（化学工艺专业论文）山梨酸废水资源化处理工艺的研究.pdf

青岛科技大学研究生学位论文 山梨酸废水资源化处理工艺的研究 摘要 山梨酸生产的缩合、水解以及精制过程中，将产生一股含醋酸、甲苯及山梨 酸的高浓度有机废水。该废水具有可生化性差、有机物和氯离子含量高的特点。 尽管许多学者和机构对此进行了研究，但迄今尚无成功的工业化处理工艺。 针对山梨酸废水目前的处理现状及废水的特殊性，本文探讨了中和混凝一蒸 发一汽提一超声联合f e n t o n 试剂氧化的处理工艺。考察了混凝过程中混凝剂的类 型、混凝剂的用量及搅拌时间等因素；蒸发过程考察了废水中固含物的溶解度及 沸点升高等因素；汽提过程的蒸汽用量和采出率对塔底出水c o d e r 的影响；对于 超声联合f e n t o n 试剂的深度氧化处理单元，考察了超声波功率、硫酸亚铁和双氧 水浓度等因素对c o d e r 去除率的影响，并对氧化过程动力学进行了研究。利用 a s p e n 模拟软件对蒸发和汽提单元进行了工业化模拟计算，并进行了经济效益分 析。 结果表明： l 、混凝过程，选用氢氧化钙复配聚丙烯酰胺作为混凝剂，在氢氧化钙用量 为1 6 9 l ，聚丙烯酰胺用量为5 m g l ，絮凝温度5 0 。c ，搅拌时间3 m i n ，搅拌速度 2 0 0 r m i n 时，c o d e r 去除率可达4 3 1 ，絮体沉降速度为0 9 m h 。 2 、蒸发过程除掉盐及高沸点有机物，经蒸发处理后，c o d e r 降低至 1 6 6 4 0 m g l 。 3 、汽提过程中，维持进料量2 0 l h ，当采出率为进料的1 1 ，蒸汽用量为 2 3 k g h 时，出水c o d e r 降至18 8 7 m g l 。 4 、氧化单元在超声功率4 0 0 w ，p h 值为3 0 ，反应温度为6 00 c ，h 2 0 2 用量 为0 5 q t h ，即6 0 2 0m l l ，f e 2 + 用量为o 0 4m o l l - 1 ，反应时间为4 0 m i n 的条件下， c o d e r 降至1 0 0 m g l 以下。 5 、采用关联反应温度、硫酸亚铁浓度和双氧水浓度三种影响因素的指数型 经验模型，用线性回归法对不同氧化降解时间的c o d e r 去除率进行定量分析，最 终得到动力学方程如下式： - d c d t = 2 0 8 0 7 e x p ( 14 9 0 7 r t ) f 。s 0 4 o 7 4 4 3 i n 2 0 2 】o 5 7 9 6 6 、利用a s p e n 模拟软件对蒸发和汽提单元进行模拟计算，确定了蒸发单元 和汽提单元的基本工艺参数，并验证了其在工业应用上的可行性。通过技术及经 济效益分析可知，采用此工艺处理山梨酸废水，具有较高的社会效益与经济效益。 关键词：山梨酸废水f e n _ t o n 潮j 超声波蒸发汽提 t h es t u d yo nt h er e s o u r c e f u l t r e a t m e n t t e c h n o l o g yo fs o r b i ca c i dw a s t e w a t e r a bs t r a c t t h es o 而i ca c i dw a s t e w a t e rw e r ef o r m e di nt h ep r o c e s so fc o n d e n s a t i o n , h y d r o l y s i s ，r e f i n i n g t h em a i np o l l u t i o n sw e r ea c e t i ca c i d ，e r o t o n a l d e h y d e ，p o l y v i n y l a n ds o r b i ca c i de t c t h ew a s t e w a t e rh a dh i g hc o n t e n to fo g a n i ca n dc h l o r i n ei o n s ，l o w b i o l o g i ca b i l i t y t h e r e w e r em a n ys t u d i e so n t h et r e a t m e n to fs o r b i ca c i d w a s t e w a t e r h o w e v m e r ew a ss t i l ls o m ed i f f i c u l t yi n d u s t r i a l i z a t i o nb e c a u s eo f c o s t a n dl o we f f i c i e n c y c o n s