王成賢，何艷芬，吳振榮

(1.嘉興學(xué)院 南湖學(xué)院 化學(xué)與紡織工程系，浙江 嘉興 314001；2.嘉興市秀洲區(qū)綜合科技服務(wù)中心，浙江 嘉興 314000；3.浙江衛(wèi)斯敦環(huán)境科技有限公司，浙江 嘉興 314019)

噴水織機作為當(dāng)前中國紡織業(yè)中應(yīng)用范圍廣泛的織造裝備之一, 其優(yōu)點是產(chǎn)量高、質(zhì)量好、織造費用低。同時，噴水織機也是用水大戶和排污大戶，每臺噴水織機要消耗自來水或者處理過的河水2.5～3.0 t/d。目前，我國已擁有噴水織機約30多萬臺，年用水量高達4.5億t[1]。由于在織造工序中使用漿料以及潤滑脂的原因，排放的廢水中COD、BOD、SS、LAS、石油類等指標(biāo)超標(biāo)，造成水質(zhì)的污染。如不能很好地對廢水資源進行處理，再循環(huán)利用，將會造成嚴(yán)重的水資源的浪費和環(huán)境污染。

浙北某區(qū)約有噴水織機7萬臺，全區(qū)每天織機污水產(chǎn)生總量高達20萬t，目前，噴水織機行業(yè)廢水處理及中水回用工作存在回用率低和回用水質(zhì)量不過關(guān)等問題?？棛C噴頭堵塞、鋼筘腐蝕加快等現(xiàn)象時有發(fā)生，導(dǎo)致中水回用工作無法得到有效落實。水資源匱乏問題日益突出，已成為我國制約社會經(jīng)濟發(fā)展的主要因素之一。因此噴水織機廢水治理越來越受到關(guān)注，廢水處理及循環(huán)回用工作的研究顯得尤為重要[2]。

噴水織機廢水處理可分為三個階段，分別是去除SS為主的預(yù)處理段、去除 COD為主的強化處理段和去除離子為主的深度處理段。

預(yù)處理段不足以達到回用標(biāo)準(zhǔn)，通常還需使用混凝沉淀或氣浮等手段。倪露等人[3]采用破乳調(diào)節(jié)-氣浮-過濾工藝處理噴水織機廢水，出水達到噴水織機回用標(biāo)準(zhǔn)。周雪峰[4]等人采用格柵-混凝-氣浮工藝對噴水織機廢水進行預(yù)處理，效果顯著。但是由于使用混凝劑，氣浮出水的電導(dǎo)率大幅增加，從150 μs/cm上升到了1500 μs/cm左右。強化處理段：此階段的作用在于進一步去除預(yù)處理段出水所含的殘余COD物質(zhì)。龐浩然等[5]采用BAF工藝處理紡織工業(yè)園區(qū)的噴水織機廢水，可使噴水織機廢水達到《城鎮(zhèn)污水廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)規(guī)定的二級標(biāo)準(zhǔn)， 但無法達到噴水織機的回用標(biāo)準(zhǔn)。BAF能否在混凝沉淀的基礎(chǔ)上進一步改善水質(zhì)以達到噴水織機回用水標(biāo)準(zhǔn)，有待進一步研究。

深度處理段的作用在于去除廢水中的陰陽離子物質(zhì)以降低電導(dǎo)率。陳云根等[2]采用氣浮-快濾-陰陽離子交換-精密過濾工藝處理噴水織機廢水，控制了回用水的懸浮物、色度、電導(dǎo)率及表面張力，可以穩(wěn)定滿足噴水織機的用水要求。

