夏 敏，楊 雄，吳 攀，皮科武，楊美晨，陳抒雨，盧小路，孫 武

（湖北工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢430068）

卷煙生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的煙草廢水含有蛋白質(zhì)、纖維素、半纖維素、木素、多糖、有機(jī)酸、煙焦油和煙堿等有機(jī)污染物，廢水懸浮物濃度高，顏色深［1］，且水質(zhì)不穩(wěn)定，難以處理［2］。國(guó)內(nèi)外對(duì)煙草廢水的處理方法主要有微生物法和高級(jí)氧化法。微生物法主要有水解酸化加曝氣生物濾池組合法、厭氧發(fā)酵與反硝化生物強(qiáng)化法等［3］，而高級(jí)氧化法主要以Fenton法［4］為代表，雖然上述方法均能使煙草廢水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，但存在處理負(fù)荷過(guò)大的問(wèn)題。為了減輕微生物法和高級(jí)氧化法對(duì)煙草廢水的處理負(fù)荷，尋找既能去除該類廢水中有機(jī)物又能降低其色度的預(yù)處理方法是關(guān)鍵。本實(shí)驗(yàn)采用Ca／Mg／Al試劑（MgSO4、Al2（SO4）3及Ca（OH）2按一定摩爾比混合所得）處理煙草廢水，重點(diǎn)考察絮凝時(shí)間、絮凝劑投加量及溶液pH值對(duì)Ca／Mg／Al絮凝劑預(yù)處理煙草廢水的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

MgSO4·7H2O、Al2（SO4）3·18H2O、Ca（OH）2、Ag2SO4、HgSO4、K2Cr2O7、鄰苯二甲酸氫鉀，以上試劑均為分析純，其中MgSO4·7H2O、Al2（SO4）3·18H2O烘干除去結(jié)晶水，放于干燥器中備用。煙草廢水由武漢卷煙廠車間收集廢渣，按固液比1∶200配比，并浸泡24h所得。經(jīng)濾紙抽濾后，測(cè)試得該廢水主要指標(biāo)為：COD 2 000mg／L，色度200倍。

722N可見分光光度計(jì)，TU－1901紫外分光光度計(jì)，電子天平，85－2型磁力攪拌器，PHS－3CpH計(jì)，DIS－1A型數(shù)控多功能消解儀。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法與分析

1.2.1 Ca、Mg、Al組合的絮凝劑 Ca／Mg／Al絮凝劑表示由n（Ca（OH）2）∶n（MgSO4）∶n（Al2（SO4）3）＝4∶1∶1進(jìn)行混合，研磨20min后，過(guò)100目篩。而Ca／Mg表示由Ca（OH）2和 MgSO4按4∶1混合，處理過(guò)程同Ca／Mg／Al絮凝劑，其余Mg／Al、Ca／Al、Ca、Mg及 Al絮凝劑配比及研磨等處理過(guò)程均同 Ca／Mg／Al絮凝劑。用 Ca／Mg／Al等絮凝劑處理煙草廢水10min后，于濾紙抽濾，測(cè)定濾液COD及色度。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)方法

1）絮凝劑投加量對(duì)COD及色度去除的影響。分別取50mL廢水于5個(gè)100mL錐形瓶中，調(diào)節(jié)溶液pH 為8.0后，按10g／L、20g／L、40g／L、60 g／L、100g／L標(biāo)準(zhǔn)加入Ca／Mg／Al絮凝劑，置于攪拌器中300r／min下分別攪拌10min，抽濾，測(cè)定濾液COD及色度。

2）絮凝時(shí)間對(duì)COD及色度去除的影響。分別取50mL廢水于5個(gè)100mL錐形瓶中，調(diào)節(jié)溶液pH值為8.0后，按40g／L標(biāo)準(zhǔn)加入Ca／Mg／Al絮凝劑，置于攪拌器中300r／min下分別攪拌5、10、15、20、25min后，抽濾，測(cè)定濾液COD及色度。

3）溶液pH值對(duì)COD及色度去除的影響。分別取50mL廢水于5個(gè)100mL錐形瓶中，將其pH分別調(diào)為3.0、5.0、8.0、11.0、13.0，按40g／L標(biāo)準(zhǔn)加入Ca／Mg／Al絮凝劑，置于攪拌器中300r／min下攪拌10min，抽濾，測(cè)定濾液COD及色度。

1.2.3 色度與COD測(cè)定及去除率計(jì)算 廢水色度采用稀釋倍數(shù)法進(jìn)行測(cè)定［5］，脫色率

COD測(cè)定方法見文獻(xiàn)［6］，COD去除率

式中：S0為處理前廢水色度，倍；Se為處理后廢水色度，倍；d0為處理前廢水中COD含量，mg／L；de為處理后廢水中COD含量，mg／L。

2 結(jié)果與討論

2.1 Ca、Mg、Al組合的絮凝劑對(duì)COD及色度去除的影響

由表1可知，Ca／Mg／Al絮凝劑對(duì)廢水COD的去除率可達(dá)59.2%，優(yōu)于其他組合的絮凝劑。而同時(shí)含有Ca、Mg組合的絮凝劑，脫色效果最好，其脫色率可達(dá)95%，其原因是生成帶正電 Mg（OH）2顆粒具有很好的色素吸附作用［7］，同時(shí) Ca（OH）2對(duì)Mg（OH）2的脫色效果具有協(xié)同作用［8］。對(duì)比 Ca／Mg及Ca／Al組合的絮凝劑對(duì)廢水COD和色度去除的影響，Mg對(duì)廢水脫色的貢獻(xiàn)大于Al的作用，但Al對(duì)COD去除的貢獻(xiàn)則比Mg要大，其原因主要是Al作為絮凝劑具有能壓縮雙電層，使膠體脫穩(wěn)定的作用，且在Ca（OH）2的作用下，生成的Al（OH）3能對(duì)有機(jī)物進(jìn)行卷掃絮凝，增加了COD的去除效果。