i d e r i n gt h ep r e s e n tt r e a t m e n t a n ds p e c i a ls i t u a t i o no fw a s t e w a t e r , t h e c o a g u l a t i o n e v a p o r a t i o n s t r i p p e r u l t r a s o u n d c o m b i n e dw i t hf e n t o nr e a g e n t o x i d a t i o np r o c e s sw e t eu s e dt ot r e a ts o r b i ca c i dw a s t e w a t e r t h ef a c t o r si ne a c hs t a g e w e r ed i s c u s s e di nd e t a i l ，i n v o l v i n gs l e c t i o na n dd o s a g eo fc o a g u l a t i n ga g e n t ，s t i r i n g t i m ei np r o c e s so fc o a g u l a t i o n , s o l i ds o l u b i l i t ya n db o i l i n gp o i n t s i np r o c e s so f e v a ：p o r 蜀l t i o n ，e f f e c to fs t e a mc o n s u m p t i o na n dr e c o v e r yr a t e o nc o d e ro ft h eb o t t o mo f c 0 1 1 l m ni np r o c e s so fs t r i p p i n g e f f e c to fu l t r a s o n i cp o w e r , f e r r o u ss u l f a t ea n dh y d r o g e n p e r o x i d ec o n c e i 】i t r a t i o no nc o d e r r e m o v a lr a t ew e r ed i s c u s s e di nu l t r a s o u n dc o m b i n e d w i t hf e n t o nr e a g e n ta d v a n c e do x i d a t i o np r o c e s s i n g u n i t a tt h es a m et i m e ，t h eo x i d a t i o n k i n e t i c sw e r es t u d i e d t h ea s p e ns i m u l a t i o n s o f t w a r ew e r eu s e dt oi n d u s t r i a l s i i n u l a t i o na n dc o n d u c t e de c o n o m i ca n a l y s i s t h em a i nc o n c l u s i o n c a l lb eg o ta s t o l l o w s ： 1 、t h eo b t a i n e do p t i m u mc o n d i t i o n so fc o a g u l a t i o np r o c e s sw e r e ：t a k i n gc a ( o h ) 2 c o m p o u n d i n gw i t hp a m a sc o a g u l a t i n gr e a g e n t , d o s a g eo fc a ( o h ) 2a n dp a m ：1 6g l a n d5 m g l ，f l o c e u l a t i o nt e m p e r a t u r e5 0 。