白炭黑生產(chǎn)廢水處理磁混凝沉淀技術(shù)

隨著我國工業(yè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，白炭黑的應(yīng)用范圍在持續(xù)擴(kuò)大，市場的需求量逐年增加，同時，在白炭黑生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量廢水將對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，對此類污水的治理迫在眉睫。目前常結(jié)合混凝沉淀的方法處理此類廢水，但是普通混凝過程較復(fù)雜，容易受到多種因素的干擾，處理效果不穩(wěn)定，針對普通混凝的不足，磁混凝工藝作為一種新型高效固液分離的技術(shù)在近年應(yīng)運(yùn)而生，這種工藝依托于絮凝形態(tài)學(xué)理論，通過對混凝過程相關(guān)參數(shù)的嚴(yán)格管控，以接觸絮凝為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)廢水高效的固液分離。該技術(shù)的主要原理是利用磁粉等磁種在廢水混凝處理過程中與廢水中懸浮的膠體顆粒以及其他細(xì)小顆粒物質(zhì)聚集從而形成高密度的致密絮團(tuán)，聚集成團(tuán)的固相物質(zhì)質(zhì)量增大，加速沉降，從而實(shí)現(xiàn)高效固液分離。反應(yīng)結(jié)束后，可針對添加的磁種等含磁性物質(zhì)進(jìn)行回收再利用，該法可用于去除固體懸浮物(SS)、總磷(TP)和部分化學(xué)需氧量(COD)等污染物。利用磁混凝處理技術(shù)可以在幾秒內(nèi)完成固液的有效分離，反應(yīng)的水力停留時間充分縮減，從而大大減少土工設(shè)施，節(jié)約占地面積，在水處理中得到廣泛應(yīng)用。

1、材料與方法

本實(shí)驗(yàn)針對某白炭黑工業(yè)園區(qū)生產(chǎn)污水進(jìn)行處理，水質(zhì)特征如表1所示。

如表1所示，水質(zhì)pH為中性，其中COD含量較低，約為10～30mg/L，SS和TP含量較高，TP濃度約為5mg/L，針對該廢水特點(diǎn)，本實(shí)驗(yàn)選用聚合氯化鋁PAC、氧化鈣CaO、硫酸亞鐵FeSO4、硫酸鐵、硫酸鋁五種混凝劑，分別與陰、陽離子型PAM組合開展處理此類廢水的磁混凝試驗(yàn)，處理水量10L，五種混凝藥劑實(shí)驗(yàn)濃度為100mg/L，陰、陽離子型PAM加入量分別為2mg/L，磁粉為四氧化三鐵粉末，均過200目處理，加入量為300mg/L。

2、結(jié)果與討論

2.1 磁混凝法與普通混凝法的對比試驗(yàn)

磁混凝法與普通混凝法的對比試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，普通混凝藥劑的反應(yīng)結(jié)束后，溶液中有懸浮大量白色絮體懸浮，不易沉降，致使溶液SS較高，無法達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。與普通混凝法相比，磁混凝法可顯著提高廢水中SS的去除效率，加入磁粉的五種混凝劑的SS去除效果順序?yàn)?PAC＞硫酸鐵＞CaO＞硫酸鋁＞硫酸亞鐵;PAC磁混凝組中可直接獲得SS＜10mg/L的處理效果，CaO、硫酸鐵及硫酸鋁磁混凝試驗(yàn)也可獲得SS＜20mg/L的處理效果。綜上可知，磁混凝法作為處理此種白炭黑廢水SS可取得極好效果。

2.2 陰、陽離子型PAM對比試驗(yàn)

圖2中，不同類型的PAM對于不同藥劑實(shí)驗(yàn)中溶液pH影響較小，溶液pH均小于10，同時對于此廢水中的COD降解效果不佳，COD約為15mg/L，這可能是混凝過程主要可去除廢水中的膠體及懸浮類有機(jī)物，本試驗(yàn)中雖形成較多絮體，但其應(yīng)為無機(jī)成分，且絮體并未通過包裹、吸附等作用去除廢水COD，故此廢水中的COD應(yīng)為溶解性COD。

廢水的TP濃度的降低與PAM類型關(guān)聯(lián)較小，其受混凝劑種類制約，TP去除效果順序均為:硫酸鋁＞硫酸鐵＞硫酸亞鐵＞CaO＞PAC，其中硫酸鋁組TP的去除率達(dá)到95%以上，出水TP穩(wěn)定小于0.3mg/L，這主要是由于白炭黑廢水中TP主要以磷酸鹽形式存在，TP去除主要為磷酸鹽的化學(xué)沉淀反應(yīng)，此實(shí)驗(yàn)中，鋁鹽具有最優(yōu)除磷效果。陰離子型PAM對于廢水SS的去除效果更佳，去除率可以達(dá)到92%以上，而陽離子型PAM對于廢水SiO2的去除效果更優(yōu)。分析知，SiO2膠體顆粒為負(fù)電性，故陽離子型PAM的壓縮雙電層及電中和作用對其處理效果較好;陰離子型PAM對SS的處理結(jié)果表明，此廢水中存在帶正電荷的懸浮顆粒，使用陰離子型PAM可獲取更好的處理效果。綜上所述，使用陰離子型PAM進(jìn)行處理時硫酸鋁組可同時獲得較好的SS及TP處理效果，故推薦使用此藥劑進(jìn)行處理。

2.3 磁混凝后溶液中二氧化硅濃度的變化

為監(jiān)測磁混凝后溶液中SiO2濃度的變化，查驗(yàn)較長時間維度下是否有SiO2固態(tài)物質(zhì)析出進(jìn)而沉積于構(gòu)筑物中(在污水處理廠的水解酸化池及氧化溝中沉積大量硅粉)，設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)對磁混凝后溶液中二氧化硅濃度的變化進(jìn)行觀測，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。本實(shí)驗(yàn)取10L廢水，選取硫酸鋁進(jìn)行磁混凝試驗(yàn)，硫酸鋁加入量為100mg/L，陰離子型PAM加入量為2mg/L，磁粉選用高純300目四氧化三鐵粉末，其加入量控制為300mg/L。分析知，磁混凝試驗(yàn)后，溶解性SiO2的濃度基本穩(wěn)定于75mg/L，45d觀測試驗(yàn)表明混凝后SiO2可已硅酸鹽形態(tài)存在于溶液中，不會以固相形式析出，亦不會沉積于反應(yīng)器中。

3、結(jié)論

(1)磁粉添加下的混凝試驗(yàn)對白炭黑廢水SS處理效果優(yōu)于普通混凝試驗(yàn)。

(2)結(jié)合磁混凝后溶液SiO2濃度的變化規(guī)律，此種白炭黑廢水中SiO2濃度可長期穩(wěn)定，不會以固相形式析出，廢水SS的去除較為關(guān)鍵，故更有利于SS去除的陰離子型PAM更適合于該種廢水。

(3)綜合SS及TP去除效果，建議選用硫酸鋁組合陰離子型PAM為在白炭黑生產(chǎn)廢水處理中磁混凝添加藥劑。（來源：安徽環(huán)境科技集團(tuán)股份有限公司）