超聲技術強化處理制革廢水中的有機物

在制革加工過程中,脫脂、脫毛、軟化、染色和加脂等工序所產生的廢水中含有大量的有機物,一般未經處理的制革綜合廢水中COD值可高達4000mg/L~6000mg/L.目前,國內外制革廠處理制革廢水有機物的方法主要有生物法和混凝固液分離法,將超聲波技術應用于制革廢水處理的研究還未見報道.實際上,近年來國內外已有一些將超聲波技術應用于水污染控制方面的報道,如超聲強化處理高濃度有機廢、超聲降解水體中的環狀有機污染物、農藥類物質、酚類等.研究表明,超聲降解水體中的化學污染物,可單獨或與其它水處理技術聯合使用,是一種極具發展潛力的水處理新技術.本文探索超聲波技術結合混凝沉淀法處理制革廢水中有機物的強化途徑和處理條件.

1　實驗部分

1.1　實驗儀器

        TC型高溫高聲強超聲波儀(成都市九洲機電工程研究所);攪拌器.

1.2　實驗的試劑及水樣

        堿式氯化鋁(工業級),硫酸亞鐵(工業級),非離子型高分子混凝劑(本實驗室自制).實驗用廢水取自四川溫江科嘉制革廠的綜合廢水.

1.3　實驗方法

        (1)超聲波作用條件　所用超聲波儀聲強為1.47W/cm2,頻率為24kHz.每個廢水樣400ml,超聲波作用于廢水的時間分別為10s、30s、60s、600s、1200s、1800s、3600s、5400s、7200s,測定超聲波作用后廢水的和混凝劑的混凝作用,控制超聲波作用最長時間為1800s.

        (2)混凝沉淀法處理廢水　選擇不同的混凝劑單獨使用或混合使用處理廢水,混凝劑濃度為1%,每個廢水樣為400ml,分別加入0.5ml、1ml、2ml、4ml、6ml、8ml混凝劑,相當于樣液中混凝劑濃度分別為12.5mg/L、25mg/L、50mg/L、100mg/L、150mg/L、200mg/L,快速攪拌10min,靜置2h,取上層清液測定COD值.

        (3)強化混凝沉淀時超聲波施加方式的選擇　400ml廢水中加入1%的非離子高分子混凝劑2ml,比較先加混凝劑然后超聲波作用60s和先超聲波作用60s再加混凝劑這2種處理方法的效果,靜置2h后,取上層清液測定COD值.

2　實驗結果及討論

2.1　超聲波作用制革綜合廢水
 

        從表1可以看出,超聲波直接作用于綜合廢水時,廢水的COD值短時間內先迅速降低后又緩慢增大,1800s后又逐漸降低,5400s后趨于平衡.這一現象不僅是因為超聲波可以使有機物發生降解,而且與COD的測定方法有關.超聲波作用初期,一部分有機物發生降解,而這部分有機物可能大部分正是COD測定中所用重鉻酸鉀易于氧化的成分,因此表現出COD值明顯降低.但超聲波可能也同時產生另外2種作用.一是打碎廢水中的部分懸浮顆粒以及使油脂被乳化分散在水中,致使廢水中溶解的有機物增多;二是使廢水中不易被重鉻酸鉀氧化的有機物發生降解,成為可以被重鉻酸鉀氧化的有機物.這2種作用均導致COD值增加.

        這可能是超聲波作用超過60s后COD值增加的原因.當進一步用超聲波處理時,可被超聲波作用的有機物又逐漸被分解,使COD又逐漸降低,最后達到平衡.因的有機物含量十分重要.采用本文使用的超聲波發生器,作用60s效果最好,可使COD去除率達到40.6%.

2.2　強化混凝沉淀時超聲波施加方式的確定
 

        表2結果表明,先施加超聲波再加混凝劑對廢水中COD的去除效果明顯優于先加混凝劑后施加超聲波,且混凝沉淀體積較小.可見當投加混凝劑后,超聲波的作用使已聚集的較粗大的顆粒被擊碎,而凝聚的較小顆粒則又變得難以沉降.而先施加超聲波,可使廢水中有機物的熱運動加快、比表面提高,有機組分與混凝劑碰撞形成共沉淀的速率提高,從而提高了COD去除率.

2.3　混凝劑用量的確定

        單獨使用硫酸亞鐵、堿式氯化鋁或高分子混凝劑處理廢水時,實驗結果見圖1.將無機和有機混凝劑配合使用,即硫酸亞鐵和高分子混凝劑或堿式氯化鋁和高分子混凝劑配合使用處理廢水時,無機和有機混凝劑等量加入,實驗結果見圖2.
 

        由圖1可見,使用1種混凝劑處理廢水,混凝劑濃度為100mg/L時,COD去除率達到最高,再增加混凝劑濃度,COD去除率反而降低.圖2表明,當無機和有機混凝劑搭配使用時,無機和有機混凝劑濃度分別為50mg/L時,COD去除率最高.由此可見,投加混凝劑并不是越多越好,如果投加過量,易使懸浮的膠體顆粒處于穩定狀態,不利于混凝沉淀.從COD去除率考慮,堿式氯化鋁和高分子混凝劑配合使用效果最好.

2.4　混凝沉降時超聲波作用時間的確定

        圖3和圖4分別為使用1種混凝劑和2種混凝劑處理廢水時,先用超聲波作用不同時間對混凝效果的影響.
　　

        圖3和圖4表明,短時間超聲波作用能明顯提高COD去除率,超聲波作用廢水60s時,COD去除率達最高.從表3可看出:堿式氯化鋁、硫酸亞鐵和高分子混凝劑分別處理廢水時,超聲波作用60s,COD去除率分別提高17.7%、31.7%和14.4%;而硫酸亞鐵和高分子混凝劑或堿式氯化鋁和高分子混凝劑配合使用時,超聲波作用60s, COD去除率分別提高10.8%和13.7%.繼續延長超聲波作用時間,混凝效果反而降低,原因可能為:①超聲場作用使廢水中的有機組分與混凝劑碰撞形成共沉淀的速率提高,從而提高COD去除率;②當超聲波作用時間過長,超聲場中聲波的“粉碎作用”,使大分子有機物裂解成小分子,從而使膠體微粒的穩定性提高,不利于沉淀的除去.因此,在穩定的聲強和頻率下,控制恰當的超聲波作用時間非常重要.
 

3　結論

        (1)只用超聲波作用制革廢水,超聲波作用時間60s,可使廢水中COD去除率達到40.6%.

        (2)超聲波技術與混凝沉淀法結合用于制革廢水處理,先施加超聲波60s,再投加混凝劑,混凝劑總濃度100mg/L,可使廢水中COD去除率比不用超聲波時提高10%以上.其中以堿式氯化鋁和高分子混凝劑配合使用處理效果最好,結合超聲波作用,廢水COD去除率達到73.2%.