【造纸废水】活性炭强化絮凝技术对造纸废水的深度处理

北极星环保网讯:摘要：造纸废水经过絮凝、生化工艺处理之后，很难达到对排放要求较高的水体中排放的标准，也严重影响废水的回用，因此需要深度处理。本文采用混凝剂聚合氯化铝铁(PAFC)和活性炭吸附剂联合作用的方法对造纸废水进行深度处理。结果表明：单独使用PAFC时，处理后废水CODCr从130mg/L下降到73.2mg/L，COD去除率为43.7%。PAFC和活性炭联合使用时，处理后废水CODCr从130mg/L下降到39mg/L，COD去除率为70%，出水水质达到了GB  3544-2008规定的一级排放标准。

造纸废水占全国工业废水排水总量的很大一部分，对环境影响巨大，污染物浓度高，有害成分繁杂，难降解物质多。目前国内外制浆造纸厂综合处理工程大多采用一级沉降，二级生化处理的方法，这是处理造纸废水较为成熟的技术路线，但经生化处理后COD，色度等水质指标仍然很高，无法达到国家排放标准[1]。因此有必要对生化处理后的出水进行深度处理，以实现造纸废水的达标排放。

活性炭别名活性炭黑，形状为黑色粉末状或块状、颗粒状、蜂窝状的无定形炭，也有排列规整的晶体碳[2]。活性炭的主要原料来源于所有富含碳的有机材料，例如煤、木材、果壳、椰壳、核桃壳、杏壳、枣壳等。这些原料材料经过在活化炉中转化，在高温和压力下通过热解作用生成特殊的活性炭。由于活性炭含有大量微孔，同时其巨大的表面积，能有效地吸附去除色度、臭味，可去除二级出水中大多数可溶性有机污染物和某些无机物，包含某些有毒的重金属。

活性炭吸附法广泛应用于在城市污水处理、饮用水及工业废水处理[3]。实践表明，活性炭对水中微量有机污染物具有卓越的吸附性，主要能够吸附去除分子量在500到3000的有机物，由于活性炭对有机物的吸附能力大，在废水深度处理中得到广泛的应用[4]。活性炭强化混凝(EC-PAC)技术在20世纪70年代开始用于工业废水深度处理工艺[5]。单独的投加混凝剂(聚合氯化铝等无机絮凝剂)所起到的混凝过程主要是去除废水中的胶体及悬浮物，对于一些可溶性的有机小分子起不到去除作用[6]。于是我们采用混凝剂和吸附剂(活性炭)联合作用的方法，对造纸废水进行深度处理。

1 实验部分

1.1 废水来源及水质

制浆造纸企业低浓度外排废水多经过了絮凝及生化处理，限制废水难于达标排放主要是CODCr和色度，CODCr主要由制浆废液中的木素降解产物、多糖类和生物处理过程中产生的生物物质构成，一般为生物难降解物，色度主要是大分子复杂有机物贡献，也相对比较难处理。广东省江门市双水造纸基地废水处理厂的处理流程为：进水→调节池→加硫酸铝→一沉池→气浮池→厌氧池→好氧池→二沉池→出水。

实验所用造纸废水为该厂废水处理工艺的生化池出水，该废水外观呈棕色，水质指标及排放标准如表1所示。

由表1可知，好氧池的出水氨氮、酚等指标均达到排放标准的要求，但是COD值和色度未达标。色度高的主要原因是由出水的高COD造成的，所以本实验研究的目的是去除二级出水口的COD。

1.2 实验仪器与试剂

磁力搅拌器;DIS-16型多功能数控消解仪(深圳市昌鸿科技有限公司);CNP-301型COD测定仪(深圳市昌鸿科技有限公司)。

活性炭(200目煤质，平原县义诚活性炭厂);聚合氯化铝铁(PAFC)，其中盐基度77%，Al2O3 7.0%，Fe2O3  1.43%(肇庆华锋电子铝箔股份有限公司碧江环保分公司);阴离子聚丙烯酰胺(PAM)，配制成0.2%的稀溶液。

1.3 实验步骤

1.3.1 混凝实验

在室温下，取造纸厂二级好氧池出水(以下简称水样)200mL于烧杯中，分别投加不同量(以每200mL水样投加混凝剂的毫升数计)的混凝剂(聚合氯化铝铁)，以180转/min的速度进行搅拌30s，然后在搅拌的条件下加入1mL助凝剂PAM，静置，待其沉降1h后，取上清液测其指标，确定最佳混凝剂投加量。

