粉煤灰混凝剂与传统混凝剂对乳品废水中COD和SS去除效果的比较研究

第30卷2008年6月
第3期
310-313页
世界科技研究与发展
W ORLD SCI TECH R&D
Vo.l 30J un .2008
No .3
pp .310-313
*
基金项目:哈尔滨市环境保护局科技公关项目(2006)。

**通讯作者:赵庆良,E -m ai:l z hq l 1962@yahoo .co m.c n
粉煤灰混凝剂与传统混凝剂对乳品废水中COD 和
SS 去除效果的比较研究
*
徐 勋 赵庆良
**
胡 凯
(哈尔滨工业大学市政环境工程学院,哈尔滨150090)
摘 要:以乳品废水为处理对象,自制粉煤灰混凝剂、硫酸铝、聚合氯化铝(PAC )为实验药剂,研究了不同p H 值、温度和投加量下,COD 和SS 的去除效果。

结果表明:在弱酸性和中性pH 值下,各混凝剂的处理效果较好,且粉煤灰混凝剂的处理效果最好;水温在12~29 时,PAC 和粉煤灰混凝剂受温度影响很小,其中对粉煤灰的影响最小;各混凝剂均存在最佳投加量(1 10-3m ol/L),在相同投量下,自制粉煤灰的混凝效果好于传统混凝剂。

因此,粉煤灰混凝剂可以替代传统混凝剂来处理乳品废水。

关键词:乳品废水;混凝剂;pH 值;温度;投加量中图分类号:X703 5 文献标识码:A
C o m parative St udy on CO
D and SS R e m oval fro m DairyW aste water w it h
F ly ash and Conventi o nal Coagulants
*
XU Xun ZHAO Q ing li ang *
*
HU K a i
(School ofM un ici pal and E nvironm ental Engi n eeri ng ,H arbin Instit u t e of Techn ol ogy ,H arb i n 150090)
Abstract :The coagu lati on effects of self m ade fly as h coagu lant and A l 2SO 3,PAC on dairy w as t ewater ,w hich w ere represen ted by COD and SS re m ova,l w ere co m pared at differen t cond itions of p H,reaction t e m perat u re and dos age .The res u lt sho w ed that t h e coagulati on effects w ere better wh en t h e p H w as w eak aci d i c and neu tra,l and t he effect of fl y as h coagu l an tw as t h e best a m ong the t h ree ;The effects ofPAC and fl y as h coagu lant w ere aff ect ed littl e w hen the reacti on te m perat u re w as bet w een 12~29 ,and fl y as h coagulan tw as effected t he least;Th e
op ti m um cond iti ons of all the t h ree coagulants w ere existen t (1 10-3
m ol/L),and at the sa m e conditi on ofdosage ,t he effect of fly as h coag u l an tw as better t han conventi on al coagu l an ts .Theref ore ,fl y as h coagu l ant can rep l ace conventi on al coagu l an ts to treatw it h d ai ry w aste w ater .K ey w ords :dairy w aste w at er ;coagu l an t ;pH;te m perat ure ;dos age
1 引言
乳品废水中主要含有脂肪、蛋白质、碳水化合物等营养物质。

针对乳品废水的特点,目前国内外对该类废水的处理主要有活性污泥法、生物滤池法、生物接触氧化法、化学凝聚沉淀法等[1]。

但废水中的蛋白质等成分生物降解速率缓慢,以国外经典延时曝气处理流程分析,要达到污水综合排放标准(GB 8978-1996)中的二级标准,水力停留时间必须在30h 以上;若要达到一级标准,则需48h 以上[2]。

针对乳品生产废水的水质情况,若要使出水水质达到较高的要求,就必须先使部分脂肪和蛋白质微粒凝聚与脱稳,因此在生物处理设备前进行混凝沉淀是必要的。

既可提高污水的可生化性,又可减轻后续处理工艺的负担。

目前国内外的无机高分子混凝剂产品基本是以铝和铁离子为基础与各种阴离子组合而成的盐类或复合盐类,主要有聚合氯化铝(PAC )、聚合硫酸铁(PFS)、聚合硅酸硫酸铝(PA SS)和聚合硅酸氯化铝(PA CS I)等。

但是由于处理水量大,需要大量的混凝剂,成本高。

因此,寻找一种廉价的代替品是十分必要的。

中国拥有丰富的煤炭资源。

据报道,2005年粉煤灰的排放量就突破了3亿吨。

目前,粉煤灰的综合利用主要集中在
建材制品、建设工程、道路工程、农业、化工[3~5]等方面。

由于粉煤灰比表面积大,吸附性能好,主要含有玻璃质和硅、铁、铝的氧化物,通过简单改性能制备铁系混凝剂或铝系混凝剂,可有效去除废水中的COD 、SS 、色度、重金属等。

粉煤灰制造混凝剂属于高附加值的环境友好型利用,从能源、经济和环境角度而言符合当今可持续发展的需要[6]。

本文在了解了粉煤灰成分和结构的基础上,考查了自制粉煤灰混凝剂的操作条件和处理效果,并与市售的传统混凝剂进行对比,来判定粉煤灰混凝剂是否可以代替传统混凝剂来处理乳品废水。

