化學(xué)藥劑復(fù)配處理不銹鋼加工企業(yè)廢水的正交試驗研究
嚴(yán)興
(廣州市污水治理有限責(zé)任公司，廣東廣州510655)
[摘要]通過復(fù)配碳酸鈣、氫氧化鈉和PAM處理城市不銹鋼加工企業(yè)廢水試驗，不僅確定了各化學(xué)藥劑用量，也確保了不銹鋼加工企業(yè)廢水的高效處理，并達(dá)到了高標(biāo)準(zhǔn)排放，降低了處理成本。通過正交試驗得出：當(dāng)廢液中碳酸鈣的濃度為6.67 g/L、氫氧化鈉的濃度為1.67 g/L、PAM的濃度為0.053 g/L時，處理效果最好。在此條件做補(bǔ)充試驗后得到廢液的總鉻濃度為0.5 mg/L，ss濃度72 mg/L，濁度為55 NTU，顏色為無色，達(dá)到城市工業(yè)污水排放標(biāo)準(zhǔn)。
[關(guān)鍵詞]復(fù)配；化學(xué)藥劑；廢水；正交試驗
[中圖分類號]X5 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A [文章編號]1007-1865(2010)10-0221-02
隨著科技的進(jìn)步、各個產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展以及人類對美的追求，大量質(zhì)優(yōu)外觀華美的產(chǎn)品特別是金屬產(chǎn)品展現(xiàn)在人們的面前。而這些產(chǎn)品的生產(chǎn)制作過程非常復(fù)雜，并伴隨著含有大量重金屬離子如鉻離子，酸根離子的廢水排放到外界。不銹鋼雕飾企業(yè)包括電梯表面圖畫雕刻，不銹鋼金屬品美化等，規(guī)模通常較小，每天所產(chǎn)廢水量僅數(shù)噸，達(dá)不到一定的規(guī)模處理，但數(shù)量多。通常這些企業(yè)將廢水直接運(yùn)送到市政工業(yè)廢水管理站，也有少數(shù)企業(yè)直接將廢水偷偷排入市政污水管道。前者需要消耗大量的運(yùn)送成本和處理廢水費(fèi)用，抑制了企業(yè)的發(fā)展，后者更是污染了城市環(huán)境，給城市污水的處理帶來了很多不確定因素。因此，如何經(jīng)濟(jì)、高效的處理該類廢水，不僅是關(guān)系到該類企業(yè)長期快速、可持續(xù)發(fā)展的重要因素，也是建設(shè)和諧社會、促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展社會、綠色環(huán)保性、資源節(jié)約性、低碳性社會的重要問題。到目前為止，鮮見有將多種化學(xué)藥劑復(fù)配處理該類不銹鋼加工企業(yè)廢水的實驗研究。為強(qiáng)化處理效果，本實驗采用碳酸鈣、氫氧化鈉和PAM復(fù)配處理該類廢水，取得了較好的效果。
1 試驗材料、儀器設(shè)備和試驗方法
1.1 試驗材料
試驗樣品采用2010年1月8號水樣，各指標(biāo)值如下：pH為1.0，Cr為10 mg/L，濁度為1200 NTU，SS值為1000 mg/L，顏色為深紅。
1.2 試驗設(shè)備
如表3。
1.3 測試方法
總Cr：液相色譜；pH：采用雷茲pH計；濁度：濁度儀；SS：重量法，在105℃下烘干至恒重進(jìn)行測定。
1.4 試驗方法
1.4.1 材料的篩選
從廢水水質(zhì)可知，該類廢水酸度極大，并含有大量的金屬離子如Fe離子、Cr離子等，需要采用大量的堿性物質(zhì)中和并能與這些金屬離子形成沉淀或絮狀體。
1.4.2 碳酸鈣的投加量對該類廢水Cr離子濃度的影響
取5只400 mL的燒杯，每個燒杯中加入300 mL廢液，然后分別加入1、2、3、4、5 g的碳酸鈣。以200 r/min的速度快速攪拌10 s，而后以60 r/min的速度慢速攪拌2 min，待水樣靜置沉降10 min后，從各燒杯液面以下1~2 cm處取上清液測定其Cr離子值。其處理效果見圖1。
1.4.3 氫氧化鈉的投加量對該類廢水Cr離子濃度的影響
