不同絮凝劑處理制藥廢水的效果研究
行業(yè)動(dòng)態(tài)
隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)化水平的不斷提高，工業(yè)廢水排放量隨之大幅增加，廢水處理任務(wù)越來越艱巨。在眾多工業(yè)源中，制藥工業(yè)廢水治理難度大，工作量約為紡織業(yè)和造紙業(yè)的5～8倍，已被國家環(huán)保規(guī)劃列為重點(diǎn)治理的12個(gè)行業(yè)之一。制藥工業(yè)具有生產(chǎn)品種多、工序復(fù)雜及原材料投入量大而產(chǎn)出量低的特點(diǎn)。在制藥過程中，會(huì)消耗大量的水、電、能源和糧食等，但只有少部分會(huì)轉(zhuǎn)化成為藥品的組成部分，大部分則變成“三廢”，且產(chǎn)生的廢物成分復(fù)雜，尤其是產(chǎn)生的廢水具有污染物濃度高、水量大、色度大并含有對(duì)生物有抑制性的殘留成分的特點(diǎn)。如何處理該類廢水，特別是高效、經(jīng)濟(jì)的降低廢水中COD濃度和色度是當(dāng)今環(huán)境保護(hù)的一個(gè)難題。隨著國家“綠色化學(xué)”與“清潔生產(chǎn)”理念的提出，制藥工業(yè)的迅速發(fā)展，制藥行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展受到越來越廣泛的關(guān)注，國家對(duì)環(huán)境保護(hù)日益重視，對(duì)制藥廢水的處理標(biāo)準(zhǔn)和要求均提出了更加嚴(yán)格的要求。
新疆石河子生物制藥廢水的處理一直是生產(chǎn)單位環(huán)境保護(hù)工作中突出的問題，一方面新疆地區(qū)是水資源匱乏地區(qū)，對(duì)于水資源的保護(hù)和節(jié)約利用硬性要求更高；另一方面新疆地區(qū)科學(xué)技術(shù)水平和普及程度與東部發(fā)達(dá)地區(qū)有一定差距。本文以新疆石河子某生物制藥公司進(jìn)入廢水處理站的生產(chǎn)污水為研究對(duì)象，該生物制藥公司的生產(chǎn)廢水中COD含量為27000～29000mg/L，超出該企業(yè)污水處理站設(shè)計(jì)的COD處理規(guī)模（污水處理站設(shè)計(jì)進(jìn)水指標(biāo)為CODcr：25000mg/L，BOD5：11000mg/L，SS：1500mg/L，氨氮：2500mg/L），造成污水處理站負(fù)荷過高，處理污水COD達(dá)標(biāo)排放情況不穩(wěn)定。本試驗(yàn)通過對(duì)該企業(yè)污水添加不同的絮凝劑，研究不同絮凝劑對(duì)試驗(yàn)污水中COD的去除效果。
1 材料與方法
1.1 試驗(yàn)材料
絮凝劑：聚合硫酸鐵（PFS）、聚合氯化鋁（PAC）、三氯化鐵（FeCl3）、聚合氯化鋁鐵（PAFC）。
1.2 試驗(yàn)環(huán)境條件
溫度：新疆石河子地區(qū)春秋時(shí)間較短，冬夏時(shí)間較長(zhǎng)，冬季時(shí)間近160天/年，根據(jù)石河子氣象站近30年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，石河子地區(qū)多年平均氣溫為8.5℃。冬季平均氣溫-17.3℃，春季平均氣溫為14.2℃，夏季平均氣溫為25.8℃，秋季平均氣溫為9.4℃，極端高氣溫為40.0℃，年極端低氣溫-33.5℃。在污水處理過程中，大部分處理設(shè)施均露天，受到外界氣溫影響明顯，且生產(chǎn)車間出水有一定溫度，但波動(dòng)較大。經(jīng)調(diào)查，該企業(yè)混凝階段夏季污水水溫在25～35℃，冬季污水水溫在10～18℃，所以本次水溫實(shí)驗(yàn)條件擬定為10℃和30℃2個(gè)溫度段進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
pH值：該企業(yè)污水處理站進(jìn)水水質(zhì)pH值在6～9之間，先進(jìn)入調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)pH值后進(jìn)入混凝階段，則pH值在6～9之間均為可控范圍，為保證實(shí)驗(yàn)的完整性，本次實(shí)驗(yàn)選取pH值在6、7、8三個(gè)情況分別進(jìn)行試驗(yàn)。
