化学药剂复配处理不锈钢加工企业废水的正交试验研究
严兴
(广州市污水治理有限责任公司，广东广州510655)
[摘要]通过复配碳酸钙、氢氧化钠和PAM处理城市不锈钢加工企业废水试验，不仅确定了各化学药剂用量，也确保了不锈钢加工企业废水的高效处理，并达到了高标准排放，降低了处理成本。通过正交试验得出：当废液中碳酸钙的浓度为6.67 g/L、氢氧化钠的浓度为1.67 g/L、PAM的浓度为0.053 g/L时，处理效果最好。在此条件做补充试验后得到废液的总铬浓度为0.5 mg/L，ss浓度72 mg/L，浊度为55 NTU，颜色为无色，达到城市工业污水排放标准。
[关键词]复配；化学药剂；废水；正交试验
[中图分类号]X5 [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2010)10-0221-02
随着科技的进步、各个产业的迅猛发展以及人类对美的追求，大量质优外观华美的产品特别是金属产品展现在人们的面前。而这些产品的生产制作过程非常复杂，并伴随着含有大量重金属离子如铬离子，酸根离子的废水排放到外界。不锈钢雕饰企业包括电梯表面图画雕刻，不锈钢金属品美化等，规模通常较小，每天所产废水量仅数吨，达不到一定的规模处理，但数量多。通常这些企业将废水直接运送到市政工业废水管理站，也有少数企业直接将废水偷偷排入市政污水管道。前者需要消耗大量的运送成本和处理废水费用，抑制了企业的发展，后者更是污染了城市环境，给城市污水的处理带来了很多不确定因素。因此，如何经济、高效的处理该类废水，不仅是关系到该类企业长期快速、可持续发展的重要因素，也是建设和谐社会、促进可持续发展社会、绿色环保性、资源节约性、低碳性社会的重要问题。到目前为止，鲜见有将多种化学药剂复配处理该类不锈钢加工企业废水的实验研究。为强化处理效果，本实验采用碳酸钙、氢氧化钠和PAM复配处理该类废水，取得了较好的效果。
1 试验材料、仪器设备和试验方法
1.1 试验材料
试验样品采用2010年1月8号水样，各指标值如下：pH为1.0，Cr为10 mg/L，浊度为1200 NTU，SS值为1000 mg/L，颜色为深红。
1.2 试验设备
如表3。
1.3 测试方法
总Cr：液相色谱；pH：采用雷兹pH计；浊度：浊度仪；SS：重量法，在105℃下烘干至恒重进行测定。
1.4 试验方法
1.4.1 材料的筛选
从废水水质可知，该类废水酸度极大，并含有大量的金属离子如Fe离子、Cr离子等，需要采用大量的碱性物质中和并能与这些金属离子形成沉淀或絮状体。
1.4.2 碳酸钙的投加量对该类废水Cr离子浓度的影响
取5只400 mL的烧杯，每个烧杯中加入300 mL废液，然后分别加入1、2、3、4、5 g的碳酸钙。以200 r/min的速度快速搅拌10 s，而后以60 r/min的速度慢速搅拌2 min，待水样静置沉降10 min后，从各烧杯液面以下1~2 cm处取上清液测定其Cr离子值。其处理效果见图1。
1.4.3 氢氧化钠的投加量对该类废水Cr离子浓度的影响
取5只400 mL的烧杯，每个烧杯中加入300 mL废液，然后分别加入0.5、1、1.5、2、2.5 g的氢氧化钠。以200 r/min的速度快速搅拌10 s，而后以60 r/min的速度慢速搅拌2 min，待水样静置沉降10 min后，从各烧杯液面以下1~2 cm处取上清液测定其Cr离子浓度的值。其处理效果见图2。
1.4.4 氧化钙的投加量对该类废水Cr离子浓度的影响
