中纖板廢水是典型的高SS、高COD、高色度的廢水，混凝是比較合適的預(yù)處理工藝。國(guó)內(nèi)外關(guān)于中纖板廢水處理方面的文獻(xiàn)中，絕大部分都是用混凝工藝作為預(yù)處理〔1-2〕，但報(bào)道的重點(diǎn)一般都是生物處理階段或整個(gè)工藝流程，對(duì)于混凝工藝只是提及，并未做深入研究。事實(shí)上，混凝階段是整個(gè)工藝中成本最高、污染物去除效率也最高的階段，因此有必要對(duì)該階段進(jìn)行深入研究。
筆者研究以對(duì)中纖板廢水中SS 和COD 的去除效果為主要依據(jù)，旨在篩選出處理中纖板廢水最合適的混凝劑并確定最優(yōu)的混凝工藝，為該工藝的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用提供理論數(shù)據(jù)。
1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法
1.1 廢水水質(zhì)
筆者實(shí)驗(yàn)用水取自江蘇某木業(yè)公司中纖板生產(chǎn)線廢水。取來(lái)的廢水均經(jīng)過(guò)24 h 以上靜沉，取上層廢水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，主要水質(zhì)指標(biāo)為：pH 4.8~5.0；COD 7 000~10 000 mg/L；SCOD 6 000~9 000 mg/L；SS3 000~4 000 mg/L；B/C 為0.2~0.3。
1.2 實(shí)驗(yàn)方法與步驟
混凝實(shí)驗(yàn)采用燒杯實(shí)驗(yàn)的方法。在進(jìn)行混凝實(shí)驗(yàn)前，各混凝劑聚合硫酸鐵（PFS）、聚合氯化鋁（PAC）、聚合氯化鋁鐵（PAFC）、三氯化鐵（FeCl3）均配制成5%溶液，助凝劑聚丙烯酰胺（PAM）配制成0.1%溶液，根據(jù)投加體積折算成投加量。具體操作方法和步驟如下：（1）取200 mL 中纖板廢水，調(diào)節(jié)pH。（2）以250 r/min，攪拌30 s，將廢水混勻。（3）在廢水中投加混凝劑（PFS、PAC、PAFC、FeCl3）后，以200r/min 快速攪拌1 min。（4）在廢水中投加助凝劑PAM 后，以40 r/min 慢速攪拌10 min。（5）沉淀不同時(shí)間后，取上清液測(cè)各水質(zhì)指標(biāo)。
1.3 檢測(cè)指標(biāo)與分析方法
實(shí)驗(yàn)中主要檢測(cè)指標(biāo)與分析方法：SS，重量法（GB 11901—1989）；COD，快速消解分光光度法（HJ/T399—2007）；SCOD，將廢水經(jīng)中速定量濾紙過(guò)濾后測(cè)濾液的COD；pH，玻璃電極法（GB/T 6920—1986）。
主要儀器：pHs-3C pH 計(jì)（上海雷磁儀器廠），JJ-4A 六聯(lián)電動(dòng)攪拌器（金壇榮華儀器制造有限公司），CR2800-01 COD 消解儀（上海瀾銳儀器科技有限公司），722N 可見(jiàn)光分光光度計(jì)（上海精密科學(xué)儀器有限公司），Nano 系列納米粒度和Zeta 電位儀（英國(guó)馬爾文儀器有限公司）。
2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
2.1 混凝劑篩選
選取了較為常見(jiàn)的幾種混凝劑，在廢水COD6 700 mg/L，不調(diào)節(jié)廢水pH 的情況下，進(jìn)行混凝實(shí)驗(yàn)，考察混凝劑種類(lèi)對(duì)中纖板廢水混凝效果的影響，結(jié)果見(jiàn)圖1。
從圖1 可以看出，3 種高分子絮凝劑（PAC、PFS、PAFC）處理效果明顯優(yōu)于無(wú)機(jī)鹽混凝劑（FeCl3）。且對(duì)COD 的去除率沒(méi)有明顯差別，在投加量達(dá)到1 g/L時(shí)，COD 去除率均可達(dá)到50%左右。但考慮到廢水處理后可能回用到木片水洗單元，而PFS 和PAFC處理后的出水中可能含有Fe2+和Fe3+使水產(chǎn)生色度，進(jìn)而影響木片顏色，筆者研究后續(xù)混凝實(shí)驗(yàn)選擇PAC 作為混凝劑進(jìn)行混凝劑工藝的優(yōu)化。