2 实验材料和方法
2.1 实验用水及粉煤灰
实验用的乳品废水来自哈尔滨某乳品厂排放口。

其典型水质指标如表1所示。

表1 实验用乳品废水水质指标
Table 1 W ater qu alit y i nd exes of d ai ry w aste w ater f or experi m ents
指标单位数值范围p H -7.34~8.38SS m g /L 310.47~553.15COD m g /L 890.32~1745.64
水温
13~22
实验所用粉煤灰取自哈尔滨某发电厂。

通过X -荧光
全成份分析可知粉煤灰的成分如表2所示。

2008年6月
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环境科学
表2 粉煤灰的化学组成
Table 2 Che m ical compositi ons of fl y ash
化学成分质量分数(%)
化学成分
质量分数(%)
Na 2O 0.154Fe 2O 3 3.282M gO 0.248ZnO 0.035A l 2O 320.932Rb 2O 0.014S i O 255.682S r O 0.058P 2O 50.237Y 2O 30.006SO 30.196Zr O 20.058K 2O 2.
426Nb 2O 50.009
Ca O 3.671BaO 0.062T i O 20.729PbO
0.015
M nO
0.076
表3 粉煤灰混凝剂的几项指标Table 3 Several i ndexes of fl y ash coagu l an t 指标单位数值A l 3+浓度m ol/L 0.17160Fe 3+浓度
m ol/L 0.03290S i O 2浓度
m g /L
378.1397
通过扫描电镜对粉煤灰进行详细的形貌分析,照片见图1。

从图1中可以看出,粉煤灰主要含有大小不一的圆珠状玻璃体,说明电厂锅炉燃烧温度较高、效率较好。

并且依稀分布一些荔枝状、糯米团状的铁质微珠,这与张覃[7]等人观
图1 粉煤灰颗粒形貌F i g .1 Particle externalities of fl y ash
察到的结果类似;张晓云[8]等还观察到呈针状或棒状生长的粒珠,但从图1中未观察到。

粉煤灰中板状未溶矿物较少,说明在炉中的停留时间较长[9]。

2.2 实验方法
粉煤灰混凝剂的制备方法:将33 333g 的粉煤灰和2 000g 的固体N a 2CO 3混合均匀,置于坩埚中,在马弗炉内805 下焙烧1h 成为熟料。

待炉温冷却到室温后取出焙烧后的熟料,碾细成粉末,并测量烧失量。

向熟料中加入100mL [H +
]为4m ol/L 的H 2S O 4溶液,配成一定液固比的料浆,在沸腾回流条件下进行溶出反应。

反应30m i n ,之后关闭电炉,余温冷却即可。

混凝实验方法:取250mL 混合均匀的废水样于500mL 烧杯中,加入一定体积的混凝剂(必要时用H 2SO 4或N aOH 溶液调节p H 值),开始计时,在六联电动搅拌器(VELP SC I ENT I F ICA,意大利)上以200r/m i n 快速搅拌5m i n ,然后调节转速为45r /m i n ,继续慢搅10m i n 。

搅拌结束后,将烧杯取下,静置沉降30m i n ,取上清液测定COD 、SS 和p H 值,并在实验过程中注意观察絮体的状态及沉降速度的快慢。

COD 、SS 的测定采用国标方法,Fe 3+浓度采用邻菲啰啉分光光度法[10],A l 3+浓度采用N aF 掩蔽法[11],p H 值利用p H 计(p H s-3c 型,上海伟业)检测。

为了保证分析的准确性,所有浓度测定均采取平行测量的方法(即每个样品至少测定2次)。

3 实验结果与分析
3.1 p H 值对混凝效果的影响
为了比较三种混凝剂的处理效果,混凝剂投加量均为1 248 10-3mo l/L ,以A l 3++F e 3+计。

其中硫酸铝和PAC 混凝剂中仅含有A l 3+,而粉煤灰混凝剂中则同时含有A l 3+和F e 3+。

改变乳品废水的p H 值(4~11),观察粉煤灰混凝剂和其它混凝剂对乳品废水中COD 和SS 的去除效果,结果如图2所示。

由图2可以看出,无论是哪种混凝剂,p H 值的影响都是不容忽略的。

对于硫酸铝,p H 值在6~7之间时,COD 和SS 的去除率达到最大。

p H 值继续增加,去除率有明显的下降趋势。

对于粉煤灰和PA C ,在实验的p H 值范围内(4~11),随着p H 值的增加,COD 和SS 的去除率下降,且p H 越大,下降的速度越快。

比较三种混凝剂,相同p H 值下,粉煤灰混凝剂的混凝效果最好,硫酸铝混凝剂最差。

当p H 值为4时,粉煤灰混凝剂达到最大去除率(COD 去除率70 1%,SS 去除率96 2%)。

这是由于铝盐混凝剂适合于在弱酸性和中性的p H 值环境中使用[12]。

从图2中还可以看出,粉煤灰混凝剂适宜的p H 值范围是4~10,大于硫酸铝和PAC 混凝剂,是因为残存在粉煤灰混凝剂中的颗粒本身具有一定的吸附作用,而且从粉煤灰中溶解出来的无机盐包括铝盐和铁盐,铁盐混凝剂在偏碱性的溶液中也有较强的混凝效果[12]。

