高建陽(yáng)， 高方舟

(1.中鋁山東有限公司, 山東 淄博 255061； 2.天津大學(xué)精儀學(xué)院, 天津 300072)

赤泥中含有較高的鋁、鐵等有價(jià)成份，棄置堆存造成了資源浪費(fèi)及環(huán)境污染。2006年，張占梅等最先報(bào)道了采用高鐵鋁土礦生產(chǎn)PAFC的工藝技術(shù)，并對(duì)這種PAFC處理污水進(jìn)行了應(yīng)用評(píng)價(jià)[1]。本研究充分利用赤泥中殘余的Al、Fe，開(kāi)發(fā)PAFC制備關(guān)鍵技術(shù)。

在固體與溶液之間的帶電膠體顆粒產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，固相界面的水化層相對(duì)于液相存在電位差，即Zeta電位[2]。在印染污水中加入PAFC或PFS，正電荷不斷被吸附到顆粒表面，促進(jìn)膠體顆粒的Zeta電位上升。在Zeta電位接近或者約等于零時(shí)，污水體系呈現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)[2]，開(kāi)始相互絮凝。當(dāng)PAFC或PFS繼續(xù)加入，膠體表面就會(huì)吸附過(guò)量的正電荷，此時(shí)的表面Zeta電位大于零，污水處理體系開(kāi)始進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)[3]。

為了降低印染污水的COD含量，項(xiàng)目組利用中節(jié)能無(wú)錫水務(wù)公司的印染污水進(jìn)行試驗(yàn)，研究赤泥PAFC、PAM、PFS處理印染污水的效果，結(jié)果表明赤泥PAFC在添加量小的情況下，對(duì)印染污水Zeta電位的影響和COD去除率的影響很大，赤泥PAFC明顯優(yōu)于同類其他藥劑，色度、COD去除率高。El-Gohary等2009年首次報(bào)道了分散染料和活性染料廢水采用化學(xué)混凝后的連續(xù)式反應(yīng)器(SBR)工藝，在混凝階段采用連續(xù)混凝技術(shù)[4]，當(dāng)PAFC和PFS協(xié)同使用時(shí)，可進(jìn)一步降低污水COD，達(dá)到國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

1 原料與儀器

1.1 主要試驗(yàn)原料

原料：拜耳法赤泥，堿化助劑，6 mol HCl溶液。

試劑：工業(yè)水玻璃〔模數(shù)3.21,w(SiO2)=26.1%〕，NaOH、HCl、0.025 mol CuSO4標(biāo)準(zhǔn)溶液，0.025EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液，三乙醇胺(1+2)。

1.2 主要試驗(yàn)儀器

主要試驗(yàn)儀器：DZKW- 4型電子恒溫水浴鍋，ZBCX- 50型高壓反應(yīng)釜，PHS- 3型酸度計(jì)，SHZ- C型循環(huán)水式多用真空泵，VIS- 723型分光光度計(jì)，JS94F型微電泳儀，，PHS- 3C型酸度計(jì)，TA6- 4程控絮凝實(shí)驗(yàn)攪拌儀，Zeta sizerNano- ZS90 Zeta電位儀，微波密封消解COD速測(cè)儀。

2 赤泥PAFC合成及鑒定

合成原理見(jiàn)反應(yīng)式(1)～(3)。

(1)

(2)

(3)

方法：將赤泥和鹽酸按照一定比例，控制一定時(shí)間、溫度進(jìn)行溶出反應(yīng)，得到一次溶液，將制備好的堿化助劑按預(yù)定的堿化度與總鋁濃度，控制一定的加入方式，分類全部或分次加入一次溶液的三口反應(yīng)釜中，在一定溫度的水浴加熱條件下直至溶液完全變澄清為止。制備后的赤泥PAFC樣品在室溫下熟化24 h后進(jìn)行分析，測(cè)定B、pH、Al2O3、Fe2O3，并進(jìn)行混凝評(píng)價(jià)。合成的PAFC比重為1.26，成分見(jiàn)表1。