2.2 廢水pH 對(duì)混凝效果的影響
廢水pH 通常是混凝實(shí)驗(yàn)中需要考慮的重要因素。pH 影響著污染物的存在形態(tài)和表面性質(zhì)，也影響著混凝劑的水解平衡和產(chǎn)物存在形態(tài)和時(shí)間。在同樣的混凝條件下，不同廢水pH 可能會(huì)對(duì)處理效果產(chǎn)生很大影響〔3〕。實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)中纖板廢水pH至不同數(shù)值后，進(jìn)行PAC 混凝實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖2。
從圖2 可以看出，當(dāng)廢水pH 在5 左右時(shí)，SS 和COD 去除率分別達(dá)到最高值99%和50%。pH 增大，SS 和COD 去除率緩慢下降，到pH 為9 以后，下降趨勢(shì)更為明顯。中纖板廢水本身的pH 就是在5 左右，因此該實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以避免今后混凝實(shí)驗(yàn)中調(diào)節(jié)pH 的麻煩，直接用中纖板廢水進(jìn)行混凝研究。但目前用PAC 作為混凝劑處理廢水的報(bào)道中〔4〕，最佳的pH 均在偏堿性范圍內(nèi)。這可能是因?yàn)镻AC 水解過(guò)程中會(huì)不斷產(chǎn)生H+，因此需要廢水中有足夠的堿來(lái)中和；另一方面，當(dāng)廢水pH 為7~8 時(shí)，PAC 的水解產(chǎn)物以Al13形態(tài)存在，而Al13一直被認(rèn)為是PAC 中促進(jìn)絮凝的最佳成分〔5〕。因此偏堿性的廢水有利于PAC 充分水解和Al13發(fā)揮最佳的混凝效果。
但實(shí)驗(yàn)中的最佳混凝pH 卻是在偏酸性環(huán)境中，原因值得進(jìn)一步分析。大部分混凝實(shí)驗(yàn)中，并不考慮廢水本身pH 的變化對(duì)廢水脫穩(wěn)性能的影響，只考察混凝劑能充分水解的pH 范圍，并以此來(lái)確定最佳的混凝pH。對(duì)于成分復(fù)雜的工業(yè)廢水，不同pH 時(shí)，廢水中的成分、脫穩(wěn)性能、粒度分布可能產(chǎn)生較大變化〔6〕。比如在堿性條件下，中纖板廢水中的木質(zhì)素大分子逐漸降解，以木素鈉鹽（R-ONa）形式存在，完全溶于廢水中，呈親水膠體〔7〕，導(dǎo)致廢水中SS和SCOD 上升。實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)中纖板廢水pH 后，測(cè)定廢水中的Zeta 電位值和粒度分布情況，結(jié)果見(jiàn)表1 和圖3。
表1 不同pH 中纖板廢水的Zeta 電位值
從表1 可以看出，在pH 為4~10 的測(cè)定范圍內(nèi)，廢水的Zeta 電位均為負(fù)值，說(shuō)明廢水中的膠粒帶負(fù)電荷。隨著pH 升高，Zeta 電位絕對(duì)值呈升高趨勢(shì)，距離等電點(diǎn)的距離越來(lái)越遠(yuǎn)，膠體脫穩(wěn)也越來(lái)越困難，因此廢水pH 越高，混凝效果越差。從圖3可以看出，當(dāng)廢水pH 從4 升高至10，粒度分布曲線逐漸向左移動(dòng)，表明廢水中膠體和顆粒物的粒徑逐漸減小。而過(guò)于細(xì)小的粒徑無(wú)疑增大了混凝的難度，也不利于絮體沉降。
綜合以上分析，PAC 混凝中纖板廢水的最佳pH 并不在PAC 水解的最佳pH 范圍，而在酸性范圍達(dá)到最高去除率，原因主要是中纖板廢水本身的性質(zhì)隨pH 變化而變化造成的。而目前的中纖板廠的廢水處理站在用PAC 進(jìn)行混凝處理前，均加片狀氫氧化鈉或石灰調(diào)節(jié)廢水pH 為堿性，認(rèn)為PAC 會(huì)在堿性范圍內(nèi)達(dá)到最佳混凝效果。但通過(guò)上述一系列實(shí)驗(yàn)，從現(xiàn)象和機(jī)理上均證明了對(duì)于中纖板廢水，用PAC 混凝的最佳pH 為5，即廢水原來(lái)的pH，因此完全可以不用調(diào)節(jié)pH 進(jìn)行PAC 混凝。該結(jié)論對(duì)于提高對(duì)中纖板廢水的混凝效果和降低處理成本均有重要意義。