取5只400 mL的燒杯，每個燒杯中加入300 mL廢液，然后分別加入0.5、1、1.5、2、2.5 g的氫氧化鈉。以200 r/min的速度快速攪拌10 s，而后以60 r/min的速度慢速攪拌2 min，待水樣靜置沉降10 min后，從各燒杯液面以下1~2 cm處取上清液測定其Cr離子濃度的值。其處理效果見圖2。
1.4.4 氧化鈣的投加量對該類廢水Cr離子濃度的影響
取5只400 mL的燒杯，每個燒杯中加入300 mL廢液，然后分別加入1、2、3、4、5 g的氧化鈣。以200 r/min的速度快速攪拌10 s，而后以60 r/min的速度慢速攪拌2 min，待水樣靜置沉降10 min后，從各燒杯液面以下1~2 cm處取上清液測定其Cr離子濃度的值。其處理效果見圖3。
1.5 正交試驗
在藥劑篩選的單因素實驗中，投加碳酸鈣處理廢液，形成的絮體顆粒小，沉淀較松散，沉降速度慢，Cr離子濃度高，投入大量藥劑后溶液處理效果不明顯；選用氫氧化鈉處理廢液，形成的絮體顆粒小，沉降速度慢，分層不明顯，溶液顏色較深，Cr離子濃度高；選用氧化鈣處理廢液，效果極差，分層不明顯，溶液渾濁，顏色深，Cr離子濃度高。鑒于上述單藥劑試驗和聚丙烯酰胺(PAM)的特點(diǎn)，試驗選擇混凝劑碳酸鈣、氫氧化鈉和絮凝劑PAM復(fù)配處理不銹鋼加工企業(yè)廢水。
取上述3個因素為正交試驗的因子，各因素的水平選3個，即四因素三水平l9(33)的正交試驗，正交試驗設(shè)計方案見表4。根據(jù)藥劑的篩選實驗的方法，取300 mL廢液于燒杯中，加入碳酸鈣粉末，快速攪拌5 s后，加入氫氧化鈉，再次快速攪拌10 s后，再加入PAM，快速攪拌5 s后，慢速攪拌2 min，待水樣靜置沉降15 min后，從各燒杯液面以下1~2 cm處取上清液進(jìn)行測量。
1.6 結(jié)果與討論
復(fù)配上述3種藥劑后，沉淀后水質(zhì)較清，分層明顯，Cr離子的去除率高，見表6。
通過表5，把各個相同因素水平下的電導(dǎo)率加和后取平均值，得到該因素水平下的平均值，求極差得表2，依據(jù)極差值大則對廢液影響大的原理選擇出最佳藥劑的投量，從表5可知：當(dāng)廢液中碳酸鈣的濃度為6.67 g/L、氫氧化鈉的濃度為1.67g/L、PAM(PAM的濃度：0.16 g/L)的濃度為0.053 g/L時，處理效果最好。以此條件做補(bǔ)充試驗得到Cr離子濃度為0.46mg/L，結(jié)果見表6。
不銹鋼廢液中投加碳酸鈣時，碳酸鈣在廢液中電離成鈣離子和碳酸根離子或碳酸氫根離子，這些陰離子能夠中和廢液中大量存在的氫根離子，使廢液中pH逐漸升高，接近中性。這時，大量的三價鐵離子、鋁離子等逐漸形成絮狀沉淀物。隨著氫氧化鈉的逐漸加入，該絮體逐漸增大，并和Cr離子形成絡(luò)合物，隨著絡(luò)合物的增大，其寬大的絮狀結(jié)構(gòu)逐漸網(wǎng)捕其它重金屬離子，如銅離子，銀離子等。但廢液中還存在一些沒有絡(luò)合的Cr離子和其它重金屬離子，它們?nèi)芙庠趶U液中。加入PAM后，PAM的吸附架橋作用，逐漸吸附漂浮的小絮體顆粒物，在慢速攪拌過程中，生成的絮體體積逐漸增大，絮體變得更加密實，并逐漸網(wǎng)捕其它部分重金屬離子，最終沉淀到容器底部。溶液的顏色逐漸由深紅色→淺紅色→黃色→淡黃色→淡黃色→無色。實驗結(jié)果表明，碳酸鈣、氫氧化鈉、PAM多種化學(xué)藥劑混合使用，較單獨(dú)加入有更好的預(yù)處理效果和抗沖擊負(fù)荷的能力。三種藥劑的混合使用，在化學(xué)中和、物理沉淀、吸附架橋和網(wǎng)捕沉淀等共同作用下，在剪切力和離心力的協(xié)同作用下，絮體逐漸被濃縮而變得密實、穩(wěn)定，最后沉淀到容器的底部，使廢水得到最大程度的凈化。
2 小結(jié)
復(fù)配碳酸鈣、氫氧化鈉和PAM對不銹鋼雕飾企業(yè)廢水的處理效果好，當(dāng)廢液中碳酸鈣的濃度為6.67 g/L，氫氧化鈉的濃度為1.67 g/L，PAM的濃度為0.053 g/L時，處理效果最好，處理后出水較清，重金屬離子含量少，滿足工業(yè)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。
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來源：中國化學(xué)試劑網(wǎng)