所以，未來應(yīng)該減少PAC等絮凝劑的使用量，以期在不增加廢水電導(dǎo)率的情況下提高強化處理段出水水質(zhì)。而磁絮凝技術(shù)恰恰符合了這一特征，可以在保證廢水處理效果的同時，大大減少絮凝劑的使用量。磁分離技術(shù)是利用各種物質(zhì)磁性的差別，在不均勻磁場中實現(xiàn)分離的一種方法[6]。本身具有磁性的物質(zhì)可以直接進行磁分離，本身無磁性的物質(zhì)可以通過投加磁粉磁化后進行分離[7]。磁粉本身對廢水中的油類、膠態(tài)物質(zhì)具有良好的吸附能力[8]；磁粉還能使膠體的碰撞次數(shù)增多，形成磁絮體的機會加大。此種特性恰好對應(yīng)了噴水織機廢水膠體COD比例大，且含油的特點。因此，將磁分離技術(shù)應(yīng)用于噴水織機廢水處理具有較大的研究價值。

然而，單獨使用磁粉處理含油廢水，雖然操作簡單，費用較低，但出水含油量難以達標(biāo)。因此為了提高處理效果，試驗在加入磁粉的同時加入絮凝劑與助凝劑，使絮凝作用得到強化，可得到較好的處理效果[9]。

總之，目前針對噴水織機廢水的處理方法多半僅僅停留在能使其達標(biāo)排放的階段。并且在實際的投產(chǎn)中大都存在著處理工序復(fù)雜，處理成本高，污泥含水率高，回用水電導(dǎo)率高，腐蝕設(shè)備嚴(yán)重，雜質(zhì)容易導(dǎo)致織機噴頭堵塞等問題。使得噴水織機廢水的回用問題，一直無法得到很好地解決。因此，急需對噴水織機廢水的處理和回用技術(shù)進行進一步深入研究，實現(xiàn)對噴水織機廢水的處理和回用，做到環(huán)境效益和經(jīng)濟效益統(tǒng)一。

1 試驗條件與方法

噴水織機廢水取自某浙北地區(qū)某鎮(zhèn)(噴水織機紡織廠集聚地)的污水處理站。磁粉Fe3O4純度>98%，粒徑主要集中在2～12 μm。絮凝劑聚合氯化鋁(PAC)含量(以Al計)≥12%，溶液濃度為10 g/L。助凝劑聚丙烯酰胺(PAM)，相對分子質(zhì)量>5×106溶液濃度為5 g/L。

首先取一定量的噴水織機廢水，試驗PAC、PAM加入量對其凈化效果，確定最佳工藝參數(shù)。然后，根據(jù)以上工藝參數(shù)，研究投加磁粉的磁絮凝效果，即考察磁粉與絮凝劑加入量的匹配關(guān)系及加料順序、攪拌條件對噴水織機廢水處理效果的影響。

實驗每次取250 mL廢水置于250 mL量筒中，按照不同的實驗條件分別加入磁粉、絮凝劑和助凝劑后，對廢水進行攪拌，再將量筒置于用來提供外部磁場的強力磁鐵上20 min，使磁性絮體分離沉淀。對處理后的出水，分別測定其COD、含油量等指標(biāo)。

2 試驗結(jié)果和討論

2.1 工藝參數(shù)的確定

經(jīng)過實驗，對于COD濃度在300～350 mg/L的噴水織機廢水，PAC的最佳投加量為260 mg/L，在控制PAC投加量為260 mg/L的條件下，改變PAM投加量20～40 mg/L，通過實驗可知，隨著PAM的投加量增加，噴水織機廢水的絮凝效果愈加明顯，但是PAM投加量增加到32 mg/L時，廢水的絮凝效果不再發(fā)生更明顯的改變，因此確定PAM最佳加入量為32 mg/L。這是因為助凝劑加入后改善了廢水中絮凝反應(yīng)的環(huán)境,加快了絮凝劑與水中膠體顆粒的絮凝反應(yīng)。經(jīng)實驗得出，絮凝劑和助凝劑按一定比例投加時效果較好,否則助凝劑PAM過量投加后，絮凝后的絮狀物不容易固液分離從而影響出水水質(zhì)。由此確定，PAC和PAM的投加量分別為260 mg/L、32 mg/L。

