超细滑石粉对再生造纸废水处理的助凝作用

超细滑石粉对再生造纸废水处理的助凝作用研究摘要针对目前许多中小造纸厂的废水混凝处理中，使用PAM作助凝剂，致使污水处理成本居高，又可能带来二次污染，找到了一种新的助凝剂超细滑石粉（SFT）作为PAM的替代品，可使处理的药品成本降低0.173元/m3，且不会给排泥带来二次污染。关键词超细滑石粉再生造纸废水处理混凝助凝剂替代性StudyofflocculationsubstituteofSFTintreatmentofreclaimedpapermakingwastewaterAbstract:Whiletreatingwastewater,manymedium-sizedandsmall-sizedpapermakingplantsusePAMasflocculant.Thecostoftreatmentisveryhighanditwillleadtopollutionthesecondtime.WeuseSFTasasubstituteforPAM.Asaresult,thetreatingcostwillbedecreasedby0.173￥/m3anditwillavoidthesecond-timepollution.Keywords:superfinetalc;reclaimedpapermaking;treatmentofwastewater;coagulation;flocculant;substitution研究目的文献[1]报导，我国造纸废水COD的排放量约占全国工业废水COD排放量的三分之一以上。在河南省尤其如此。河南是一个农业大省，利用农作物秸秆植物纤维制浆造纸，曾经支撑了许多县乡级的地方财政。在2000年保卫淮河的“零点行动”以后，河南已经关闭了许多这类中小碱法制浆造纸厂，但是保留或改造了一批废纸再生造纸厂，以生产黄纸板及再生新闻纸为主。再生造纸废水的污染负荷相对碱法制浆造纸而言较轻，但仍远远超过国家排放标准，仍是环保局重点控制的污染源。目前河南各地的中小再生造纸厂实际上也都非常重视再生纸的废水处理，但是由于在运行中发生的治污成本或工艺效果等各类问题，例如：混凝过程中通常采用PAM助凝，而PAM价格昂贵，即使少量投加也会使治污成本大幅上升，使利润本来很薄的再生造纸雪上加霜，若不加或少加，又使工艺效果大为下降，这类矛盾困惑着企业家。于是许多企业的废水处理设施建而不投或仅在环保检查时运行一下，其要害就在于此，其危害也在于此。本课题的研究要寻找一种PAM助凝的替代品，使再生废水处理既提高了混凝效果，有可使运行成本降下来，保证废水处理设备的投运率，真正保护环境。本课题为河南省环保局2003年科技攻关项目。实验方法与材料本课题以郑州市宏达造纸实业公司的再生纸生产废水为对象。该厂的废水主要来源于制浆车间的水力碎浆废水，日排废水量3000吨左右，加上部分生活污水，每日实际处理污水量3200吨左右，该厂的污水处理工艺如图1所示。加药刮渣加药刮渣出水出水气浮池沉淀池混凝池初沉池气浮池沉淀池混凝池初沉池污泥污泥污泥污泥图1、宏达造纸厂废水处理工艺图1示出试验的原始水样，分别取自沉淀池的前、后。水质指标见表1所示。表1试验原始水样水质指标灭水样朵PH陶COD筹Cr妄(学mg/L)劲色度禽（去t铺u漂）产浊度弓（饰t般u斗）泽S星S对（漆mg/挨L至）币原始水样已（协1疯）涉6.90迈1623.8挡4守2760清1240诊1516.6派7竭原始水样径（给2仁）遮6.87抗844.97组1100讯540真422.5驻扮羊洽译48.0遣60.1惠56.4啄72.1析本试验分别以蜂常规的聚合氯廉化铝口（逃PA明C远），聚合硫酸足铁席（港PF校S隆）为混凝剂，握分别配合以聚甲丙烯酰胺罩（读PA复M井），超细滑石裤粉后（闷SF浩T朗）为助凝剂，卡模拟生产现场馆的运行条件因察素，进行混凝阁试验，对比实锹验结果。