环境科学
世界科技研究与发展2008年6月
图2 不同pH 值下三种混凝剂对乳品废水中SS 和COD 的去除
率
F ig .2 E ffects of pH on SS and COD re moval w ith the t h ree coagu
l ants
3.2 温度对混凝效果的影响
由于低温下硫酸铝的混凝效果较差[13],因此本实验只研究PA C 和粉煤灰两种混凝剂在不同温度下的混凝效果。

混凝剂投加量为1 248 10-3m o l/L,以A l 3++Fe 3+计,采用水浴加热,温度在12~29 之间变化。

观察粉煤灰混凝剂和PAC 混凝剂对乳品废水中COD 和SS 的去除效果,结果如图3
所示。

图3 不同温度下粉煤灰混凝剂和PAC 混凝剂对乳品废水中SS
和COD 的去除率
F ig .3 E ffects of te mp erature on SS and COD re m ovalw it h t he t h ree
coagu l an ts
由图3可知,水温在12~29 之间变化时,COD 和SS 的去除率随水温升高略有下降(不超过6%)。

比较粉煤灰混凝剂和PA C 混凝剂可知,粉煤灰混凝剂对COD 和SS 的去除率随温度的变化更小(2%以内)。

因此,在所选的温度区间(12~29 )内,粉煤灰混凝剂和PAC 混凝剂受温度的影响很小,尤其是粉煤灰混凝剂。

另外,温度过高和过低都不利于混凝反应的进行。

温度过低,水的粘度增大,从而增加了混凝搅拌剪切动力的需求,此时絮体变得细小,不易分离。

另一方面,水温过高,化学反应速度太快,形成絮体细小,并且絮体的水和作用增加,导致污泥含水率高,体积大,污泥也难脱水,增加了后续污泥处理的难度。

但是由图3,在一般可能存在的反应温度下,温度不会成为混凝反应的限制因素。

3.3 混凝剂投加量对混凝效果的影响
配制的三种混凝剂中铝、铁离子浓度之和,如表4所示。

表4 三种混凝剂中A l 3++Fe 3+浓度
Tabl e 4 Con centrati on of A l 3++Fe 3+i n t h e three coagu l ati on s
混凝剂A l 3++Fe 3+(m ol/L)
硫酸铝
0.3107PAC 0.3107粉煤灰混凝剂
0.2045
分别应用表3混凝剂,在p H 值为4、水温16 的条件下,观察不同投加量下乳品废水中COD 和SS 的去除效果,结果如图4所示。

图4 不同投加量下三种混凝剂对乳品废水中SS 和COD 的去除
率
F i g.4 E ffects of dosage on SS and COD re movalw i th t he three coag
u lants
由图4可以看出,三种混凝剂均存在最佳投加量(1
10-3mo l/L )。

当小于此投加量时,随着混凝剂投加量的增加,去除率直线增加;当大于此投加量时,随着混凝剂投加量的增加,去除率基本不变。

这是由于投加量不足时,水中胶体脱稳不彻底,混凝不完全;当投加量过高时,会造成胶粒!返稳∀现象。

比较三种混凝剂的处理效果还可以看出,达到
2008年6月世界科技研究与发展 环境科学
相同COD和SS去除率时,粉煤灰混凝剂的用量最少,硫酸铝则最多。

4 结论
通过在不同p H值、温度和投加量下,粉煤灰混凝剂及硫酸铝、PAC混凝处理乳品废水的对比实验可得出如下结论:
(1)三种混凝剂在弱酸性和中性的条件下混凝效果较好。

粉煤灰混凝剂的适宜p H值范围比硫酸铝和PA C混凝剂更宽。

在相同p H值条件下,粉煤灰混凝剂的混凝效果也好于其它两种混凝剂。

(2)在11~29 范围内,温度对PAC混凝剂和粉煤灰混凝剂的混凝效果影响不大,尤其是对粉煤灰混凝剂的影响则更小。

(3)三种混凝剂均存在最佳投加量,为110-3m o l/L。

达到相同COD和SS去除率时,粉煤灰混凝剂的用量最少,硫酸铝则最多。

(4)粉煤灰混凝剂可以替代传统混凝剂处理乳品废水。

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作者简介
徐 勋(X U Xun,1984 ),女,哈尔滨工业大学环境科学与工程专业硕士研究生。

主要从事粉煤灰的制备及其在水处理领域的应用研究。

赵庆良(ZHAO Q i ngliang,1962 ),男,工学博士,教授,博导。

现为哈尔滨工业大学市政环境工程学院副院长,哈尔滨工业大学#香港理工大学水与废水处理联合研究中心主任。

主要从事废水处理与资源化,垃圾渗滤液处理,环境生态等。

发表论文70余篇,SC I、E I、ISTP 收录30余篇,专利1项。

(责任编辑:高利丹)。