用正交试验法研究聚合氯化铝铁和聚丙烯酰胺对印染废水混凝处理效果的影响

引 言印染行业是工业废水排放大户，废水中含有残留的染料、助剂、浆料、酸碱、无机盐等。近年来，随着化纤织物的发展和印染后整理技术的进步，一些难于生物降解的有机物大量进入废水中，使印染废水成为污染最严重、最难处理的工业废水之一。于是，仍以生化法为主的废水处理手段不能满足实际需要。因此，近年来各国都开展新的生物处理工艺和高效专门细菌及新型化学药剂的探索和研究。聚合氯化铝铁(PAFC)是一种新型复合絮凝剂，它兼具有铝盐类和铁盐类絮凝剂的特点。本文以聚合氯化铝铁(PAFC)和聚丙烯酰胺(PAM)复合处理印染废水，采用正交试验法就影响印染废水混凝处理效果的各因素进行了研究，以获得印染废水混凝试验的最佳操作条件，为实际生产提供了可靠的依据。 1 试验材料及方法 1.1 试验药品及仪器混凝剂PAFC(聚合氯化铝铁)由无锡西漳环保药剂厂提供，碱化度为23%～27%，含Al2O314.4%，含Fe2O32.3%，使用时配成5%的水溶液：PAM(聚丙烯酰胺)，苏州环保设备厂产品，使用时配成1%的水溶液；印染废水由江阴红卫染织集团提供，原水的性质为：COD为1600～1700mg/L，pH值为12～14，色度为1200，色泽为深紫色。DBJ-621型定时变速搅拌机，721分光光度计。 1.2 试验方法 1.2.1 混凝试验在500ml的烧杯中加入500ml印染废水，边搅拌边加入混凝剂，控制转速为100r/min，调节pH值，混凝10min后，加入PAM，继续搅拌1min，再慢速搅拌2min，静止20min后取其上清液，测定COD值及其透光率。COD值测定采用重铬酸钾法，透光率的测定用分光光度法。 1.2.2 正交试验 (1)因素的选取：通过单因素试验，我们发现在众多影响因素中水样的pH值、混凝剂PAFC的投加量、助凝剂PAM的用量、水温及其搅拌时间对混凝效果的影响比较重要，因此本文选取上述5个因素为正交试验的因子。 (2)水平的选取：对上述五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4个，尽量使水平覆盖要考察的范围。 (3)因素水平表：本实验的因素水平表见表1。 (4)实验评价指标：本实验选择的混凝处理效果的指标为透光率和COD的除去率。透光率的大小可反应水样中悬浮物浓度的高低，本试验采用721分光光度计在380nm处对处理后水样进行透光率测定，比较水样中悬浮物的除去效果。 2 结果与讨论 2.1 结 果根据试验的因素和水平，选用L16(45)正交试验。PAFC与PAM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2。 2.2 讨 论 2.2.1 各因素对混凝结果影响分析 (1)混凝剂投加量是影响混凝效果的最重要的因素。透 光 率PAFC具有良好的絮凝脱色效果，原因是一方面PAFC有较高的分子量，有高度水解-聚合、接近沉淀态而不沉淀的羟基聚离子，具有的铝铁异核金属离子交错排列的稳定长链，长链同时包裹、吸附许多溶胶粒子，即桥长、单元多、絮凝体大而稳定，在架桥的同时发生了卷扫絮凝作用，对染料胶粒起良好的吸附架桥作用。另一方面，PAFC投入水中后水解生成的多核聚合羟基络离子，它们具有较多的正电荷和较大的表面积，能迅速吸附水中带负电荷的胶体微粒及其它悬浮物，发生电中和作用导致胶体颗粒脱稳而聚沉。当PAFC用量在700mg/L时，COD去除率最佳，透光率也最好。当投药量增加时，会使水中的多核聚合羟基络离子与污物胶体发生电中和、吸附、卷扫作用。但当增至一定程度后，这些多核聚合羟基络离子表面活性中心将被占满，反而影响其电中和作用，同时这些多核聚合羟基络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)pH值对混凝效果的影响也很大。pH值小于7的范围内，PAFC在水中的水解状态主要是高电荷的铝铁多核络离子，这些高价正电多核络离子对印染废水有很好的吸附脱稳作用。在pH值大于7的范围内，PAFC的水解形态逐渐转变为低电荷的铝铁多核络离子或氢氧化物凝胶物，使絮凝作用下降。 (3)其它因素的影响助凝剂PAM的用量、混凝温度和混凝时间都是影响混凝的次要因素。助凝剂PAM加入量4mg/L就能生成较大矾花而迅速沉降。考虑到PAM的价格较贵，PAM加入量4mg/L为宜。试验证明：少量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，达到最佳混凝处理效果。混凝温度的不同对絮凝效果影响不明显，说明使用PAFC和PAM复合处理高浓度印染废水的温度范围较宽。絮凝时间在所研究的范围内变化不大，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。 2.2.2 最优化条件验证由表2可看出，以透光率和COD除去率为指标的最优生产条件为：在20℃，pH值为5，PAFC的投加量为700mg/L，PAM的加入量为4mg/L，经实验验证(表2)，在最优化条件下，COD的除去率为86.2%，经处理后水的透光率可达88.6%，实验结果与理论推测相符。 3 结 论 (1)经研究发现，使用PAFC和PAM复合处理高浓度印染废水能使COD从1700mg/L降到250mg/L，可见这种混凝处理高浓度印染废水是切实可行的。 (2)用PAFC和PAM复合处理高浓度印染废水的最优化条件为常温下，pH值为5，PAFC的投加量为700mg/L，PAM的加入量为4mg/L。 (3)投加少量PAM起到桥联絮凝和网络絮凝的作用，不仅可以提高COD除去率，还可以使絮体颗粒增大，沉降速度加快，且产生污泥量较少。