超声技术强化处理制革废水中的有机物
在制革加工过程中,脱脂、脱毛、软化、染色和加脂等工序所产生的废水中含有大量的有机物,一般未经处理的制革综合废水中COD值可高达4000mg/L~6000mg/L.目前,国内外制革厂处理制革废水有机物的方法主要有生物法和混凝固液分离法,将超声波技术应用于制革废水处理的研究还未见报道.实际上,近年来国内外已有一些将超声波技术应用于水污染控制方面的报道,如超声强化处理高浓度有机废、超声降解水体中的环状有机污染物、农药类物质、酚类等.研究表明,超声降解水体中的化学污染物,可单独或与其它水处理技术联合使用,是一种极具发展潜力的水处理新技术.本文探索超声波技术结合混凝沉淀法处理制革废水中有机物的强化途径和处理条件.
1 实验部分
1.1 实验仪器
TC型高温高声强超声波仪(成都市九洲机电工程研究所);搅拌器.
1.2 实验的试剂及水样
碱式氯化铝(工业级),硫酸亚铁(工业级),非离子型高分子混凝剂(本实验室自制).实验用废水取自四川温江科嘉制革厂的综合废水.
1.3 实验方法
(1)超声波作用条件 所用超声波仪声强为1.47W/cm2,频率为24kHz.每个废水样400ml,超声波作用于废水的时间分别为10s、30s、60s、600s、1200s、1800s、3600s、5400s、7200s,测定超声波作用后废水的和混凝剂的混凝作用,控制超声波作用最长时间为1800s.
(2)混凝沉淀法处理废水 选择不同的混凝剂单独使用或混合使用处理废水,混凝剂浓度为1%,每个废水样为400ml,分别加入0.5ml、1ml、2ml、4ml、6ml、8ml混凝剂,相当于样液中混凝剂浓度分别为12.5mg/L、25mg/L、50mg/L、100mg/L、150mg/L、200mg/L,快速搅拌10min,静置2h,取上层清液测定COD值.
(3)强化混凝沉淀时超声波施加方式的选择 400ml废水中加入1%的非离子高分子混凝剂2ml,比较先加混凝剂然后超声波作用60s和先超声波作用60s再加混凝剂这2种处理方法的效果,静置2h后,取上层清液测定COD值.
2 实验结果及讨论
2.1 超声波作用制革综合废水
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从表1可以看出,超声波直接作用于综合废水时,废水的COD值短时间内先迅速降低后又缓慢增大,1800s后又逐渐降低,5400s后趋于平衡.这一现象不仅是因为超声波可以使有机物发生降解,而且与COD的测定方法有关.超声波作用初期,一部分有机物发生降解,而这部分有机物可能大部分正是COD测定中所用重铬酸钾易于氧化的成分,因此表现出COD值明显降低.但超声波可能也同时产生另外2种作用.一是打碎废水中的部分悬浮颗粒以及使油脂被乳化分散在水中,致使废水中溶解的有机物增多;二是使废水中不易被重铬酸钾氧化的有机物发生降解,成为可以被重铬酸钾氧化的有机物.这2种作用均导致COD值增加.
这可能是超声波作用超过60s后COD值增加的原因.当进一步用超声波处理时,可被超声波作用的有机物又逐渐被分解,使COD又逐渐降低,最后达到平衡.因的有机物含量十分重要.采用本文使用的超声波发生器,作用60s效果最好,可使COD去除率达到40.6%.
2.2 强化混凝沉淀时超声波施加方式的确定
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表2结果表明,先施加超声波再加混凝剂对废水中COD的去除效果明显优于先加混凝剂后施加超声波,且混凝沉淀体积较小.可见当投加混凝剂后,超声波的作用使已聚集的较粗大的颗粒被击碎,而凝聚的较小颗粒则又变得难以沉降.而先施加超声波,可使废水中有机物的热运动加快、比表面提高,有机组分与混凝剂碰撞形成共沉淀的速率提高,从而提高了COD去除率.
2.3 混凝剂用量的确定
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单独使用硫酸亚铁、碱式氯化铝或高分子混凝剂处理废水时,实验结果见图1.将无机和有机混凝剂配合使用,即硫酸亚铁和高分子混凝剂或碱式氯化铝和高分子混凝剂配合使用处理废水时,无机和有机混凝剂等量加入,实验结果见图2.
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由图1可见,使用1种混凝剂处理废水,混凝剂浓度为100mg/L时,COD去除率达到最高,再增加混凝剂浓度,COD去除率反而降低.图2表明,当无机和有机混凝剂搭配使用时,无机和有机混凝剂浓度分别为50mg/L时,COD去除率最高.由此可见,投加混凝剂并不是越多越好,如果投加过量,易使悬浮的胶体颗粒处于稳定状态,不利于混凝沉淀.从COD去除率考虑,碱式氯化铝和高分子混凝剂配合使用效果最好.
2.4 混凝沉降时超声波作用时间的确定
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图3和图4分别为使用1种混凝剂和2种混凝剂处理废水时,先用超声波作用不同时间对混凝效果的影响.
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图3和图4表明,短时间超声波作用能明显提高COD去除率,超声波作用废水60s时,COD去除率达最高.从表3可看出:碱式氯化铝、硫酸亚铁和高分子混凝剂分别处理废水时,超声波作用60s,COD去除率分别提高17.7%、31.7%和14.4%;而硫酸亚铁和高分子混凝剂或碱式氯化铝和高分子混凝剂配合使用时,超声波作用60s, COD去除率分别提高10.8%和13.7%.继续延长超声波作用时间,混凝效果反而降低,原因可能为:①超声场作用使废水中的有机组分与混凝剂碰撞形成共沉淀的速率提高,从而提高COD去除率;②当超声波作用时间过长,超声场中声波的“粉碎作用”,使大分子有机物裂解成小分子,从而使胶体微粒的稳定性提高,不利于沉淀的除去.因此,在稳定的声强和频率下,控制恰当的超声波作用时间非常重要.
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3 结论
(1)只用超声波作用制革废水,超声波作用时间60s,可使废水中COD去除率达到40.6%.
(2)超声波技术与混凝沉淀法结合用于制革废水处理,先施加超声波60s,再投加混凝剂,混凝剂总浓度100mg/L,可使废水中COD去除率比不用超声波时提高10%以上.其中以碱式氯化铝和高分子混凝剂配合使用处理效果最好,结合超声波作用,废水COD去除率达到73.2%.
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