c ，s t i r r i n gt i m e3 m i n ，s t i r r i n gs p e e d2 0 0 r m i n , c o d e rr e m o v a lr a t ec o u l du pt o4 3 1 ，f l o es e t t l i n gv e l o c i t yi s0 9 m h 2 、s a l ta n do r g a n i cc o m p o u n d sw i t hh i g hb o i l i n gp o i n tw e r er e m o v e di np r o c e s so f e v a p o r a t i o n ，c o d e rw a s r e d u c e dt o16 6 4 0 m g l 3 、i nt h ep r o c e s so fs t r i p p i n g ，k e e p i n gf e e dr a t ea t2 0 m ，w h e n t h er e c o v e r yr a t ew a s 山梨酸废水资源化处理工艺的研究 1 1 o f t h ef e e d ，s t e a ma m o u n tw a s2 3 k g , h ，c o d e rc o u l db er e d u c et o1 8 8 7 m g l 4 、w h e nu l t r a s o n i cp o w e rw a s4 0 0 w , r e a c t i o nt e m p e r a t u r ew a s6 0 t 2 ，d o s a g eo fh 2 0 2 a n df d + w e r e6 0 2 0 m l la n d0 0 4 m o f lr e s p e c t i v e l y , r e a c t i o nt i m e4 0 m i n s ，u n d e r t h e s ec o n d i t i o n s ，c o d e rc o u l db er e d u c e dt ol e s st h a n10 0 m g l 5 、a s s o c i a t e dw i t ht h er e a c t i o nt e m p e r a t u r e , c o n c e n t r a t i o no fh 2 0 2a n df e 2 + ，t h el i n e a r r e g r e s s i o n w e r eu s e df o r q u a n t i t a t i v ea n a l y s i n gc o d c rr e m o v a la td i f f e r e n t d e g r a d a t i o nt i m e , t h eu l t i m a t eg e t t y p ek i n e t i ce q u a t i o na sf o l l o w s ： d c d t = 2 0 8 0 7 e x p ( 1 4 9 0 7 r t ) f e s 0 4 o 7 4 4 3 i n 2 0 2 旧9 6 6 、t h et e c h n i c a lp a r a m e t e r so fe v a p o r a t i o na n ds t r i p p i n gu n i tw e r ed e f i n e db ya s p e n s i m u l a t i o ns o f t w a r ea n dv e r i f i e di t s f e a s i b i l i t y f o ri n d u s t r i a l a p p l i c a t i o n s t h i s t r e a t m e n to fw a s t e r w a t e rw e r ee n t i r e l l yf e a s i b l ea n dr e a l i z e dt h ee n v i r o n m e n t a l b e n e f i t sa n de c o n o m i cb e n e f i t st o t a l l y k e yw o r d s ：s o r b i ca c i dw a s t e w a t e r f e n t o nr e a g e n t u l t r a s o n i c s t r i p p e r e v a p o r a t i o n i l 青岛科技大学研究生学位论文 目录 前言。