停留時(shí)間：按污水處理廠設(shè)計(jì)（池容大水、泵機(jī)功率等因素），在混凝階段停留時(shí)間可控為40～60min，滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)停留時(shí)間不超過40min，入水水量越小可控停留時(shí)間越長(zhǎng)，雖然目前該企業(yè)污水處理站未滿負(fù)荷運(yùn)行（約60%），但考慮到隨著企業(yè)規(guī)模擴(kuò)大，污水處理量會(huì)有增加，且停留時(shí)間影響水溫等情況，本次實(shí)驗(yàn)選擇40min作為實(shí)驗(yàn)時(shí)間。
攪拌：攪拌時(shí)間過長(zhǎng)，速度過快會(huì)打碎已經(jīng)形成的絮凝，使高分子鏈的吸附架橋能力降低；攪拌時(shí)間太短，轉(zhuǎn)速過慢，絮凝又不充分，這些都會(huì)導(dǎo)致COD的去除率下降。按污水處理廠設(shè)計(jì)，在混凝階段加藥間（約2m3）設(shè)有攪拌機(jī)，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為150rpm，在混凝階段污水也不是完全靜置，所以本次實(shí)驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)用水設(shè)置為先快速攪拌（150rpm）2min，慢速攪拌（50rpm）20min，靜置沉降20min。
1.3 試驗(yàn)方法
將聚合硫酸鐵（PFS）、聚合氯化鋁（PAC）、三氯化鐵（FeCl3）、聚合氯化鋁鐵（PAFC）4種絮凝劑配制成濃度為25g/L的溶液，量取500mL廢水于1000mL塑料杯中，用NaOH和HCl調(diào)節(jié)pH值至實(shí)驗(yàn)所需（分別為6、7、8），保持水溫在（30±1）℃，選擇的絮凝劑投加量范圍為0～250mg/L，每50mg/L為1個(gè)梯度投加絮凝劑，快速攪拌（150rpm）2min，慢速攪拌（50rpm）20min，靜置沉降20min，在液面下約2cm處取上清液進(jìn)行分析測(cè)定COD濃度，記錄數(shù)據(jù)。
其他方法不變，保持實(shí)驗(yàn)溶液水溫在（10±1）℃，再次測(cè)試并記錄數(shù)據(jù)。
2 結(jié)果與分析
2.1 水溫30℃時(shí)不同pH值下不同絮凝劑對(duì)制藥廢水處理效果的影響
4種絮凝劑投加后溶液情況：PAC絮凝沉淀的顆粒較大，經(jīng)靜置后沉淀于上層清液的界面清晰；PFS絮凝的顆粒較PAC所得的略大，沉淀于上層清液的界面清晰，分層時(shí)間也較PAC短；FeCl3絮凝沉淀的顆粒與PAC大小相似，經(jīng)靜置后沉淀于上層清液的界面清晰，水體顏色暗紅色，分層時(shí)間較短；PAFC絮凝沉粒的顆粒較大，前期反應(yīng)迅速，后期反應(yīng)速度逐漸下降，出現(xiàn)了返混現(xiàn)象。
水溫在30℃時(shí)，在溶液pH值為6時(shí)，4種絮凝劑的COD去除水效果隨投加量的增加而上升，PFS處理效果高于其它3種絮凝劑，在250mg/L投加量時(shí)處理效果達(dá)到31.2%；在溶液pH值為7時(shí)，4種絮凝劑的COD去除效果表現(xiàn)不一，F(xiàn)eCl3處理效果高于其它3種絮凝劑，在250mg/L投加量時(shí)處理效果達(dá)到37.2%。PFS處理效果略低于FeCl3，在150mg/L投加量時(shí)超過FeCl3達(dá)到31.5%，250mg/L投加量時(shí)達(dá)到35.1%。PAC、PAFC的去除效率隨投加量增加而增加，增加到一定程度，處理效果隨投加量增加而下降；在溶液pH值為8時(shí)，4種絮凝劑的COD去除效果隨投加量的增大而提高，F(xiàn)eCl3處理效果明顯高于其它3種絮凝劑，在250mg/L投加量時(shí)處理效果達(dá)到51.8%。PFS處理效果低于FeCl3，在250mg/L投加量時(shí)達(dá)到43.9%。
2.2 水溫10℃時(shí)不同pH值下不同絮凝劑對(duì)制藥廢水處理效果的影響
4種絮凝劑在水溫為10℃與30℃條件下，投加后溶液情況無明顯變化，但隨著水溫的下降，4種絮凝劑對(duì)COD的去除效果均有不同程度的下降，其中，PFS對(duì)水溫下降的適應(yīng)性較強(qiáng)，下降幅度較小。
