聚硅酸盐硫酸铝铁对印钞废水的后处理外文翻译资料

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聚硅酸盐硫酸铝铁对印钞废水的后处理

Zu-min Qiu、Wen-tian Jiang、Zong-jian He

南昌大学环境科学与工程学院

鄱阳湖生态与生物资源利用重点实验室

文章信息

2008年5月4日收稿

2008年10月9日收到修改稿

2008年11月25日接受

可于2008年12月11日在网上下载

摘要

本研究采用无机高分子絮凝剂（IPF）—聚硅酸铁-硫酸铝(PSFA)处理印钞废水。并检测了絮凝剂用量对色度和化学需氧量（COD）的去除率的影响。实验结果表明，在最佳投加量为30.33g/L的情况下，最大除色率可达98%，COD去除率可达85%。并比较了PSFA絮凝剂与硫酸铝絮凝剂处理的色度和COD去除率效果。实验结果表明，与Al₂(SO₄)₃相比，PSFA最吸引人的部分有:(i) 含有较低的COD和颜色的出水；( ii)污泥量少，体积小；(iii)较佳的脱水性能及能固液分离的絮体；(iv)提供一种采用普通过滤替代高劳动强度的板框压滤工艺的可能性。因此，与Al₂(SO₄)₃相比，PSFA处理印钞废水的运行维护成本普遍较低。

copy;2008爱思唯尔公司保留所有权利。

关键词：聚硅酸盐硫酸铝铁(PSFA)；印钞废水；超滤（UF）；硫酸铝；废水处理

1. 引言

印钞废水是一种印染废水，因为它包含各种多链物质、高化学需氧量（COD）和色度，所以是制造业中最复杂的废水之一。在传统的废水处理方法中，生物处理、化学混凝、化学氧化、吸附是最常用于染料废水的方法[1]。虽然曝气泻湖等生物处理工艺通常能有效地去除生化需氧量(BOD)和悬浮固体(SS) [2]，但由于许多化学品和染料的生物可降解性较低，对去除废水中的颜色效果不佳。在一个典型的混凝/焚烧系统中，对混凝剂的需求是巨大的[3]。臭氧化、紫外线(UV)、臭氧/紫外线联合氧化、光催化(UV/TiO₂)、芬顿反应氧化、超声氧化等高级氧化工艺在经济上不可行[4,5]，而吸附工艺则有再生工艺的相关成本和难度且废弃物处理成本高。

此外，印钞废水中含有高浓度的氢氧化钠[gt;10 g/L]，可以回收再利用。因此，超滤已被用来处理中国几家印钞厂排放的废水。而超滤作为一种物理化学分离过程，会产生高浓度的废液，需要经过混凝[6-9]、活性炭吸附[10,11]等后处理才能进入城市污水处理系统。南昌印钞厂的工艺流程如下图所示（图1）。

印钞废水和洗钞水是印钞厂的工艺废水，经过超滤处理，使回收的水得到最大限度的循环利用。含有水和少量可溶性溶质和自由表面活性剂的渗透流在清洗作业中被循环利用。收集含有高浓度有机物、不可生物降解物质、油、悬浮物和溶解性固体以及碱度的废弃物(约为进水口体积的20%，其特性见表1)，并进行混凝以去除颜色。混凝产生的沉淀物被焚烧或填埋，而澄清的污水则在城市污水处理系统中进一步处理。

视生产工艺而定，UF废液的颜色为红色或紫色。印钞废水对环境的主要影响来自于颜色较深和溶解固体(有机和无机物质)浓度较高，它们排入河流可能会使问题进一步恶化。由于这些因素，纸币印刷行业面临着平衡环境、保护经济活力和可持续发展的挑战。因此，这些废水应该在排放前进行处理。

关于无机高分子絮凝剂(IPFs)在水处理或废水处理中的应用已有许多报道。然而，关于PSFA在纸币印刷废水处理中的应用的报道却很少。本研究的目的是探讨一种新型絮凝剂-聚硅酸铁-硫酸铝絮凝法去除印钞超滤废渣中的色度和大部分有机物的效果。对聚硅酸铝与其他絮凝剂如硫酸铝的絮凝性能进行了比较。

图1.南昌印钞厂膜超滤、混凝、板框压滤工艺原理图

2.实验

2.1废水样品

实验使用的废水来自中国江西省南昌印钞厂，其平均特征如表1所示。样品经超滤膜浓缩后，从超滤装置末端抽提，不加稀释。废水呈高度着色，COD和pH值也很高。

2.2试剂

所使用的化学试剂均为分析试剂级。Na₂SiO₃·9H₂O (分子量284.22)和FeSO₄·7H₂O (分子量278.02)分别来自中国上海盐城化工有限公司；

表1

南昌印钞厂超滤浓缩废水的特点

a污水综合排放标准(国家二级GB8978-1996)。

Al₂(SO₄)₃·18H₂O (分子量666.41) 购自中国广东西隆化工厂；98%的硫酸由南昌洪都试剂化工厂提供。

1. 实验与分析方法

3.1絮凝剂的制备

本研究采用的絮凝剂制备方法如下:1.7g硅酸钠、99.96g硫酸铝和27.80g硫酸铁在玻璃反应器(1L)中混合；其次，向反应器中加入230mL 98 wt%硫酸，缓慢倒入230 mL自来水，搅拌几分钟；最后，将溶液时效1.5h得到最终的絮凝PSFA。这种絮凝为固体，其颜色为白色或黄色，其性质至少3个月不变。