1日! j吾 1 文献综述3 1 1 山梨酸工艺废水的产生及处理现状3 1 1 1 工艺概况及废水来源3 1 1 2 废水特点4 1 1 - 3 处理现状5 1 1 4 目前存在问题12 1 2 本研究拟采用的工艺路线及研究内容1 2 1 2 1 拟采用的工艺路线1 2 1 2 2 研究内容1 3 2 混凝过程的实验研究1 5 2 1 混凝的概念及分类一1 5 2 2 混凝机理l5 2 3 影响混凝作用效果的主要因素1 6 2 4 混凝实验l8 2 5 实验结果与讨论1 9 2 5 1 混凝剂的选择1 9 2 5 2 影响混凝效果的因素2 2 2 5 3 正交试验考查各因素的影响2 6 2 6 本章小结2 8 3 蒸发加汽提工艺处理山梨酸废水3l 3 1 蒸发过程的实验研究3 1 3 1 1 实验装置：3 1 3 1 2 实验方法3 2 3 1 3 实验内容一3 2 3 2 汽提过程的实验研究3 4 3 2 1 实验装置3 4 3 2 2 实验方法3 5 山梨酸废水资源化处理工艺的研究 3 2 3 实验结果3 6 3 3 气相色谱分析废水成分3 7 3 3 1 气相色谱分析条件3 8 3 3 2 蒸发冷凝液色谱图3 8 3 3 3 汽提塔塔底排水3 9 3 4 本章小结3 9 4 超声联合f e n t o n 试剂深度处理山梨酸废水一4 1 4 1 超声波对有机物降解的作用机理4 l 4 1 1 空化理论4 1 4 1 2 自由基理论4 1 4 1 3 絮凝作用4 2 4 1 4 超声降解有机物对象及效果4 2 4 2f e n t o n 试剂氧化机理4 3 4 3f e n t o n 试剂氧化法的影响因素4 4 4 4 超声联合f e n t o n 试剂处理山梨酸废水4 5 4 4 1 试验方法4 5 4 4 2 结果与讨论：4 5 4 4 3 超声波辅助f e n t o n 试剂降解有机物的动力学研究5 4 4 5 本章小结6 6 5 工业化模拟与优化及经济效益分析6 7 5 1 蒸发和汽提工艺流程及灵敏度分析6 7 5 1 1 蒸发和汽提工艺流程6 7 5 1 2 汽提塔塔顶采出量的影响7 0 5 1 3 汽提塔进料位置的影响7 l 5 1 4 蒸汽用量的影响7 2 5 1 5 各因素对塔底排水中甲苯和乙醇含量的影响7 3 5 2 经济效益分析7 7 5 3 本章小结7 8 结论与建议7 9 参考文献81 附录8 7 h 青岛科技大学研究生学位论文 致谢9 l 攻读学位期间发表的学术论文目录9 3 独创声明：9 5 h i 青岛科技大学研究生学位论文 上- j l _ - 刖舌 改革开放3 0 年来，我国国民经济取得了迅猛的发展，但同时也带来了资源 的大量浪费和环境的严重污染。为此党中央提出了科学发展观，保护环境，节约 资源成为了全社会共同的责任。建设社会主义循环经济，创建资源节约型、环境 友好型经济是今后工业生产的发展方向。 山梨酸生产废水主要来自缩合、水解以及精制等过程，主要污染物有醋酸、 甲苯及山梨酸等。经过近几年的研究探索，利用生化法处理山梨酸生产废水虽然 取得了一定的成效，但是由于废水中污染物并不能直接被微生物利用且大多数有 机物都对微生物的代谢具有抑制作用，使得系统负荷很难提高，严重影响废水处 理效率。有学者采用微电解法和湿式氧化法等处理山梨酸废水，但由于处理费用 等问题，工业化还有一定困难。由于生产山梨酸过程中将产生大量废水，日产废 水约1 4 0 t ，如果废水得不到切实有效的处理，工厂将面临关闭的危险。因此，研 究开发经济、环保、有效的山梨酸废水处理新工艺已是各生产企业迫切的愿望。 本论文在综述国内外已发表研究的基础上，通过对废水中组分的分析及验 证，最终确定采用中和混凝一蒸发一汽提一超声联合f e n t o n 试剂氧化工艺处理山 梨酸废水。 本文的主要内容如下： l 、中和混凝法预处理山梨酸废水 选择合适的混凝剂对山梨酸废水进行预处理，考察混凝剂用量，混凝温度， p h 值及搅拌时间等因素对废水c o d e r 及色度去除率的影响。 2 、蒸发、汽提工艺处理山梨酸废水 经中和混凝处理后的废水含有大量无机盐及山梨酸盐，若不对这部分盐进行 处理，将对后续工序产生很大的负荷。若直接采用生物法处理，大量的无机盐及 山梨酸盐等将对微生物的生长产生强烈的抑制作用。本论文通过蒸发工艺，去除 无机盐及山梨酸盐，同时去除高沸点有机物。实验考察物料蒸发过程中料液的温 升及固含物的结晶情况，从而确定工艺的可行性和蒸发操作的工艺参数。 采用汽提工艺去除废水中所含低沸点有机物，从而进一步降低废水c o d e r 值。同时考察蒸汽用量和采出量对c o d e r 去除率的影响。 山梨酸废水资源化处理工艺的研究 3 、超声波联合f e n t o n 试剂深度处理山梨酸废水 采用超声联合f e n t o n ( f e 2 + + h 2 0 2 ) 试剂耦合氧化深度处理山梨酸废水。考察 了超声功率、反应时间、反应温度、p h 值、试剂投加量对c o d e r 去除率的影响， 并对超声波辅助f e n t o n 试剂降解有机物的动力学进行研究。 4 、利用a s p e n 模拟软件对蒸发和汽提单元进行工业化模拟计算，对整个工 艺进行经济核算，确定其可行性。 