逼本次试验选择闯了一种超细滑鸽石粉贯（行Superf笼ineTa树l岁c父，简甜写能SF指T兰）作为新的无润机助凝剂。实酷验所用笔的泻SF爬T越由国家非金属浙矿研究院提供象，滑石粉的细满度艘为蚕125顾0孝目，平均粒径役约为绍涌欺渔株聚册PA档C委选用了市售的规工业级产品。次PA想M称选用了郑州市苏污水有限公司愉化工厂吨生产的产品。挺PF桌S静选用了郑州市端柿园水厂生产健的液态聚合硫论酸铁。勉混凝动力学中欣搅拌参数的选拨择，根据文献退[2]哲M.Ross独in舒i赖的成果：库当出PA役C倘混凝时，快速蜜搅孤拌买200r/m翻i充n怀，搅拌时笋间辣1mi救n但；慢速搅抹拌修4腊0窝～非60r/mi丰n稍，搅拌时书间秀20mi茂n亮。在采打用娘PF滩S史作为混凝剂时耕，实验参考生弄产厂家所提供英的搅拌速率及述搅拌时间：快兴速搅犹拌楼300r/m呈i出n白，搅拌时咳间彻30坚s化；中速搅据拌葛150r/m仿i弃n并，搅拌时冷间波6mi辽n棋；慢速搅裤拌优60r/mi勾n眉，搅拌时赠间胆4mi猫n比；沉淀过程碧以点20r/mi极n壳搅篮拌饰5mi句n磨。益试验结果与讨攻论捧3.1医试验首先对预行沉后的原始水烫样量（宜2例）进行了混凝役剂珠PA音C取投药量的优化黄试验，即宏在靠50mg/绝L羽至幕500mg/企L沃的投药量范围骂内，进行逐点惕试验选择以获慢得最佳处理效众果者为最优投卵药量。结果获余得最寒优如PA撑C棍投药量吓为击350mg/源L扬，这一结果与听生产现场运行聋的实际投药量们基本吻合。故爸本试验酿把第PA浅C适投药量锁定亡在误350mg/渔L怀，只研吧究存PA园M组与辩SF组T拼的替代性。礼由于受生产现牺场治污成本的介限制，助凝棍剂都PA庭M获的投加量一般语控制载在帮3墨～粒5mg/炮L衣，后者的效果孔优于前者，但诱肯定不会超幼过凡5mg/身L铃的投加量，用捡厂方的话来说弓：不能把仅有霜的一点点利润补全掷到水里去介了。这使我们罚更加感受到了导寻沙求命PA惜M们替代品的迫切作性。君混凝岸剂工PA蝴C撑（武350mg/悬L躁）慕+占助凝口剂捐SF雁T恼投加量优化试鱼验的结果见矩表伸2腐所示。吹表低2S誓F验T啦投加量优化试惰验交浪（张PA慢C蛇：螺350mg/监L男）婶SF莫T健投加量（揉mg/L斩）蛮COD荒Cr负(钞mg/L)徒色度晒（我t馆u篇）广浊度践（贴t扰u哀）扣1把388.86拍96兴6庸3呼396.80飘108碌9其5后386.88浩112婆6若7沾386.88阿80特6部注：原水样选缠用初沉池后的侨水样份由田表还2舞可见稳，画SF加T秀的最优投加量策选民为卸1偷mg/断L严。稍PA缎C形（额350mg/纯L粱）纱+PA趁M盼（沟5mg/门L补）组合缓与郑PA坝C负（沙350mg/强L倡）短+SF抛T催（核1mg/太L衫）组合的混凝厦对比试验结果帖，见荡表惹3袭所示。懂表适3掩PA俗M携与旅SF框T舅对比试验结俯果懂证（跟PA鸦C会：棕350mg/银L春）美原始水样地（寨2薯）卡PAC早+PA个M芬（照5mg/甘L慧）咸去除率御（荐%蚁）旋PAC惩+SF绣T渡（甩1mg/棉L占）词去除率芳（驻%蜡）倾COD羞Cr织(注mg/L)坐844.97翁392.44泳53.6画385.11灌54.4揭色度咐（汪t盒u含）符1100灾87来92.1碌88帆92.0障浊度绸（玻t师u胜）葛540笛7样98.7悟5宋99.1染S登S白（买mg/竞L岂）症422.5克33.5牺92.1淋21.5亭94.9谊由餐表叹3算可见，作为助搁凝剂练，获SF念T式完全可以替幸代孟PA紫M义与混凝眉剂茧PA夹C丹配合使用。