城市常规混凝过滤法处理PVC乳化废水的研究

　　某化工厂乳液聚合车间采用乳液聚合工艺生产聚氯乙烯（PVC），生产过程中产生了含大量PVC的有机废水。该废水由三部分组成：冲釜水、淋洗水和冷却水，而冲釜水是该废水的主要来源。PVC废水排放总量30 m³／d，含有聚氯乙烯、乳化剂、引泼剂、尿素等多种有机物，主要的污染物是聚氯乙烯、乳化剂（十二烷基硫酸钠）^[1]。PVC废水呈乳白色，表面有大量泡沫，没有明显的颗粒状物质，其ρ（COD_cr）约为12000－20000 mg／L，pH值为5.5左右。
　　根据我们进行的探索性试验和该厂的经济情况，我们采用“混凝沉淀法+砂过滤”的试验方案，对PVC有机废水的预处理进行研究。

l 试验设备和药剂

1.1 试验设备
　　DBJ621智能定时变速六联搅拌器，石英砂过滤柱。
1.2 试验药剂
　　20％Al₂（SO₄)₃·18H₂O（工业品）；20％聚合铝（PAC）（工业品）；20％聚合铁（工业品）；0.5％PAM（日产）；23.4％H₂SO₄；lmol／L NaOH。

2 试验方法及结果分析

2.1 混凝剂的选用
　　混凝沉淀试验选择 3 种混凝剂：Al₂（SO₄）₃·18H₂O，PAC，聚合铁。取一组 500 mL的冲釜水水样，依据混凝剂的pH值投药范围^[2]，调节水样 pH值，投加一定量的混凝剂先以 150－200r／min快速搅拌 1 min，再以 50～80 r／min慢速搅拌15 min，静置 30 min，取试样上清液，检测其COD_cr，比较COD_cr的去除率^[3]，确定混凝沉淀所使用的药剂。试验结果见表1。

表1 不同混凝剂的试验结果

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混凝剂pH值投加量／
（mg·L^-1） COD_Cr去除率／%外观

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Al₂(SO₄)₃5.0-6.0100-14082.0-84.2白色PAC5.0-6.0100-18066.5-76.3黄色聚合铁7.0-8.0150-20061.0-68.1褐色

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注：冲釜水的ρ（CO_cr）=17500 mg／L，PH=5.5。

　　由表1可以看出：3种药剂的投加量依次增加，去除率却逐次下降。加入PAC与聚合铁后，沉降物染上杂色，这将不利于厂方对PVC的回收利用，因而选择Al₂（SO₄)₃·18H₂O作为混凝剂是可行的。
2.2 确定Al₂（SO₄)₃·18H₂O的最佳pH
　　值取一组 500 mL的冲釜水水样，用 23.4％H₂SO₄  1 mol／L NaOH 调节其 pH 值依次为 3～9，Al₂（SO₄)₃·18H₂O的投加量为 100 mg／L，搅拌方法与静置时间同混凝剂的选用试验。记录各水样中出现清晰泥水界面的时间，确定混凝反应的pH值范围。试验结果见表2。

表2 不同pH值条件下混凝试验结果

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序号pH值泥水分界时间／min上清液外观

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１3.0未出现２4.0未出现３5.02.0较清４6.05.0较浑浊５7.08.0浑浊６8.0未出现７9.0未出现

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注：冲釜水的ρ（CO_cr）=17 500 mg／L，PH=5.5。

　　从表2可以看出，pH值在5.0～6.0范围内，反应时间最短，混凝效果较好。冲釜水的pH值为5.5，因而可不调节废水的pH值，直接投加Al₂（SO₄)₃·18H₂O。
2.3 投药量范围的确定
　　由于化工厂PVC废水没有调节池，且水质不稳定，因而给取得代表性水样带来不便。针对此种情况，本次试验分别对冲釜初始出水（浓液）。地沟剩余水进行Al₂（SO₄)₃·18H₂O投加量试验。
　　取冲釜水、地沟剩余水各 500 mL 水样，调节pH值为5.5，冲釜水和地沟剩余水投药量分别以80 mg／L和20 mg／L为起点，依次增加投药量为 20 mg／L，搅拌方法与静置时间同混凝剂的选用试验。取检测上清液COD_cr值[3]，确定优化的投药量范围。试验结果见表3、表4。

表3 Al2（SO4）·18H2O 投加量对冲釜水的试验结果

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序号投加量／
（mg·L^-1） 泥水分界时间／minρ（COD_cr）／
（mg·L-1） COD_cr去除率／%

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１806315782.0２1005316282.0３1204300482.9４1401272784.4５1602248085.9６1802243986.1