從表1可以看出，PAFC的Al、Fe總量達(dá)到11.5%以上，且鹽基度B達(dá)到71.24%，同時(shí)具備了PAC和PFC的絮凝性質(zhì)。

PAFC的EDX譜線鑒定見(jiàn)圖1。由圖1 可以看出，PAFC主要有Fe6和Fe4組成，特別是Fe4的域值最大，表明目前合成的PAFC在PAC的大體系中Fe的含量接近最高峰[5]。

表1 赤泥PAFC化學(xué)成分 %

圖1 PAFC的EDX譜線

3 PAFC混凝印染污水試驗(yàn)

印染廢水是加工棉、麻、化學(xué)纖維及其混紡產(chǎn)品為主的印染廠排出的廢水。印染廢水的特點(diǎn)有以下幾個(gè)：水質(zhì)變化大，色度大，有機(jī)物含量高，數(shù)量龐大，水溫水量變化大，成分復(fù)雜，pH值變化大，治理困難[6]。

采用赤泥PAFC、PFS、PAM為基礎(chǔ)藥劑，對(duì)印染污水進(jìn)行混凝試驗(yàn)，流程見(jiàn)圖2。二沉池出水指標(biāo)見(jiàn)表2。

1.二沉池進(jìn)水; 2.緩沖罐; 3.一級(jí)混凝池; 4.二級(jí)混凝池; 5.三級(jí)混凝池; 6.液料閥門(mén); 7.PAFC藥池; 8.PAS藥池; 9.PAM藥池; 10.豎流沉淀池圖2 混凝試驗(yàn)流程圖

COD總P氨氮pH1920.821.237.12

試驗(yàn)方法：取二沉池的污水，通過(guò)緩沖罐，加入混凝池，分別加入PAFC、PFS、PAM，控制流量和加入順序，設(shè)定攪拌器轉(zhuǎn)速為150 r/min，分別攪拌3 min，控制液量停留時(shí)間25 min，混凝溶液進(jìn)入豎流沉淀池沉淀，上清液去大流程終沉池，并取樣分析。底部污泥進(jìn)入流程污泥壓濾。

4 結(jié)果與討論

4.1 不同Al/Fe比的PAFC對(duì)COD去除率的影響

試驗(yàn)按照PAFC 加入0.2%，PAM加入0.1%，選取不同Al/Fe比的PAFC進(jìn)行混凝試驗(yàn)，COD去除率變化結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 不同Al/Fe的PAFC對(duì)COD去除率的影響

圖3中數(shù)據(jù)可以看出，Al/Fe為1時(shí)，COD去除率最高可以達(dá)到85%，偏高或者偏低都會(huì)導(dǎo)致COD去除率下降，這可能與印染污水的特殊組分有關(guān)。試驗(yàn)優(yōu)選Al/Fe=1的赤泥PAFC進(jìn)行試驗(yàn)。

4.2 PAFC、PFS添加量對(duì)溶液Zeta電位的影響

選取無(wú)機(jī)絮凝劑PAFC、PFS，考察不同添加量對(duì)印染污水的Zeta電位和COD去除效率的影響，見(jiàn)圖4、圖5。

圖4 不同絮凝劑的投加量對(duì)Zeta電位的影響對(duì)比

圖5 不同絮凝劑的添加量對(duì)COD去除率的影響

由圖4可以看出，PFS和PAFC對(duì)于印染污水有著不同的電位零點(diǎn)，雖然PAFC比較滯后，但是PAFC在添加量比PFS少的情況下，也達(dá)到了與PFS同樣的電位，說(shuō)明PAFC的水解形態(tài)比PFS更有利于印染污水的COD去除。