2 青岛科技大学研究生学位论文 1 文献综述 1 1 山梨酸工艺废水的产生及处理现状 1 1 1 工艺概况及废水来源 山梨酸( s o r b i c a c i d ) ，化学名2 ，仁已二烯酸，分子式c 6 h 8 0 2 ，分子量1 1 2 3 ， 熔点1 3 3 1 3 5 ，为无色针状结晶或白色结晶状粉末，稍带刺激性气味，对光、 热稳定，但在空气中长期放置易被氧化，微溶于水，溶于有机溶剂【l 】。 山梨酸是一种具有共轭双键的不饱和脂肪酸，在p h 1 0 0 0 2 0 0 0 m g 几) 。 ( 2 ) 可生化性差【1 5 - 1 6 】 用生化法处理废水，通常以b o d c o d 的比值来表征废水可生化性的程度。 若该值大于o 4 5 ，废水的可生物降解性好，如食品工业废水。若该值为0 3 - 一0 4 5 ， 废水的可生化性较好，如合成化学脂肪酸废水。若该值为0 2 - - - 0 3 ，则可生化性 较差，如造纸废水。若该值小于0 2 ，则一般情况下不宜采用生物法处理，如农 4 青岛科技大学研究生学位论文 药废水。经测定，该废水b o d c o d 小于0 2 ，故难以用生物法进行处理。 ( 3 ) 氯离子含量高 酸析过程中由于盐酸的使用，引入的大量氯离子，给处理装置的选材带来较 大困难。 ( 4 ) p h 值低，色度深 圹 山梨酸废水的p h - - 0 6 ，水质呈棕黑色，且伴有轻度刺鼻异味。 ( 5 ) 还原性强，耗氧量大 水体的自净能力有限，当水中溶解氧浓度低于3 - - - 4 m g l 时，鱼类将难以生 存。山梨酸废水中含有的碳水化合物等，本身并无毒害，但却是微生物的营养物， 会促使细菌大量繁殖，消耗水中的溶解氧而造成水体严重缺氧，使水质恶化。 1 1 3 处理现状 针对山梨酸废水的特殊性及废水组成的复杂性，很多机构和个人曾对该废水 的处理进行过研究，采用的方法有微生物法【1 7 。2 2 1 、催化湿式氧化法f 2 3 2 4 1 、水解酸 化法【2 5 2 6 】、三维电极法【2 7 之8 1 、吸附法【2 9 1 等。 1 1 3 1 生化法 王锐刚，黄德文【1 7 1 采用物化预处理、厌氧滤池和活性污泥法相结合的方法处 理南宁某食品添加剂有限公司山梨酸生产废水。设计处理的废水量为5 0 m 3 d ， c o d c r 为3 0 0 0 0 m g l 左右，s s 为5 0 - - 10 0 m g l ；n h 3 - n 为3 0 4 5 0 m g l ；p h 为 0 2 - 0 5 。流程图如下： 絮摸蒯 生石灰粉( 聚丙烯酰胺) 图1 2 混凝生化法处理山梨酸废水工艺流程图 f i g 1 - 2p r o c e s so f s o r b i ca c i dw a s t e w a t e rt r e a t e db yc o a g u l a t i o na n db i o c h e m i c a lm e t h o d 结果表明：经该工艺处理后废水中化学需氧量( c o d ) 、氨氮( n h 3 n ) 、悬浮物 5 排卜 嘉i 回 上融丁眺中眺 l 竺 一中一啮 山梨酸废水资源化处理工艺的研究 ( s s ) 的去除率分别达到9 9 6 、8 4 、8 1 左右，达到g b8 9 7 8 1 9 9 6 污水综 合排放标准行业二级排放标准。 陆林华【1 8 】采用混凝一生化法处理山梨酸废水。日排水量为1 2 0 m 3 ，废水先用 生石灰中和，调p h 至8 , - - 9 ，然后进隔油池除油，除油后进澄清池，除掉下层沉 淀，然后进厌氧池再进好氧池。工艺流程如图1 3 所示： 图l 一3 混凝一生化法处理山梨酸废水工艺流程图 f i g 1 - 3p r o c e s so fs o r b i ca c i dw a s t e w a t e rt r e a t e db yc o a g u l a t i o na n db i o c h e m i c a lm e t h o d 结果表明：采用混凝一生化法处理山梨酸废水，c o d c r 去除率为9 9 8 ，b o d 5 去除率为9 9 9 ，s s 去除率为9 2 ，色度去除率为9 6 6 。采用本处理系统，可 免开已使用的处理规模为1 0 0t d 的高浓度废水焚烧处理系统，从而可减少投资， 而且运行简单方便、费用低。 彭明国，李慧蓉【l9 】采用序批式间歇活性污泥法与接触氧化法相结合( b s b r ) 的处理方法处理山梨酸生产废水。设计处理的废水量为5 0 0 m 3 d 。废水水质： ( c o d e r ) 为3 0 0 0 - - 。5 0 0 0 m g l ；p ( s s ) 为5 0 - - - l o o m g l ；色度 5 0 ( 倍) ；( n h 3 - q ) 为3 0 , - 一5 0 m g l ；p h 为2 - - , 5 。