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注：冲釜水的ρ（COD_cr）=17589mg／L，pH=5.5。
表4Al₂（SO₄)₃·18H₂O投加量对地沟剩余水的试验结果

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序号投加量／(mg·L^-1)泥水分界时间／minρ(CODcr)／(mg·L^-1)COD_cr去除率／%

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１20157.699.1２40317597.3３60638594.0４80未出现５100未出现

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注：地沟余水的ρ（COD_cr）＝6 480 mg/L，pH=5.5。

　　由表3、表4看，冲釜水投药范围140－160mg／L，而地沟剩余水投药范围 30～40 mg／L，两者投药量的差别相当大。考虑到投药量是该厂废水站运行成本的关键，必须取得代表性的混合水样，确定最佳投药量。
　　混合水样采用现场间断取样，按15 m3／d冲釜水ρ（COD_cr）为 17000 mg／L，10 m3／d淋洗水ρ（COD_cr）为 8000 mg／L、5 m3／d冷却水ρ（COD_cr）为 3000 mg／L实际生产情况进行混合。取此混合废水 500 mL，投药量以 80 mg／L为起点，依次增加投药量 20 mg／L，搅拌方法与静置时间同混凝剂的选用试验。取上清液 300 mL，经石英砂过滤柱过滤后，检测过滤液的COD_cr值，分析混合水样 COD_cr的去除率，确定混凝剂的投药范围。试验结果见表5。

表5 Al₂（SO₄)₃·18H₂O投加量对混合水样试验结果

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序号投加量／
（mg·L-1） 泥水分界时间／minρ（CODcr）／
（mg·L-1） CODcr去除率／%

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１60未出现２80未出现３100584093.0４120377093.65140273093.96160未出现

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注：混合水样的ρ（COD_cr）=12000 mg/L,pH=5.5。

　　混凝剂与絮凝剂的联合使用，解决了仅加混凝，剂污泥稳定性较差，产生絮体不易沉降的现象。投加Al₂（SO₄)₃·18H₂O和 PAM 3 mg／L，静置 3 min，水样出现泥水分界面，静置 30 min泥水比为1:7，形成的絮体粗大、沉降速度快、效率高，产生的污泥量少，后处理容易。
2.4 上清液经石英砂过滤的结果分析
　　本次试验的后处理为石英砂过滤，所用砂滤柱直径对直径为1.1 cm，砂柱高为 50.0 cm, 柱的容积为48mL，按0.8m／h滤速过滤。混合水样在ρ（COD_cr）=12000 mg/L,pH值为5.5,Al₂（SO₄)₃·18H₂O投药量为 100 mg／L，PAM投药量为3mg/L的条件下，混凝沉淀后取上清液 300 mL．检测其COD_cr值，再经石英砂柱过滤后，检测过滤液COD_cr值，两者进行比较，结果见表6。

表6 混凝沉淀上清液与砂滤出水的结果比较

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样品出水外观ρ（CODcr）／
（mg·L^-1）总COD_cr去除率／%

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混凝沉淀上清液较清，不透明150087.5砂滤出水清，透明75093.7

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　　从表 6 看出，经过砂滤的出水效果较好，COD_cr值有明显下降，考虑到砂滤工艺操作简单、成本较低、反洗容易，因而在混凝沉淀处理后，可以加上砂滤作为预处理的后处理单元。
　　经测定混合水样砂滤出水产（COD_cr）为750m才L，p（BOD₅）为370 mg/L，m(BOD5)：m（COD_cr）为0．49。因而砂滤后出水可采用好氧生物处理。

3 结论

　　PVC废水有机物含量高，成分复杂，属于比较难处理的工业废水。本试验结果表明：原PVC废水 ρ（COD_cr）＝12000 mg／L，pH值为5.5，在混凝剂 Al₂（SO₄)₃·18H₂O投加量为 100 mg／L，絮凝剂 PAM 某些方面投加量为3 mg／L，pH值为5－6的条件下，PVC废水混凝沉淀出水ρ（COD_cr）＝1500mg／L，砂滤出水p（COD_cr）＝750 mg／L，m（BOD₅）／m（COD_cr）值可达 0.49，总COD_cr去除率可保持在85％以上。采用“常规混凝沉淀+砂过滤”预处理单元可大大降低PVC废水的有机物含量，为废水的生化或活性炭后续处理单元创造了良好的条件。

参考文献：
[l]么恩琳. 氯碱行业环保“三废”治理现状[R]. 天津：中国氯碱工业协会，1999．
[2]戴之荷，方晞，聂建校，等. 黄河高浊度水混凝沉淀试验的研究[J].给水排水，2000，26（6）：25-27.
[3]许保玖.当代给水与废水处理原理[M].北京：高等教育出版社，1991.