1.3.2 吸附-混凝实验

在吸附混凝实验中，取200mL水样于烧杯中，先加入不同量的粉末活性炭(煤质200目)，以180转/min的速度进行搅拌20min(活性炭的吸附平衡时间为15～30min)。然后按最佳混凝剂投加量加入PAFC，搅拌30s之后加入1mL稀释过的PAM，静置1h后，取上清液测其指标。

1.4 水质分析方法

CODcr采用标准重铬酸钾法测定。

2 实验结果及分析

2.1 最佳混凝剂投加量及其COD去除效果

根据图1显示的混凝剂不同投加量对水样COD的去除效果。随着混凝剂投加量的增加，COD去除率逐渐提高，当投加量达到0.6mL，废水CODCr从130mg/L下降到73.2mg/L，COD去除率达到43.7%，再增加混凝剂的投加量，去除效果提高不明显。并且当投加量超过0.8mL，COD去除率反而下降，原因是随着PAFC的持续增加，过多的絮凝剂被引入水体中，与已形成的絮体都带同一性质的电荷，使得絮体进入重新稳定区而难以沉降，导致废水的COD去除率降低。综上所述，PAFC的最佳投加量为0.6mL(每200mL水样)。

2.2 最佳活性炭投加量及吸附-絮凝的COD去除效果

从图2可以看出，对比单独使用混凝剂PAFC的COD去除效果，随着活性炭的加入，水样的COD去除率有了明显的增加，并且COD去除率随着活性炭的投加量增大而增大，当投加量为0.05mg时，活性炭吸附达到平衡，处理后废水CODCr从130mg/L下降到39mg/L，COD去除率为70%，处理后水质已经达到了GB  3544-2008规定的一级排放标准。再增加活性炭用量不仅COD去除增加缓慢，处理成本也会逐渐增加。考虑到活性炭强化絮凝技术的实用性，确定活性炭投加量为0.05mg(每200mL水样)。

2.3 其他因素对实验效果的影响

助凝剂PAM的用量、混凝温度及时间是影响混凝效果的次要因素[8]。PAM用量的多少与COD的去除率的大小关系不大，但PAM的用量直接决定了混凝生成絮体的大小，当PAM的用量达到1mL时，絮体明显变大，沉降速度明显增大。由于PAM价格昂贵，用量不宜过大，1mL即可。混凝温度不宜过高，因为PAFC混凝形成的絮体较轻，温度高，不利于絮体的沉降。我们发现只要混凝时间达到30s，混凝反应就比较充分了。

2.4 活性炭强化絮凝机理的探讨

无机高分子絮凝剂的絮凝机制是以胶体化学理论为基础，包括凝聚与絮凝，絮凝剂发生水解和聚合反应，生成高价聚羟阳离子，通过压缩双电层吸附与架桥作用，并辅以卷扫、网捕作用来完成对水中悬浮物及胶体类非溶解性物质的脱稳凝聚，从而达到降低COD的目的[9]。吸附剂主要是粉末活性炭，利用活性炭发达的比表面积，丰富的微孔径，能有效吸附去除二级出水中的大多数有机污染物，协同强化传统无机絮凝剂的吸附作用，进而提高了COD去除率，并缩短了沉降时间。活性炭强化絮凝沉降机理以图3所示。活性炭以物理吸附较大的分子形成更大的颗粒，后由长链结构的铝铁絮凝剂进行吸附架桥，形成更为粗大絮凝体，然后迅速从废水中沉降分离[10]。

3 结论

3.1 采用活性炭强化絮凝技术对造纸厂二级好氧池出水进行深度处理，其效果优于单独使用无机絮凝剂。

3.2  最佳处理条件为：往200mL水样中加入活性炭搅拌20min后再加入聚合氯化铝铁搅拌30s，最后加入聚丙烯酰胺，沉降1h，活性炭的投加量为0.05g，聚合氯化铝铁的投加量为0.6mL，聚丙烯酰胺的投加量为1mL，可使出水COD值降至39mg/L，COD去除率为70%，达到GB  3544-2008规定的一级排放标准。

3.3 该法为造纸废水的深度处理提供了一种简单、有效、可行的方法。

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