工艺流程如图1 4 所示： 6 青岛科技大学研究生学位论文 空气蒸汽 整个系统的剩余污泥- 一污泥干化场二+ 于泥运出 l 遣遂鲎型蝗堡 图l - 4 山梨酸生产废水工艺流程图 f i g 14p r o e m so fs o r b i ca c i d 、a s t e w a t e r sp r o d u c f i o n 一，结果表明j 该工艺处理后废水中化学需氧量( c o d ) 、氨氮( n h 3 - n ) 、悬浮物 ( s s ) 的去除率分别达到9 8 ，8 5 ，8 4 左右，工艺流程简单，运行管理方便， 处理效率高，排水指标均达到g b 8 9 7 8 1 9 9 6 综合污水排放标准一级标准要 求，探索了一条山梨酸生产废水处理的新途径。 邹家庆等【2 0 】从优化厌氧生化处理入手，设计厌氧一生物接触氧化法的工艺路 线进行实验研究。厌氧试验采用有效容积为2 5 l 自制的反应器，内装搅拌装置， 反应器中投入1 3 体积已驯化的污泥和1 5 l 待处理的废水( c o d c r 约为 7 0 0 0 m g l ) ，进水p h 控制在6 5 7 2 ，以b o d ：n ：p 质量比为1 5 0 ：5 ：1 添加 氮、磷源【2 l 】。在电机带动下慢速间歇搅拌，反应完成后静止沉淀，上清液用虹吸 管排出。装置安放在恒温室内，保持水温在2 0 2 5 。生物接触氧化试验采用2 l 自制的反应器，放入挂好膜的组合填料，以压缩空气为氧源曝气，厌氧出水为 进水，p h 无需再调节，按b o d ：n ：p 质量比为1 0 0 ：5 ：l 添加氮、磷源。装置 安放在恒温室内，保持水温在2 0 2 5 之间。溶解氧质量浓度维持在2 4 m g l 。 结果表明，经5d 厌氧处理后b o d c o d 值由o 1 7 提高到0 2 8 ，再配合1 2h 生 物接触氧化处理，使c o d c r 从7 0 0 0 m g l 左右降至15 8 0 m g l ，c o d c r 平均总去 除率达7 7 4 。 7 山梨酸废水资源化处理工艺的研究 胡允良等人【捌采用淹没式厌氧生物滤池和膜分离活性污泥法处理山梨酸废 水，c o d c ，总去除率高达9 3 9 9 ，出水c o d c ，叠0 0m g l ，达到g b 8 9 7 8 1 9 9 6 污水综合排放标准行业二级排放标准，顺利通过当地环保部门的验收。 生物法由于工业化成本高、投资大，而且山梨酸及其盐类对微生物具有强烈 的抑制作用，从而使得系统负荷很难提高，故迄今为止尚无成功的工业化应用实 例。 1 1 3 2 催化湿式氧化法 光催化氧化是以n 型半导体( t i 0 2 ) 为敏化剂的特殊光敏化氧化。t i 0 2 在紫外 光的照射下被激发，在其满带和导带上分别产生空穴和自由电子，使水分子活化 生成氧化能力极强的o h ，进一步氧化分解溶液中的有机物，从而使其脱色。与 金属相比，半导体能带是不连续的，在填满电子的低能价带和空的高能导带之间 存在一个禁带。用作光催化剂的半导体大多具有较大的禁带宽度。如被经常研究 的t i 0 2 ，在p h = 1 时的带隙为3 2 e v ，相当于波长为4 0 0 n m 的光的能量。在波长 小于4 0 0 n m 的光的照射下，能吸收能量高于其禁带宽度的波长的辐射，产生电 子跃迁，价带电子被激发到导带，形成空穴一电子对，并吸附在其表面的h 2 0 和 0 2 ，由于能量传递，形成活性很强的自由基和超氧离子等活性氧，诱发光化学反 应，具有光催化能力，其反应如下： h 2 0 + l l + _ o h + h + 0 2 + e _ 0 2 2 o o h h 2 0 2 + 0 2 h + + o h o h q 划_ o o h 2h 2 0 2 - 1 - 0 2 - 叶2 o h + 2 0 h + 0 2 式中e 和h + 分别代表晶体表面的电子和空穴，它们与水及氧反应的产物是0 2 。 ( 过氧离子) 及反应活性很高的o o h 或o h 。生成的自由基具有很强的氧化分 解能力。 陈瑜等人】采用光催化氧化技术处理山梨酸废水，原水c o d e r 约4 0 0 0 0 - - 8 0 0 0 0m g l ，p h 3 - - 4 ，生化性差，b o d c o d 8 5 和水中有足够溶解氧时，才能迅速形成f e 3 + ，这就使设备和操作较 复杂。为此，常采用加氯氧化的方法。 高分子混凝剂尤其是有机高分子混凝剂，混凝的效果受p h 值的影响较小。 从铝盐和铁盐的水解反应式可以看出，水解过程中不断产生h + 必将使水的p h 值 下降。要使p h 值保持在最佳的范围内，应有碱性物质与其中和。当原水中碱度 充分时还不致影响混凝效果；但当原水中碱度不足或混凝剂投量较大时，水的p h 值将大幅度下降，影响混凝效果。