为了提高混凝、沉淀的效果,还常添加助凝剂。较常用的助凝剂为聚丙烯酰胺(PAM),由于PAM价格昂贵,即使少量投加也会使废水处理运行成本大幅上升。许多企业的废水处理设备建而不投或仅在环保检查时运行一下,其要害就在于此。另外,PAM单体有毒,选用PAM作助凝剂可能会在排水或排泥中带入二次污染因子[1]。本试验要寻求一种实用、价廉、无毒的助凝剂,最好找到PAM的助凝替代品,使再生纸废水处理既提高混凝效率,又可使运行成本降下来,保证废水处理设备的投运率。

　　1　试验方法

　　实验水样取自河南省新密市某福利造纸厂再生纸车间中段废水排放口。现场密封后迅速送往实验室,立即经过60目涤纶筛网作粗纤维过滤分离,滤后的废水分别装入若干5L的聚乙烯塑料桶中,在4℃、冷暗处保存。在实验开始前激烈振摇水样并恢复到室温。原始水样的水质指标见表1。

　　试验目的是针对常用的混凝剂PAC,找到较理想的助凝剂,以替代现用的PAM助凝剂,既可保证再生造纸废水混凝处理的效果,又可降低废水处理运行成本,还可避免PAM单体“三致”问题。混凝实验方法采用ASTM的混凝杯罐试验。

　　试验选择以下评价混凝处理效果的指标:(1)浊度;(2)色度;(3)沉降速率;(4)废水处理运行药品成本费;(5)COD。

　　影响混凝效果的因素很多、很复杂。如混凝剂品种、助凝剂种类、原水PH、水温、浊度、搅拌速度搅拌时间等。试验中由于所用水样为取自同一排污口的废水样,故原始浊度相同,因此该因素忽略考虑;试验是在室温条件下进行的,实验水样也要恢复到室温,故水温因素也忽略考虑;原水PH=7 6,在实际运行中用不着调节了,故PH因素也不考虑。

　　搅拌速度、搅拌时间的影响因素,采用了MRossiMｉ等的成果[2]:快速搅拌220ｒ/Mｉｎ,搅拌时间1Mｉｎ;再慢速搅拌40—60ｒ/Mｉｎ,搅拌时间20Mｉｎ。

　　因此本试验的研究因素选取为:混凝剂种类与助凝剂种类。由于目前生产运行中混凝剂常用PAC,助凝剂一般为PAM,考虑到本试验的目的,本试验选择了一种超细滑石粉作为新的无机助凝剂替代因子考虑。SFT,化学式为MG3(Si4O10)(OH)2,单斜晶系,六方或菱形板状晶体,密度2 7—2 8G/ｃM3,无毒,是环境无害材料。本试验所用的SFT由国家非金属矿研究院提供,细度选择1250目,平均粒径约为12μM与常用的PAM线度同一数量级。

　　2　结果与讨论

　　实验结果如图2、图3所示。

　　实验先对原水水样进行了混凝剂PAC投药量试验,结果给出投加300MG/L可获得最佳效果,这与生产现场运行的实际加药量基本吻合,故在本实验中把PAC投药量锁定在300MG/L,只研究PAM与SFT的替代性。事实上,由于在生产现场的运行中,助凝剂PAM不可能加得很多,一般控制在3—5MG/L左右,若PAM投量过多,会使废水处理成本上升,厂方承受不起。因为再生的低级黄纸板售价很低,市场竞争很激烈,用厂方的话说:不能把仅有的一点点利润都掷到水里去了。

　　因此,本试验中PAM的投药量试验只选了0MG/L,3MG/L,5MG/L三个点,PAM大于5MG/L的投药量对于生产现场运行已经没有任何指导意义。由图2、图3可见,当SFT投加量为3MG/L时,废水浊度、色度的降低与投加PAM时具有极吻合的走向,对浊度下降而言,SFT甚至比PAM还略好一些。表2给出了SFT投加3MG/L时与PAM投加5MG/L时对中段废水的处理结果对比。由表2可见,PAC+3MG/LSFT的混凝处理效果与PAC+5MG/LPAM的混凝处理效果基本相当。由于SFT是一种无机矿物质超细颗粒,当使用PAC+SFT工艺方案时,混凝—沉淀工序产生的泥渣对环境无害,排水中也不存在PAM单体二次污染的嫌疑。因此可以认为:SFT可以替代PAM助凝SFT为什么可以替代PAM助凝呢?根据混凝动力学中碰撞速率方程[3]:Ｎ0=43ｎ2ｄ3G式中:Ｎ0——碰撞速率;ｎ——颗粒数量浓度;ｄ——参与絮凝过程的颗粒直径;G——速度梯度。

　　碰撞速率与颗粒物数量浓度的平方成正比,与参与絮凝过程的颗粒直径的三次方成正比。当G值保持不变,由于加入的PAM是分子量300万以上的有机高分子物质,其展开长度可达10μM以上[4],许保玖[4]以构成浊度的粘土颗粒(甚至包括粉砂)为例,经推算后指出:粘土颗粒表面吸附混凝剂水解胶体产物颗粒后,不会影响粘土的粒度,因为两者粒度相差2—3个数量级。未被吸附的即使聚集成更大的颗粒,也远达不到所测定的粒度。因此,只有粘土颗粒才是决定水中颗粒物数量浓度的因素。

　　本试验所选用的SFT,是经特殊加工的无机矿物超细微粒,细度达到1250目,平均粒径12μM,在几何尺度上与PAM同一个数量级,但PAM是一个二维长链,而SFT是一个三维球体,在提供颗粒物空间直径ｄ的三次因子和数量浓度ｎ的二次因子的贡献上,SFT比PAM更为优秀些。不过,图2、图3的实验又表明,若过多投加SFT也会适得其反,因为过量的SFT反而提供了额外的浊度和色度源,会影响处理效果。废水处理的成本直接影响到目前中小企业废水处理设备的投运率。其中药品成本占主要比例。

　　表3给出了使用PAM与SFT替代品后的废水处理药品成本比较(其他成本要素不变)。由表3可见,采用SFT助凝替代后,每处理1M3再生造纸废水,可以比原先使用PAM助凝时节约药品成本0 1046元,依此估算,一个年产10000ｔ的小再生造纸厂,日排放污水量以2000M3计,SFT替代后,废水处理的药品成本可节约209 20元/ｄ,每年按300ｄ生产计,全年共节约6276万元。

　　3　结　论

　　(1)超细滑石粉(SFT)可以替代PAM助凝。把SFT作为常规PAC混凝处理工艺的助凝剂,也可以较好地处理再生造纸废水,当SFT助凝剂投加量3MG/L时,浊度去除率达98 8%;色度去除率达92 3%;沉速达1 1倍;COD去除率达81 1%。

　　(2)用SFT作再生造纸废水混凝处理的助凝剂,比用PAM作助凝剂,处理成本可降低0 1046元/M3。

　　(3)SFT是环境无害材料,用作助凝剂所产生的污泥渣不会引起二次污染。