2.3 PAC 投加量對(duì)混凝效果的影響
混凝劑的投加量是影響混凝效果的最重要因素。筆者實(shí)驗(yàn)用廢水取自實(shí)際生產(chǎn)廢水，因生產(chǎn)工藝和取水時(shí)間不能保證每次都相同，導(dǎo)致每批實(shí)驗(yàn)用水的水質(zhì)有所波動(dòng)，僅以COD 10 000 mg/L左右，SS3 800 mg/L 左右的廢水，在不調(diào)節(jié)pH 的情況下，進(jìn)行PAC 投加量的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖4。
從圖4可以看出，PAC 對(duì)中纖板廢水的混凝效果非常明顯。當(dāng)PAC 投加量在0~1.5 g/L 時(shí)，SS、COD和SCOD 的去除率幾乎呈線性增長(zhǎng)。在投加量為1.5g/L 時(shí)，COD 去除率接近50%并趨于穩(wěn)定，此時(shí)SS去除率達(dá)84%、SCOD 的去除率接近22%，且還有上升趨勢(shì)；在PAC 投加量達(dá)2 g/L 時(shí)，SS 去除率接近100%，SCOD 的去除率接近30%。繼續(xù)增加PAC 投加量，SS、COD 和SCOD 的去除率均增加有限。這是因?yàn)橥都恿窟^(guò)大，膠粒表面被PAC 分子所飽和，已無(wú)吸附點(diǎn)位而失去架橋作用，而且膠粒被PAC 包裹會(huì)帶上正電荷，進(jìn)而導(dǎo)致膠粒間因帶同種電荷相互排斥，又重新處于穩(wěn)定的分散狀態(tài)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，確定對(duì)于該濃度中纖板廢水，PAC 的最佳投加量為2 g/L。
還可以看出，PAC 對(duì)于SS 的去除顯然比對(duì)COD 和SCOD 的去除更加有效。這也體現(xiàn)了PAC 的絮凝機(jī)理，主要是對(duì)帶負(fù)電荷的膠粒起到作用，因此對(duì)SS 去除率很高。PAC 對(duì)于SCOD 的去除，主要是混凝形成的絮體對(duì)溶解性有機(jī)物的吸附去除，吸附作用有限，因此對(duì)SCOD 的去除也有限。PAC 對(duì)COD的去除，則一方面是由于混凝作用對(duì)膠粒狀態(tài)的有機(jī)物的混凝去除，另一方面是混凝形成的絮體對(duì)溶解性有機(jī)物的吸附去除，兩種作用兼而有之。中纖板廢水中，SCOD 占COD 成分的90%左右，由于PAC對(duì)SCOD 的去除效率有限，導(dǎo)致對(duì)COD 的去除效率也有限�？梢酝茢啵琍AC 的投加量主要是和廢水中SS 直接相關(guān)，而不是和COD 直接相關(guān)。根據(jù)筆者實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在1 L中纖板廢水中投加2 g PAC，能將廢水中的SS 從3 860 mg/L，降低至32 mg/L，達(dá)到最好效果。相當(dāng)于每去除1 g SS，消耗PAC 0.52 g。在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中，對(duì)于不同濃度的中纖板廢水，測(cè)定SS 后，按上述結(jié)論投加PAC。
2.4 沉淀時(shí)間對(duì)混凝效果的影響
混凝后的沉淀時(shí)間取決于絮體沉降速度的快慢，該指標(biāo)決定了沉淀構(gòu)筑物的大小，對(duì)于工藝的實(shí)際應(yīng)用有重要意義。實(shí)驗(yàn)從污染物去除效率和沉淀污泥體積的角度，考察了PAC 混凝中纖板廢水最佳的沉淀時(shí)間，結(jié)果見(jiàn)圖5。
