞鐵的投加量對其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時效果最明顯,COD去除率達33%左右。

    而對于水質(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,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。

    綜合以上結果,結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,認為鋼鐵廠廢酸是最適宜的混凝劑,因為:①使用鋼鐵廠廢酸不需藥劑費,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,由鋼鐵廠單獨處理費用不低,而用于處理印染前處理廢水則實現(xiàn)了“以廢治廢”的目的。當然鋼鐵廠廢酸也存在著一些缺陷:比如鋼鐵廠廢酸對廢水的濁度去處率并不高,且會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對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預處理措施是可行的。

     2·2　混凝實驗條件的優(yōu)化

     2·2·1　攪拌方式的正交實驗

     攪拌方式的正交實驗見表3[4]。

     通過對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,攪拌時間為2min;慢速攪拌轉(zhuǎn)速為40r/min,攪拌時間為10min。各因素對COD去除率影響的重要程度排序為: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投加量是一個比較敏感的因素,投加量若適當,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,非但不能改善混凝效果,反而會使COD去除率低于不投加CPAM時的情況。這可能是由于過量的CPAM會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時去除率達到最高值,沉淀更長的時間后,膠體可能會發(fā)生再穩(wěn),導致出水COD值上升。故選取最佳沉淀時間為20min。

    3　結　論

    (1)實驗選取了PFS、PAC、PAS、硫酸亞鐵及鋼鐵廠廢酸對印染前處理廢水進行了混凝沉淀研究,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)鋼鐵廠廢酸相對于其它混凝劑有著較好的混凝效果,且不需對廢水進行pH調(diào)節(jié),操作方便,同時可實現(xiàn)以廢治廢,具有較好的經(jīng)濟效益與環(huán)境效益。

    (3)以鋼鐵廠廢酸為混凝劑對混凝條件進行優(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35%左右。