2.2 磁粉對污泥的沉降速度、體積的影響

用量筒取250 mL噴水織機廢水置于500 mL的燒杯中，同時加入PAC 260 mg/L和磁粉80 mg/L，并以250 r/min的速度進行攪拌2 min。再加入PAM 32 mg/L以50 r/min的速度慢攪5 min后，將燒杯內(nèi)的水倒入250 mL的量筒中。將250 mL量筒置于提供磁場的強力磁鐵上，記錄沉降20 min時污泥的體積以及當(dāng)污泥沉降到20 mL時的時間，同時比較不加磁粉時污泥的沉降情況。重復(fù)上述實驗，并以改變PAC和PAM的投加量，進行對照實驗，實驗結(jié)果如表1所示。

表1 絮凝與磁絮凝條件下的污泥體積和污泥沉降速度對比

由表1可知，在絮凝劑投加量相同的條件下，加入了磁粉后自然沉降的污泥體積與不加磁粉相比增加了1/5，這是由于噴水織機廢水中的雜質(zhì)并不多，磁粉的加入與否并不影響長時間絮凝反應(yīng)形成污泥的體積，而且因為磁粉的加入導(dǎo)致廢水中的雜質(zhì)的增加，最后污泥體積增加；而達到相同體積的污泥時，磁絮凝分離的時間要比自然沉降所需的時間少1/3左右，這是由于磁粉的加入增加了水中懸浮顆粒物的數(shù)目，提高了顆粒之間的碰撞幾率，同時在鋁鹽絮凝劑的吸附架橋作用下形成了以磁粉為核心的磁性絮體。

在磁場中，磁性粒子所受磁力公式為:

Fm= Xm·V·H(dH /dL)

磁絮凝過程中，水中的懸浮顆粒因吸附在磁粉上而具有磁性，這就導(dǎo)致了磁性粒子的體積V的增大，從而使磁場力Fm增大，使絮體的沉降速度加快。

重復(fù)上述試驗，同時改變磁場強度(以使用1塊強磁鐵作為1個單位的磁場強度)，控制沉降時間為 30 min，考察噴水織機COD去除率的變化，試驗結(jié)果見表2 。

表2 不同磁場強度對磁絮凝分離后污水COD的影響

由表2可知，隨著磁場強度的增強，出水的COD濃度逐漸降低，在四個單位磁場強度下COD的去除率大約比一個單位磁場強度下COD的去除率要高出20%。這正是由于磁場強度的增強導(dǎo)致磁性粒子磁化率的增大，從而使磁場力增大的結(jié)果。同時由于場強的增加使帶有磁性的顆粒之間的吸引力增加，污泥得到有效地沉降。

2.3 磁粉加入量對磁絮凝處理噴水織機廢水的影響

用量筒取250 mL噴水織機廢水置于500 mL的燒杯中，加入PAC 260 mg/L和磁粉，改變磁粉加入量為40～160 mg/L，并以250 r/min的速度攪拌2 min。加入PAM 32 mg/L以50 r/min的速度慢攪5 min，將水倒入250 mL的量筒中。再將量筒置于1塊的強力磁鐵上模擬一個單位磁場場強，并進行磁分離沉降。靜置后取上清液，用COD測定儀中測其COD量并記錄；同時用分光光度計測量上清液的含油量。實驗結(jié)果見表3。