液中的SS 和COD 已經(jīng)保持穩(wěn)定，不再變化。沉淀時(shí)間對(duì)SS 和COD 的去除率幾乎沒(méi)有影響，SS 去除率一直接近100%，COD 去除率一直在50%左右波動(dòng)。而沉淀污泥的體積隨著沉淀時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸減小的趨勢(shì)卻非常明顯，在60 min 之內(nèi)幾乎呈線性下降，到180 min 時(shí)，污泥體積由最初的850 mL 減小到350 mL，被壓縮得非常致密。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)沉淀時(shí)間達(dá)到180 min，污泥的沉降、壓縮才比較完全，這個(gè)結(jié)論與相關(guān)報(bào)道基本一致〔8〕，即在中纖板廢水處理工程中建造混凝沉淀池時(shí)，池的體積宜按停留時(shí)間3 h 設(shè)計(jì)，這樣混凝污泥含水率降低，出水也更加穩(wěn)定。
2.5 助凝劑PAM 投加量對(duì)混凝效果的影響
在無(wú)機(jī)混凝劑混凝過(guò)程中，一般添加有機(jī)高分子助凝劑來(lái)提高水處理效果。目前應(yīng)用最廣泛的高分子助凝劑是PAM。筆者實(shí)驗(yàn)使用相對(duì)分子質(zhì)量為1 000 萬(wàn)的陰離子型PAM 進(jìn)行助凝實(shí)驗(yàn)（PAC 按最佳投加量投加），考察PAM 投加量對(duì)混凝效果的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)0~20 mg/L 的助凝劑PAM 投加量對(duì)中纖板廢水中SS 和COD 的去除效果幾乎沒(méi)有影響，相關(guān)報(bào)道中也有類(lèi)似的結(jié)論〔9〕。原因主要是陰離子型助凝劑和廢水中膠粒帶同種電荷，無(wú)法進(jìn)行壓縮雙電層和電性中和作用，其絮凝機(jī)理主要是：在混凝后期絮體長(zhǎng)大的過(guò)程中，促進(jìn)絮體聚集成較大的粒子，使之迅速沉淀�；谶@樣的分析，實(shí)驗(yàn)又考察了不同PAM 投加量下絮體的沉降速度，結(jié)果見(jiàn)圖6。
從圖6 可以看出，隨著PAM 投加量的加大，絮體的沉降速度加快，尤其在較短的沉淀時(shí)間內(nèi)，這種趨勢(shì)更加明顯。PAM 的投加雖然不能進(jìn)一步提高SS和COD 的去除率，但可以明顯提高絮體的沉降速度，縮短沉降時(shí)間，減小沉淀池體積。對(duì)于實(shí)驗(yàn)用中纖板廢水，投加5 mg/L 左右的PAM 就可以將沉淀時(shí)間由180 min 縮短為110 min 以?xún)?nèi)，且沉淀110 min后污泥體積減小10%以上，可以明顯減小沉淀池容積和沉淀污泥體積，為混凝后的污泥處理帶來(lái)便利。由筆者實(shí)驗(yàn)結(jié)果，建議工程中PAM 的投加量為5mg/L 左右。具體參見(jiàn)http://www.yiban123.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
3 結(jié)論
（1）通過(guò)篩選，確定了中纖板廢水混凝預(yù)處理中適用的混凝劑為PAC。
（2）當(dāng)中纖板廢水pH 為5 左右，即不調(diào)節(jié)廢水pH 時(shí)，PAC 混凝中纖板廢水的效果最好。該pH 范圍內(nèi)，PAC 雖不能充分水解，但中纖板廢水本身在pH 為5 左右時(shí)，其成分和所含膠粒的脫穩(wěn)性能較堿性條件更利于混凝過(guò)程。
（3）對(duì)于實(shí)驗(yàn)用中纖板廢水，PAC 投加量達(dá)到2g/L 時(shí)，SS、COD 和SCOD 的去除率分別接近100%、50%和30%。PAC 對(duì)帶負(fù)電荷的膠粒（即SS）的去除最為有效，推斷PAC 投加量主要是與廢水中SS 直接相關(guān)，并且對(duì)于不同濃度中纖板廢水，按m（PAC）∶m（SS）=0.52來(lái)進(jìn)行PAC 投加。
（4）沉淀時(shí)間對(duì)SS 和COD 的去除率并無(wú)太大影響，但適當(dāng)?shù)某恋頃r(shí)間可以使混凝污泥進(jìn)一步壓實(shí)，減少后續(xù)污泥處理的困難，且出水更加穩(wěn)定、清澈。建議工程中混凝沉淀池的水力停留時(shí)間為180 min。
（5）助凝劑PAM 的投加對(duì)混凝效果幾乎沒(méi)有影響，但可以有效地促進(jìn)絮體的增大，增加絮體沉降速度和減小污泥體積。投加5 mg/L PAM 可以將沉淀時(shí)間由180 min 縮短為110 min 以?xún)?nèi)，且使污泥體積減小10%以上。