在实际混凝实验中，使用20wt%PSFA原液与自来水配制 (密度:1.0866 g/mL, pH: 0.41)。本研究以Al₂(SO4)₃为对照，将其溶解于自来水中制成20wt %混凝剂溶液(密度:1.1238 g/mL, pH: 2.51)。

3.2混凝测试程序

未经处理的废水(UF废液或UF浓缩废水)直接使用，不进行pH调节。采用间歇式试验缸柱进行混凝絮凝研究。即将50 mL原水和一定剂量的混凝剂加入100 mL的圆柱中，用手摇5次。

3.3分析方法

经混凝-絮凝试验，过滤悬浮液。利用南昌印钞厂提供的滤布，在常压下进行过滤，模拟实际的固液分离过程。

滤液进行pH、COD、颜色分析，滤渣进行含水率和剩余产率测定。pH值采用pH-3计(Rex, Shanghai Precision Scientific Instrument Co. Ltd，中国)。 COD值按《水、废水检验标准方法》(中国国家标准，GB11914-89)中的重铬酸盐法测定。颜色测定采用稀释倍数法(水质标准方法——色度测定，GB11903-89，中国)。收集滤渣并称重(w1)，然后在105◦C至恒重(w2)的真空烤箱中干燥，并分析含水率[含水率= (w1minus;w2)/w1times;100%]和污泥产量(w2)。进一步将PSFA和硫酸铝的絮凝性能与柱沉降试验进行对比，在柱沉降试验中，絮凝剂与废水混合(手摇5次)，允许沉降，记录泥线沉降(或浮)的速率。所有分析都做平行样本3次。

4.结果与讨论

4.1确定化学混凝的最佳投加量

去除脲醛废液的颜色是本研究的主要目的。因此，以脱色效率为控制指标，确定混凝的最佳投加量。此外，还选择COD去除率、pH值等其他参数作为辅助指标。在脱色效率方面，对絮凝剂用量进行了优化。絮凝剂用量由0 ~ 8ml，废水量为50ml。色度和COD效率的降低或去除是根据原废水中的色度和COD的初始浓度以及滤液中的最终浓度来计算的。在室温(20◦C)和UF无法正常工作的出口温度(45◦C)的结果显示在图2 - 4。

图2在凝血过程中pH值下降。随着絮凝剂用量的增加，pH值呈稳定下降趋势。当原始废水加热到45◦C再生产时也观察到类似的趋势。

而图3表明，在室温条件下，絮凝剂的加入使絮凝效果显著提高。当絮凝剂剂量为6mg/L或以上时，除色率达到98%的稳定水平。进一步增加PFSA的用量对去色效率的影响很小。由此可见，增加絮凝剂的用量并不一定能提高其还原或去除率。从这个数字可以看出，在pH值为3-5时，除色率大约是98.0%，并未去除的色度为其20倍。图3也显示，在45◦C时，曲线显示几乎在室温条件下相同效果。

图2.pH值随絮凝剂用量的变化

图3.PSFA除色与絮凝剂用量的关系

絮凝剂的添加对COD去除率的影响如图4所示，表明随着PFSA剂量从0 ~ 7ml逐渐增加，COD去除率从0%逐渐增加到85%。进一步增加PFSA用量只会降低COD的去除率。因此，COD最大去除率为85%，残留COD为11400 mg/L。在45◦C，残余COD从11400mg/L下降到7450mg/L(虽然COD去除率仅从85%上升到90%)。这是因为在高温下，PSFA中金属离子的水解和废水中颗粒的碰撞都得到了加速，从而促进了絮凝过程。

综上所述，最佳絮凝剂用量为7/ 50ml废水(相当于30 .33gPSFA每升污水)，因为在这个用量下，除色率与较高的用量相同，且剩余的COD则相对较低。值得注意的是，经PSFA(室温)处理后，废水的色度仍是原来的20倍，COD约为11400 mg/L，远远超过排放标准(见表1)。当加入石灰或氢氧化钠调节滤出液的pH值至7或以上时，残余色度消失，去除率接近100%，COD值保持不变。因此，我们认为残留的颜色可能是由铁离子引起的。由于pH值较低(lt;4)，PSFA中的金属离子无法进一步水解并转化为氢氧化物沉淀。而剩余的COD被认为是由一种称为可溶性微生物产物的复杂有机化合物形成的，它不能通过混凝-絮凝法去除。

图4.PSFA的COD去除率与絮凝剂用量的关系

表2

以PSFA为混凝剂的含水率和污泥产量

4.2含水率和污泥产量

物理化学处理产生的污泥是由于除去了悬浮体中的有机物和总固体颗粒以及使用混凝剂形成的化合物，因为实际上几乎所有的混凝剂都会形成污泥固体颗粒[12]的一部分。

表2列出了PSFA处理的污泥(或滤渣)含水率和污泥总产率。

一般来说，污泥的特性会影响整个污水处理的成本。大量污泥难以运输。较高的含水率污泥也会增加运输成本，并在焚烧等后续处置过程中产生问题，因为

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