含油量計算公式：

式中：C0—被測水樣的含油量，mg/L；

E—被測水樣的吸光度；

V0—萃取液總體積，mL；

Vw—被測水樣體積，mL；

K—吸光度系數(shù)，L/mg；

N—稀釋倍數(shù)。

表3 磁粉加入量對磁絮凝分離后出水COD、除油率的影響

由表3可知，經(jīng)磁絮凝處理后的出水中COD濃度隨著磁粉使用量的增加而改變，出水COD濃度先降低后上升。這是由于，當(dāng)磁粉加入量飽和時，多余的磁粉不再和絮凝劑絮體結(jié)合形成緊密的磁性粒子，導(dǎo)致出水水質(zhì)下降。根據(jù)含油量公式和表3可知，在磁粉投加量為80 mg/L時，出水含油量最低較最高含油量降低1/2，但是由于數(shù)值過小，總體的出水含油量相差不大。一方面是因為磁粉對噴水織機廢水中的油類、膠態(tài)物質(zhì)具有較好的吸附能力；磁粉的加入使水中的懸浮顆粒增加，膠體的碰撞次數(shù)增多，形成絮體的機會加大。另一方面由于噴水織機廢水中的油類，膠體物質(zhì)含量較少，加入一定量的磁粉后使水中的膠體大部分都形成了磁絮體，導(dǎo)致再增加磁粉的量也不能進一步降低出水的含油量。分析確定磁粉最佳加入量為80 mg/L。

2.4 絮凝劑加入量對磁絮凝處理噴水織機廢水的影響

用量筒取250 mL噴水織機廢水置于500 mL的燒杯中，加入磁粉80 mg/L和PAC，改變PAC加入量200～320 mg/L，并以250 r/min的速度攪拌2 min。根據(jù)PAC投加量改變相應(yīng)的PAM的投加量，PAM投加量范圍：20～44 mg/L。將量筒置于1塊的強力磁鐵上模擬一個單位的場強,并進行磁分離沉降。靜置后取上清液，用COD測定儀中測其COD量并記錄；同時用分光光度計測量上清液的含油量。實驗結(jié)果見表4。

表4 不同絮凝劑對磁絮凝分離出水COD、出水吸光度影響

由表4可知，當(dāng)磁粉加入量為80 mg/L時，一開始隨著絮凝劑PAC投加量的增加，出水COD和出水含油量都隨著投加量的增加而降低，在PAC投加為240 mg/L時，出水COD和出水含油量達到最低，比不加磁粉時PAC的最佳加入量(260 mg/L)要少1/3。這是因為隨著磁粉投加量的增加，在一定程度上改變了膠體和懸浮顆粒的表面性質(zhì)，使膠體或懸浮顆粒之間的吸引能大于排斥能促進了凝聚，從而使得PAC的使用量相應(yīng)減少。所以，當(dāng)磁粉投加量為80 mg/L時，最佳的PAC和PAM投加量分別為240 mg/L、28 mg/L。

2.5 加料順序?qū)Υ判跄幚韲娝棛C廢水的影響

在噴水織機COD濃度為300～350 mg/L的條件下，控制磁粉、PAC、PAM用量分別為80、240、28 mg/L，試驗以下4種不同加料順序?qū)Τ鏊瓹OD濃度和含油率的影響：①首先同時加入磁粉和PAC快攪，然后加PAM慢攪；②先加磁粉，然后迅速加入PAC快攪，最后加PAM慢攪；③先加入PAC，然后迅速加入磁粉快攪，最后加PAM慢攪；④先加入PAC快攪，再加PAM，然后迅速加入磁粉后慢攪。快速攪拌速度為250 r/min，慢速攪拌速度為50 r/min；靜置后，取上清液用COD測定儀中測其COD量并記錄；同時用分光光度計測量上清液的含油量。實驗結(jié)果見表5。

表5 不同加料順序?qū)OD以及除油率的影響

由表5可知1～2加藥順序處理后出水COD和含油量相似，3～4加藥順序的處理結(jié)果相似。先加磁粉增加了水中的顆粒物的數(shù)量，使膠體有效碰撞次數(shù)增多，可以使水中的懸浮顆粒、膠體顆粒被磁粉吸附。所以只有磁粉和PAC幾乎同時加入，保證這兩種物質(zhì)在快速攪拌下充分接觸，才能形成有效的磁性顆粒，才能提高出水COD濃度和含油量的去除效果。如果最后加入磁粉，導(dǎo)致磁粉不能及時參加反應(yīng)，無法形成磁性絮體，懸浮物磁性不強，導(dǎo)致廢水含油量和COD去除效果不佳。因此，先加磁粉，緊接著加PAC快攪，最后加PAM慢攪為最佳的加藥順序。