绞3.2绳在生产现场使行用的混凝剂除组了坏PA捎C嫁外，通常还使恰用伸PF宋S蹈。本试验选用解了郑州市柿园技水厂生产的聚瞧合硫酸铁原液寸，一种棕红色相的液体，使用饿前先将溶液稀扫释，配制脏成玉10且%杨（狠V/那V亲）爹，登PF勿S窑的投加量优化化试验结果见除表窗4着所示。君表昨4讲PF喜S选投加量优化试潜验樱PF者S仁投加量他（聚ml/虑L科）由COD战Cr划(妨mg/L)佣色度搬（絮t柱u繁）宝浊度状（尖t址u森）仗0惨1623.8犬4弱2760出1240埋5.0献602.16端360伍50优5.5蔑521.38爸265沃39净6.0周533.32欣310会51侮6.5核513.42倍255障39稳注：原水样选啊用初沉池前的付水样右由若表跑4勉可见，混凝烫剂怠PF符S笔的最优投加量稠选牵为革5.5ml/朵L圆。助凝兆剂纲PA懒M供的投加量，仍代选惕用膀5mg/详L华。当使振用炉PF狭S幸（撞5.5ml/只L营）时助凝鲜剂蔑SF羞T勉的投加量优化捡试验结果见继表戚5宏所示。梁表坝5艇SF蹲T葛投加量优化试计验懂轧（耍PF丈S撑：魄5.5ml/哭L匆）拘SF仗T歼投加量（贿mg/L三）知COD早Cr腊(招mg/L)享色度既（她t求u亭）曲浊度雷（冤t拳u药）得1耳464.45镜152卸15嫩3耗488.06亚244佛29减5俩535.30稻345胀41驳注：原水样选派用初沉池前的洁水样，助凝剂滋在慢速搅拌开赶始时加入剥由昏表物5归可见从，荐SF导T杰的最优投加量燕选勉为胁1mg/L双PF孙S迷（词5.5ml/母L木）冠+PA调M抖（坛5mg/欣L链）组合断与缩PF建S纱（丢5.5ml/暑L会）肿+SF亡T县（屈1mg/耳L真）组合的混凝服对比试验结果葬见肿表恭6跃所示。梅表短6粒PA累M誉与挑SF突T刊对比试验结扑果倾仿（射PF逆S过：泊5.5ml/烦L仪）爱原始水样诸（绩1率）探PFS趋+PA滋M剪（娱5mg/拌L估）押去除率抓（黑%稻）刷PFS踪+SF包T剪（矩1mg/龟L狮）就去除率圈（仇%题）朝COD遇Cr碎(拐mg/L)折1623.8凳4得497.90厦69.3士464.45月71.4爆色度某（振t任u巨）拢2760橡240淡91.3泻152行94.5斯浊度登（洽t长u醉）抬1240旋28挠97.7禽15森98.8树S演S镜（校mg/崭L辣）篇1516.6蜂7廉8.0昼99.5紧7.0旬99.5贱由壮表真6菊可见，作为助鞭凝剂者，啄SF乱T确完全可蜡以替充代芹PA鸭M灶与混凝肠剂寇PF谢S截配合使用。到3.3饰企喉讨论搏3.3.1燥垮由洲表狮3顾、挽表拖6孕可见，无论在坟以膛PA辛C虽为混凝剂还是秘在以与PF蕉S英为混凝剂的混序凝工序中绩，路SF扁T甲均可以作为助万凝剂去替棵代液PA仇M常。并悄且，贡当患SF后T搏用量为葬1mg/升L检时，其助凝效梳果要优爹于孤PA标M购用量否为落5mg/捕L蓄的助凝效果。进抹本混凝药品成本应比较见踪表膀7芝所示。已表厕7运浊混凝药品成本讯比较揉（左PA火C真为混凝剂）掠药品名称及用芳量糊（币mg/燃L鸡）繁PAC+PA获M秋方案箩PAC+SF样T棚方案位PAC(35拴0mg/L)碗PAM(5m舌g/L)搏PAC(35欣0mg/L)狡SFT(1m沿g/L)别单价（雄元捐/切吨）捏1800烫35000纹1800乳2000梳贴伪度酒骑0.630舰0.175骂0.630卷0.002的合计（春伤笑豆）究0.805沙0.632校由慰表董7榆可见，授用峡SF逼T混替残代亲PA疮M怀，每处音理盾1辛吨废水，可以涨节约药品成轧本邮0.17励3尘元。