取5只400 mL的烧杯，每个烧杯中加入300 mL废液，然后分别加入1、2、3、4、5 g的氧化钙。以200 r/min的速度快速搅拌10 s，而后以60 r/min的速度慢速搅拌2 min，待水样静置沉降10 min后，从各烧杯液面以下1~2 cm处取上清液测定其Cr离子浓度的值。其处理效果见图3。
1.5 正交试验
在药剂筛选的单因素实验中，投加碳酸钙处理废液，形成的絮体颗粒小，沉淀较松散，沉降速度慢，Cr离子浓度高，投入大量药剂后溶液处理效果不明显；选用氢氧化钠处理废液，形成的絮体颗粒小，沉降速度慢，分层不明显，溶液颜色较深，Cr离子浓度高；选用氧化钙处理废液，效果极差，分层不明显，溶液浑浊，颜色深，Cr离子浓度高。鉴于上述单药剂试验和聚丙烯酰胺(PAM)的特点，试验选择混凝剂碳酸钙、氢氧化钠和絮凝剂PAM复配处理不锈钢加工企业废水。
取上述3个因素为正交试验的因子，各因素的水平选3个，即四因素三水平l9(33)的正交试验，正交试验设计方案见表4。根据药剂的筛选实验的方法，取300 mL废液于烧杯中，加入碳酸钙粉末，快速搅拌5 s后，加入氢氧化钠，再次快速搅拌10 s后，再加入PAM，快速搅拌5 s后，慢速搅拌2 min，待水样静置沉降15 min后，从各烧杯液面以下1~2 cm处取上清液进行测量。
1.6 结果与讨论
复配上述3种药剂后，沉淀后水质较清，分层明显，Cr离子的去除率高，见表6。
通过表5，把各个相同因素水平下的电导率加和后取平均值，得到该因素水平下的平均值，求极差得表2，依据极差值大则对废液影响大的原理选择出最佳药剂的投量，从表5可知：当废液中碳酸钙的浓度为6.67 g/L、氢氧化钠的浓度为1.67g/L、PAM(PAM的浓度：0.16 g/L)的浓度为0.053 g/L时，处理效果最好。以此条件做补充试验得到Cr离子浓度为0.46mg/L，结果见表6。
不锈钢废液中投加碳酸钙时，碳酸钙在废液中电离成钙离子和碳酸根离子或碳酸氢根离子，这些阴离子能够中和废液中大量存在的氢根离子，使废液中pH逐渐升高，接近中性。这时，大量的三价铁离子、铝离子等逐渐形成絮状沉淀物。随着氢氧化钠的逐渐加入，该絮体逐渐增大，并和Cr离子形成络合物，随着络合物的增大，其宽大的絮状结构逐渐网捕其它重金属离子，如铜离子，银离子等。但废液中还存在一些没有络合的Cr离子和其它重金属离子，它们溶解在废液中。加入PAM后，PAM的吸附架桥作用，逐渐吸附漂浮的小絮体颗粒物，在慢速搅拌过程中，生成的絮体体积逐渐增大，絮体变得更加密实，并逐渐网捕其它部分重金属离子，最终沉淀到容器底部。溶液的颜色逐渐由深红色→浅红色→黄色→淡黄色→淡黄色→无色。实验结果表明，碳酸钙、氢氧化钠、PAM多种化学药剂混合使用，较单独加入有更好的预处理效果和抗冲击负荷的能力。三种药剂的混合使用，在化学中和、物理沉淀、吸附架桥和网捕沉淀等共同作用下，在剪切力和离心力的协同作用下，絮体逐渐被浓缩而变得密实、稳定，最后沉淀到容器的底部，使废水得到最大程度的净化。
2 小结
复配碳酸钙、氢氧化钠和PAM对不锈钢雕饰企业废水的处理效果好，当废液中碳酸钙的浓度为6.67 g/L，氢氧化钠的浓度为1.67 g/L，PAM的浓度为0.053 g/L时，处理效果最好，处理后出水较清，重金属离子含量少，满足工业废水排放标准。
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来源：中国化学试剂网