表1 Ca、Mg、Al組合的絮凝劑對(duì)煙草廢水COD及色度去除的影響

將濾液在200～500nm處進(jìn)行紫外可見光譜掃描（圖1），發(fā)現(xiàn)用Ca／Mg／Al絮凝劑處理過(guò)的煙草廢水的吸光度下降幅度最大，而單純用Mg處理時(shí)，其處理后廢水吸光度下降幅度最小，表明用Ca／Mg／Al絮凝劑處理煙草廢水時(shí)對(duì)有機(jī)類物質(zhì)去除效果最好，因此本文重點(diǎn)研究絮凝時(shí)間、絮凝劑投加量及溶液pH值對(duì)Ca／Mg／Al絮凝劑去除煙草廢水中COD的影響。

圖1 Ca、Mg、Al組合的絮凝劑處理前后煙草廢水紫外可見吸光度變化

2.2 絮凝劑投加量對(duì)COD去除的影響

當(dāng)投加量從10g／L增加到40g／L時(shí)，廢水COD最大去除率可達(dá)59.2%；當(dāng)投加量增加到60 g／L時(shí)，COD去除率變化不再增加，反而有所下降。主要因?yàn)橥都舆^(guò)多的絮凝劑后，沉淀所形成的污泥大量增多，增加了溶液的攪拌難度，使Ca／Mg／Al絮凝劑不能充分與廢水接觸，降低了絮凝效率，導(dǎo)致COD去除率下降，即投加量為40g／L時(shí)最為合理，廢水剩余COD為816mg／L（圖2）。

圖2 投加量對(duì)Ca／Mg／Al絮凝劑去除廢水COD的影響

2.3 絮凝時(shí)間對(duì)COD去除的影響

隨絮凝時(shí)間延長(zhǎng)，Ca／Mg／Al絮凝劑對(duì)廢水COD的去除率逐漸趨于平緩（圖3），前10min溶液COD降低顯著，當(dāng)超過(guò)15min后，COD去除率基本保持不變。這表明Ca／Mg／Al絮凝劑對(duì)廢水中有機(jī)物的絮凝和吸附已達(dá)到平衡，繼續(xù)增加時(shí)間對(duì)COD的去除沒有明顯影響，因此最佳的絮凝時(shí)間為10min，COD去除率達(dá)59.2%。

圖3 絮凝時(shí)間對(duì)Ca／Mg／Al絮凝劑去除廢水COD的影響

2.4 溶液pH值對(duì)COD去除的影響

隨溶液pH升高，COD的去除率先增加而后減小，在pH為8時(shí)達(dá)到最大；當(dāng)pH增加到13時(shí)，Ca／Mg／Al絮凝劑對(duì)煙草廢水COD的去除率僅為40.3%。主要由于pH 較低時(shí)（＜4.0），Ca／Mg／Al絮凝劑的主要成分在廢水中以 Mg2＋、Al3＋形式存在，減弱了其對(duì)有機(jī)物吸附和絮凝能力。而pH過(guò)高（＞12.0）時(shí)，Al3＋以Al（OH）－4形式存在，而Al（OH）－4只是鋁系絮凝劑有效成分Al13的前驅(qū)物，未能形成有效的高分子聚合態(tài)鋁，此時(shí)Al（OH）－4絮凝作用相對(duì)較低；同時(shí)當(dāng)pH過(guò)高時(shí)，Mg（OH）2顆粒表面所帶的電荷發(fā)生變化，從而減弱了對(duì)色素的吸附效果［8］，導(dǎo)致COD的去除率下降。因此pH為8時(shí)，Ca／Mg／Al絮凝劑對(duì)廢水有機(jī)物的去除效果最好，此時(shí)廢水COD去除率達(dá)59.2%（圖4）。

圖4 廢水pH值對(duì)Ca／Mg／Al絮凝劑去除廢水COD的影響

3 結(jié)論

通過(guò)實(shí)驗(yàn)比較了Ca、Mg、Al組合的絮凝劑對(duì)煙草廢水COD及色度去除的影響，選用了COD去除率最高、脫色效果最明顯的Ca／Mg／Al絮凝劑處理煙草廢水。就絮凝時(shí)間、絮凝劑投加量及溶液pH值對(duì)廢水COD去除的影響進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，當(dāng)絮凝時(shí)間為10min，絮凝劑投加量為40g／L，溶液pH為8時(shí)，Ca／Mg／Al絮凝劑對(duì)煙草廢水的預(yù)處理效果最好，廢水COD去除率和脫色率分別達(dá)59.2%和95%，預(yù)處理后廢水COD僅為816 mg／L、剩余色度為10倍。這表明Ca／Mg／Al絮凝劑能很好用于煙草廢水的預(yù)處理，其不但能迅速、高效地去除廢水COD，同時(shí)解決了煙草廢水的脫色問(wèn)題。

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