此时，应投加石灰或碳酸钠等。 3 水中杂质的成分性质和浓度 水中杂质的成分、性质和浓度都对混凝效果有明显的影响。例如，天然水中 含粘土类杂质为主，需要投加的混凝剂的量较少；而污水中含有大量有机物时， 需要投加较多的混凝剂才有混凝效果，其投量可达1 0 , - 1 0 3 m g l 。但影响的因素 比较复杂，理论上只限于作些定性推断和估计。在生产和实用上，主要靠混凝试 验来选择合适的混凝剂品种和最佳投量。 在城市污水处理方面，过去很少采用化学混凝的方法。近年来，化学混凝剂 的品种和质量都有较大的发展，使化学混凝法处理城市污水( 特别在发展中国家) 有一定的竞争力。实践表明，对某些浓度不高的城市污水，投加2 0 - - 一8 0 m g l 的 聚合硫酸铁与0 3 , - - 0 5 m e e t , 左右的阴离子聚丙烯酰胺，c o d e r 就可去除7 0 左 右，悬浮物和总磷9 0 以上。 4 水力条件 混凝过程中的水力条件对絮凝体的形成影响极大。整个混凝过程可以分为两 个阶段：混合和反应。水力条件的配合对这两个阶段非常重要。 混合阶段的要求是使药剂迅速均匀地扩散到全部水中以创造良好的水解和 聚合条件，使胶体脱稳并借颗粒的布朗运动和紊动水流进行凝聚。在此阶段并不 要求形成大的絮凝体。混合要求快速和剧烈搅拌，在几秒钟或一分钟内完成。对 于高分子混凝剂，由于它们在水中的形态不象无机盐混凝剂那样受时间的影响， 混合的作用主要是使药剂在水中均匀分散，混合反应可以在很短的时间内完成， 而且不宜进行过份剧烈的搅拌。 反应阶段的要求是使混凝剂的微粒通过絮凝形成大的具有良好沉淀性能的 1 7 山梨酸废水资源化处理工艺的研究 絮凝体。反应阶段的搅拌强度或水流速度应随着絮凝体的结大而逐渐降低，以免 结大的絮凝体被打碎。如果在化学混凝以后不经沉淀处理而直接进行接触过滤或 是进行气浮处理，反应阶段可以省略。 2 4 混凝实验 ( 1 ) 实验药剂 聚丙烯酰胺( p a m ) ( f h 离子型、非离子型、阴离子型) ，聚合氯化铝( p a c ) ，氢 氧化钙( c a ( o n h ) ，硫酸亚铁( f e s 0 4 ) ，明矾( k a k s 0 4 ) 2 1 2 h 2 0 ) ，三氯 化铁( f e c l 3 ) ，氢氧化钠( n a 0 i h ) ，硫酸( h 2 s 0 4 ) ，均为分析纯。 ( 2 ) 实验仪器 h h 6 型化学耗氧量测定仪( 江苏江分电分析仪器有限公司) ； 磁力搅拌器( 郑州南北仪器设备有限公司) ； p h 5 1 0 型台式酸度计( 上海精密科学仪器有限公司雷磁仪器厂) ； 恒温水浴锅( 杭州汇尔仪器设备有限公司) ； ( 3 ) 检测方法 用h h 一6 型化学耗氧量测定仪测定溶液c o d e r 值；用p h 5 1 0 型台式酸度计测 定废水p h 值；用稀释倍数法测定废水色度。具体操作方法及步骤见附录。 c o d e r 去除率= ( 原水c o d e r 值一混凝处理后c o d e r 值) 原水c o d e r 值 色度去除率= ( 原水色度值一混凝处理后色度值) 原水色度值 ( 4 ) 实验步骤 用2 5 0 m l 量筒量取2 0 0 m l 水样于2 5 0 m l 烧杯中，调节其p h 值，投加药剂， 在2 0 0 r m i n 的转速下搅拌，然后静置一段时间后，取样分析其c o d e r 值的变化 和色度去除率。 青岛科技大学研究生学位论文 2 5 实验结果与讨论 2 5 1 混凝剂的选择 混凝剂在不同体系有不同的混凝效果，适宜的混凝剂形成的絮体大且沉降速 度快。本研究选用聚丙烯酰胺( 阳离子型、非离子型、阴离子型) ，聚合氯化铝， 氢氧化钙，硫酸亚铁，明矾，三氯化铁等混凝剂来预处理山梨酸废水。由于 c a ( o h ) 2 作为混凝剂处理废水的同时具有调节p h 值的作用，故考察c a ( o h ) 2 的混 凝效果时，不再额外加入n a o h 调节p h 值。在考察p a c 、f e s 0 4 、明矾、f e c l 3 、 p a m 混凝剂的混凝效果时，先用n a o h 调节山梨酸废水的p h 值，然后在相同实 验条件下考察每种混凝剂投加量与c o d e r 去除率、絮体沉降时间、色度去除率的 关系。实验结果如下图所示。 