水溫在10℃時(shí)，pH值為6時(shí)，4種絮凝劑的COD去除效果均隨投加量的增加而上升，PFS處理效果高于其它3種絮凝劑，在250mg/L投加量時(shí)處理效果達(dá)到29.8%。pH值為7時(shí)，4種絮凝劑的COD去除水平均表現(xiàn)不一，F(xiàn)eCl3處理效果高于其它3種絮凝劑，在250mg/L投加量時(shí)處理效果達(dá)到36.7%。PFS處理效果略低于FeCl3，在250mg/L投加量時(shí)達(dá)到34.8%。PAC、PAFC的去除效率隨投加量增加而增加，增加到一定程度，處理效果隨投加量增加有所下降。pH值為8時(shí)，4種絮凝劑的COD去除效果隨投加量的增大而提高，F(xiàn)eCl3處理效果明顯高于其它3種絮凝劑，在250mg/L投加量時(shí)處理效果達(dá)到49.6%。
3 小結(jié)
3.1 藥品投加量對(duì)廢水處理的影響
通過實(shí)驗(yàn)，4種無機(jī)絮凝劑對(duì)水中COD的去除率均隨投加量增加而增加，實(shí)驗(yàn)水體在pH值為6～8、水溫在10℃和30℃時(shí)，當(dāng)絮凝劑投加量較小時(shí)，4種絮凝劑對(duì)COD的去除效率均不高，其原因是投加量少時(shí)，絮體較難形成絮體或形成的絮體小，難以吸附有機(jī)物沉降；隨著投加量的增加，絮體增大且密實(shí)度增加，沉降速度增大，有機(jī)物去除率也隨之增加。當(dāng)絮凝劑投加量進(jìn)一步增加時(shí)，COD的去除率出現(xiàn)變緩（如PAFC），部分絮凝劑處理效果出現(xiàn)了明顯拐點(diǎn)，其原因是大部分的懸浮物與膠體物質(zhì)已得到有效去除，而剩余的較難形成絮凝顆粒的高分散系小分子有機(jī)物，混凝沉淀不能很好的去除。
3.2 實(shí)驗(yàn)水體pH值對(duì)廢水處理的影響
通過實(shí)驗(yàn)，4種無機(jī)絮凝劑在堿性條件下對(duì)COD的去除效果均明顯優(yōu)于在酸性條件下。實(shí)驗(yàn)水體在pH值為6時(shí)，相同投加量下，4種絮凝劑中PFS對(duì)COD的去除效果較佳，隨著pH值的增加，F(xiàn)eCl3對(duì)COD的去除率超過了PFS，在pH值為8時(shí)，4種絮凝劑中FeCl3對(duì)COD的去除效果較佳。對(duì)于鐵鹽，在pH值較低時(shí)，會(huì)阻礙混凝水解反應(yīng)的進(jìn)行，不利于氫氧化鐵沉淀的形成，COD去除率不高。隨著pH值的升高，氫氧化鐵聚合物的吸附架橋作用和羥基配合物的電性中和作用得到加強(qiáng)，絮凝劑對(duì)COD的去除率隨之提高。
3.3 實(shí)驗(yàn)水溫對(duì)廢水處理的影響
通過實(shí)驗(yàn)，4種無機(jī)絮凝劑在水溫高時(shí)對(duì)COD的去除率效果略高于水溫相對(duì)較低時(shí)，其中PFS對(duì)水溫變化的適應(yīng)性較強(qiáng)，變化幅度較小。水溫對(duì)無機(jī)絮凝劑有影響，主要原因是其水解反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，影響礬花的形成和質(zhì)量，在低水溫時(shí)，絮體形成緩慢，結(jié)構(gòu)松散，顆粒細(xì)小，且水的粘度增大，布朗運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度減弱，不利于脫穩(wěn)膠體相互凝聚，影響絮凝體的成長(zhǎng)。
3.4 各絮凝劑的表現(xiàn)
在投加量相同時(shí)，絮凝劑PFS和FeCl3對(duì)COD的去除率大都高于PAC和PAFC。絮凝劑投加量范圍為0～250mg/L時(shí)，處理COD效果較佳的絮凝劑為FeCl3，在水溫30℃、pH值為8、停留時(shí)間40min，投加量達(dá)到250mg/L時(shí)，COD去除效率達(dá)到較高值51.8%，其次為PFS，環(huán)境條件相同，投加量達(dá)到250mg/L時(shí)，COD去除效率達(dá)到較高值43.9%。在溶液水溫10℃時(shí)，pH值為8時(shí)，4種絮凝劑的COD去除效果隨投加量的增大而提高，F(xiàn)eCl3處理效果明顯高于其它3種絮凝劑，在250mg/L投加量時(shí)，處理效果達(dá)到49.6%。