2.6 攪拌條件對磁絮凝處理噴水織機廢水的影響

在噴水織機廢水COD為300～350 mg/L的條件下，控制磁粉、PAC、PAM用量分別為80、240、28 mg/L，加料順序為先同時加入磁粉和PAC，然后加PAM，試驗下列4種不同攪拌條件對反應(yīng)的影響：①快攪(400 r/min)2 min+慢攪(50 r/min)5 min；②快攪(250 r/min)2 min+慢攪(50 r/min)5 min；③快攪(150 r/min)2 min+慢攪(50 r/min)5 min；④快攪(150 r/min)2 min+慢攪(80 r/min)5 min。磁粉和PAC在快攪時加入，PAM在慢攪時加入；試驗結(jié)果見表6。

表6 不同攪拌速度對磁絮凝分離的影響

由表6可知，當(dāng)快攪速度為250 r/min，慢攪速度為50 r/min時出水COD濃度和含油量最低，磁絮凝分離效果較好。與其他各攪拌條件相比，較實驗條件4的COD濃度降低17%，含油量大約降低69%。這是由于快攪速度過慢時，磁粉難以擴散，導(dǎo)致磁粉與水中的固體顆粒接觸機會降低，形成磁性絮體的幾率減少，絮體的磁性減弱，處理效果不佳。而當(dāng)快攪速度為400 r/min時的效果和250 r/min時相差不大。因此，攪拌的速度并非越快越好，攪拌的目的是為了讓磁粉擴散到整個水體，與水中的污染物充分接觸，更高的攪拌速度并不能提高磁粉的絮凝率。因此，最適宜的攪拌條件為快攪速度250 r/min，慢攪速度為50 r/min。

3 結(jié)論

(1)采用磁絮凝分離法處理噴水織機廢水是可行的，其處理效果比只加絮凝劑和混凝劑效果更加顯著。

(2)通過實驗確定了磁絮凝分離法處理噴水織機廢水的最佳工藝參數(shù)。當(dāng)噴水織機廢水為344.1 mg/L時，其最佳投藥量的參數(shù)和過程為：磁粉加入量為80 mg/L，PAC與PAM的投加量分別為240 mg/L和28 mg/L；并且當(dāng)磁粉與PAC幾乎同時并進行快攪拌，速度為250 r/min，加入PAM后慢速攪拌速度為50 r/min時，出水COD濃度為67.11 mg/L，較其他處理條件下的出水COD濃度降低20%左右，所以在最佳工藝參數(shù)和過程下凈水效果最好。

(3)加入磁粉進行磁絮凝改善了廢水的絮凝效果，不僅能提高絮凝效果，縮短絮凝與沉降時間，大約能減少1/3的時間，還能減少絮體體積，實現(xiàn)快速分離。磁絮凝分離法處理噴水織機廢水可以更好的降低出水COD，較其他處理條件下的出水COD降低20%左右，還能有效降低出水含油量。這些優(yōu)點為縮短處理周期，減少了設(shè)備占地面積，降低污泥處理難度，以及節(jié)約費用提供了可能。因此，磁絮凝技術(shù)在含油污水處理中有更廣闊的前景。

(4)磁絮凝分離法可以使出水或者回用水的電導(dǎo)率得到一定的控制。出水電導(dǎo)率和絮凝劑與助凝劑的使用量有關(guān)，在相同出水水質(zhì)要求的情況下，通過磁絮凝分離法處理噴水織機廢水可以有效的降低絮凝劑和助凝劑的使用量，由此可推斷，該處理方法能夠降低出水中的電導(dǎo)率。所以磁絮凝分離法能夠促進噴水織機廢水的回用，并且緩解回用過程中設(shè)備腐蝕和噴頭堵塞的問題。