24681 01 2 c o a g u l a n td o s a g e g l 图2 - 1 混凝剂投加量对c o d e r 及色度去除率的影响 f i g 2 1e f f e c to f c o n c e n t r a t i o no f c o a g u l a n to nc o d e ra n dc o l o rr e m o v a le f f i c i e n c y 1 9 髭 n 博 住 8 4 誉ioeej ooo口c西-io一8 避 垩 o 尘 o o ) 勺 c 苦 8 4 0 3 0 2 0 o o p t i m u md o s a g eo fc o a g u l a n t 图2 _ 4 混凝剂种类对c o d e r 去除率的影响 f i g 2 - 4e f f e c to fc o a g u l a n to nc o d e rr e m o v a le f f i c i e n c y 注：均为各个混凝剂最佳用量 o p u m u md o s a g eo fc o a g u l a n t m g 图2 5 混凝剂种类对絮体沉降速度的影响 f i g 2 5e f f e c to f c o a g u l a n t0 1 1s e t t l i n gv e l o c i t y 注：均为各个混凝剂最佳用量 2 1 承3 u a|u异l曰意，oejj。doo 咐 叮 帖 眈 e圣i。o一磐，勃星薏协 山梨酸废水资源化处理工艺的研究 o p t i m u md o s a g eo fc o a g u l a n t r a g 图2 - 6 混凝剂种类对色度去除率的影响 f i g 2 - 6e f f e c to f c o a g u l a n to nc o l o rr e m o v a le f f i c i e n c y 注：均为各个混凝剂最佳用量 从上图中可看出，当氢氧化钙用量为1 6 l 时，废水c o d e r 去除率达3 9 3 ， 色度去除率5 3 ，上层液微红澄清；而当采用聚丙烯酰胺做混凝剂时，阳离子聚 丙烯酰胺的混凝效果明显优于阴离子和非离子聚丙烯酰胺，当阳离子聚丙烯酰胺 用量为5 m g l 时，c o d e r 去除率达1 4 ，色度去除率达6 5 ，絮体沉降时间明 显缩短。随着混凝剂投加量的增加，废水c o d c r 及色度均呈先增加而后略微降低 的趋势。这是由于过量药剂的加入，使原己形成的颗粒体系失稳，影响了絮凝效 果。 实验观察到废水中投加混凝剂后，均有絮体产生，但只有氢氧化钙和聚丙烯 酰胺所产生的絮体大，且容易沉降。p a m 加入后即刻就有大块的混凝体生成，静 沉时，加入p p j v 的水样，絮体沉降速度快。而未投加p , m v 的水样仍有大量细小 的絮体未沉降完毕，但絮体结构松散，轻微震动沉淀即漂起。产生上述现象的原 因是由于p a m 具有很长的分子链，能在经凝聚作用形成的胶体颗粒矾花间进行 架桥，形成大而坚韧的絮体。 通过实验现象及结果的总结，本实验采用氢氧化钙和聚丙烯酰胺复配使用处 理山梨酸废水。 2 5 2 影响混凝效果的因素 用氢氧化钙和聚丙烯酰胺复配处理山梨酸废水，由于氢氧化钙在起混凝作用 寰仃oem110ioi。 青岛科技大学研究生学位论文 的同时还可以调节废水p h 值。而p a m 是一种高分子絮凝剂，p h 值对其影响较 小。因此本实验只考察氢氧化钙投加量，而不考虑废水p h 值。 ( 1 ) 氢氧化钙用量对c o d e r 及色度去除率的影响 取6 份2 0 0 m l 废水，在聚丙烯酰胺用量为5 m g l ，温度为5 0 。c ，搅拌时间 为3 m i n ，搅拌速度为2 0 0 r m i n 条件下，改变氢氧化钙加入量，考察其对山梨酸 废水c o d e r 及色度去除率的影响。结果如图2 7 所示。 81 01 21 41 61 8 2 02 2 d o s a g eo fc a ( o h ) 2 9 l 图2 - 7 氢氧化钙投加量对c o d e r 及色度去除率的影响 f i g 2 7e f f e c to fc o n c e n t r a t i o no fc a ( o h ho nc o d e ra n dc o l o rr e m o v a le f f i c i e n c y 随着混凝剂投加量的增加，c o d e r 和色度的去除率均先增加后减小。在投加 量为1 6 l 时，c o d e r 和色度去除率均达到最大值。 ( 2 ) 聚丙烯酰胺的用量对c o d e r 及色度去除率的影响 取6 份2 0 0 m l 废水，在氢氧化钙用量为1 6 9 l ，温度为5 0 c ，搅拌时间为 3 m i n ，搅拌速度为2 0 0 r m i n ，改变聚丙烯酰胺加入量，考察其对山梨酸废水c o d e r 及色度去除率的影响。结果如图2 8 所示。 砷 吾 一e，6e害doo刁cjo一8 山梨酸废水资源化处理工艺的研究 o 2468 d o s a g eo fp mm g l 图2 - 8p a m 用量对c o d c l 及色度去除率的影响 f i