该宏达造耍纸厂每天废水娱排放量疲为推3200m克3饥。仅此混凝药倦品成本一项，省每天可节膀约司553.6浪0肿元，每年注按计30塑0浪天生产日计算戴，年节约药品湿成本幅达捧16.60减8缝万元，对于一酷个中小再生造悲纸厂来说，这成应当属于一笔忘较为可观的利馆润额了。禽SF挥T拦为什么可以替逃代芦PA就M欧助凝呢？标根据混凝动力勾学中碰撞速率胶方程：袖[3]式中翅N挡0里—肉碰撞速率坡n隆娇—赴颗粒数量浓度扛d染—饱参与絮凝过程凭的颗粒直径灯G羞—匠雷速度梯度现碰撞速率与颗造粒物数量浓度赚的平方成正比辨，与参与絮凝扒过程的颗粒直舅径的三次方成饺正比。险当验G纯值保持不变，拍由于加入播的世PA委M烤是分子氧量纯30煤0轧万以上的有机标高分子物质，你其展开长度可沟达瓜10钥μ稠m居以上趁[4]铸。辞Lame阅r怒认为，水中高榴分子物质可以丝形成吸附架桥山，形筒成驻“卵胶抵粒竹—哈高分昼子掠—批胶烂粒成”位絮凝体，但是掩许保玖先生以佳构成浊度的粘岩土颗粒为例，啄经推算后指出税：粘土颗粒表农面吸附混凝剂顿水解胶体产物带颗粒后，不会穴影响粘土的粒权度，因为两者仍粒度相阵差张2护～乖3刊个数量级，未医被吸附的即使腿聚集成更大的愉颗粒，也远远柿达不到所测定远的粒度。惊故兽PA川M现在水中吸附胶动体的行为对粒丘度的影响类似剥于此。因此，障只有粘土颗粒垂才是决定水中房颗粒物数量浓灰度以及颗粒直教径的因素。愿SF格T仔是经过特殊加嫁工的无机矿物币超细颗番粒，平均粒灾径察12雹μ纹m艘，在几何尺寸丈上，包与害PA妨M蜜同一数量级，神但单PA鉴M戏是一个二维长走链，凭而锻SF贿T芝是一种三维球验体，在提供颗救粒物空间直罪径盟d蠢的三次因子和及数量浓薄度何n题的二次因子的瞒贡献上另，星SF福T鸽比妥PA香M妈更为优秀些。狐图兄1延、延图鄙2猾示出何了膝PAC+PA鹅M思组合询与权PAC+SF寄T愚组合两种混凝展絮体的扫描电盏镜照片程（越×30付0惑倍）。贞图伸3府、巩图自4醒示出咳了泰PFS+PA群M味组合锣与快PFS+SF苹T毅组合两种混凝足絮体的扫描电顿镜照片危（演×100拴0逼倍）。从絮凝扇体的几何结构之微形态学上对体比，也可以发油现，投令加届PA管M珍形成的絮凝体浙结构确实没有彼投何加罢SF垒T鲁形成的絮体结全构均匀、密实病。这与上述碰捧撞速率理论的英讨论结果吻合外。子图任1PAC姻+PA比M迅絮凝亚体径ES仪M程照片皆（甚×30鉴0跑）跪另外，根据表样面络合理论瘦[5]臣，滑石粉的化雪学式为山Mg告3鼓(启Si辜4洽O固10顶)(OH)净2宋，属于层状硅穗酸盐浇图管2PAC缘+SF章T旗絮凝录体苗ES宜M标照片丧（蚀×30坊0高）别粘土矿类，其暑结构为上下两伍片硅氧四面体描晶片之间夹着提一片八面体晶赴片，犹如三明借治，上下两个趣四面体的顶端般都指向中央，销拥有大量的表垒面羟基，它们垦均可参与各种偏表面质子迁移刷，配体交换及士络合反应，由题于表面络合的搏作用，对废水岂中的有机物配泳体吸附常发生餐于一定的络合障位之上。聪图绿3PFS摆+PA掠M息絮凝股体邀ES黎M盐照片络（释×100什0稀）绕燃因此，由于超笼细滑石粉的表是面络合吸附和道碰撞速率的共洽同贡献，使踏得陪SF蔑T茫可以圆满替桃代辩PA况M既助凝，而且具紧有更好的助凝冶效果。结论谦4.1枝SF嚼T槐可以替飘代盟PA算M茎助凝，既可以按与仇PA受C宏又可以取与秆PF华S垄配合。而且其冷助凝效果要优在于萄PA订M全。动4.2哭用咳SF得T警作为再生造纸捞废水混凝处