由圖5可以看出，PAFC的COD去除率比PFS滯后，但是效果明顯好于PFS，去除率達(dá)到85%左右，出水COD值降低20%，色度值降低40%，效果明顯。因此，試驗(yàn)采用二級(jí)混凝的技術(shù)，處理印染污水。

4.3 協(xié)同混凝對(duì)COD去除率的影響

在PFS一級(jí)混凝的基礎(chǔ)上，追加二級(jí)PAFC協(xié)同混凝試驗(yàn)[7]，采用PFS處理過(guò)的水樣，加入PAFC考察對(duì)COD去除率的影響，總添加量控制在3 g/L，添加比例PFS∶PAFC對(duì)COD去除率的影響見(jiàn)圖6。

圖6 不同PFS∶PAFC對(duì)COD去除率的影響

從圖6可以看出，不同的PFS∶PAFC對(duì)COD的去除率影響很大，比例越小，去除率越低，并且急劇降低，因此試驗(yàn)中選擇控制PFS∶PAFC在3.5∶1～4.5∶1之間。

5 二級(jí)協(xié)同混凝連續(xù)試驗(yàn)

采用二級(jí)協(xié)同混凝劑試驗(yàn)條件，對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的樣品進(jìn)行連續(xù)試驗(yàn)。

控制條件：取好氧池出水，攪拌加入0.25% PFS，3 min后加入0.1%的Al/Fe=1的PAFC，0.5 min后加入0.05%的PAM，再攪拌15 min ，沉降，取上清液測(cè)定。測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖7。

圖7 工業(yè)二級(jí)混凝對(duì)COD指標(biāo)影響對(duì)比

由圖7中數(shù)據(jù)可以看出，結(jié)果重現(xiàn)比較好。采用二次協(xié)同混凝的技術(shù)，通過(guò)添加0.25% PFS和0.1%的801C型號(hào)的PAFC，三個(gè)重復(fù)樣品均實(shí)現(xiàn)COD小于50，最小達(dá)到42.8。平均值為43.23。達(dá)到國(guó)家一級(jí)A的標(biāo)準(zhǔn)。與現(xiàn)場(chǎng)的PFS和PAFC的一次混凝的數(shù)據(jù)相比效果明顯。

6 增加成本核算

主要包括原料、人工成本。

按市場(chǎng)干粉PAFC到廠價(jià)格1 400元/t；干粉∶水按1∶3配制成溶液產(chǎn)生的成本為1 400/3=467元/t。

每人工按照每年需要藥劑量1.3萬(wàn)t計(jì)算，增加一個(gè)化藥罐，不需要修改流程，直接在中間引入，人工費(fèi)增加10萬(wàn)元/a，折合每噸藥劑增加費(fèi)用10/1.3=7.7元/t。

藥劑總成本合計(jì)474.7元/t，按照每噸水添加量0.1%計(jì)算，處理每噸水總成本費(fèi)用增加合計(jì)0.475元/t。

7 結(jié)論

赤泥合成的PAFC的Al、Fe總量達(dá)到11.5%以上，而且鹽基度B達(dá)到71.24%，同時(shí)具備了PAC和PFC的絮凝性質(zhì)。而且在PAC的大體系中Fe的含量接近最高峰。

赤泥合成的PAFC與PFS有著不同的電位特性，導(dǎo)致PAFC的COD去除效果比PFS滯后，但是效果明顯好于PFS，去除率達(dá)到85%左右，色度值降低40%。

采用PFS混凝處理的終沉池水，再加入Al/Fe=1的PAFC進(jìn)行二級(jí)混凝處理后，印染污水的COD經(jīng)過(guò)工業(yè)復(fù)證達(dá)到42.23。達(dá)到國(guó)家一級(jí)A的標(biāo)準(zhǔn)。

采用二次協(xié)同混凝技術(shù)，在流程上無(wú)需做很大的改動(dòng)，在經(jīng)濟(jì)上每噸水增加藥劑成本0.475元/t，可以很好地實(shí)現(xiàn)印染污水的升級(jí)處理。