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| 混凝法处理生物质气化洗涤废水研究 |
| 来源：中国仪器仪表大市场信息中心 时间：2008/7/24 浏览数：2494 【我要关闭】 |
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本文介绍了生物质气化洗涤废水的水质特点，系统地研究了该废水混凝沉淀处理方法及其机理，考察了混凝剂聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铁(PFS)、三氯化铁、硫酸铝、硫酸亚铁，以及高分子絮凝剂聚丙烯酰胺(PAM)对该废水的处理效果。对投药量、pH值、温度、搅拌强度和时间，以及无机混凝剂与有机高分子絮凝剂配合使用的情况进行了研究，结果表明，PAC对该废水的处理效果优于其他药剂，其最佳使用条件是：投加量150”200mg／L，pH值8-8．5，水温30~40~C，PAM可增强混凝的处理效果，其使用量为3-5mg／L。混凝沉淀处理可有效去除该废水的悬浮物、浊度，以及部分色度和COD。
关键词 生物质气化 洗涤废水 混凝法 水处理
我国的生物质资源极为丰富，仅农作物秸秆每年即达6亿多吨。生物质气化发电是生物质利用的一条重要途径，目前，我国已经建立了多个乡村级秸秆气化的集中供气示范工程和以木屑、稻壳、花生壳等为原料的MW级的生物质气化发电厂，生物质气化发电系统在我国推广已有20余套，并在东南亚一些国家成功推广运用。这些项目的实施，取得了较好的经济效益和社会效益。但是，生物质气化中产生焦油、灰分等杂质，焦油会与水和灰结合沉积下来，使得供气系统的输气管道和火花塞堵塞、污染气缸等。另外，焦油燃烧产生的气体对人体有害，因此必须对其进行净化。生物质气化净化方法有干式分离和湿式分离，由于湿式分离法对焦油的脱除效率较高，目前我国广泛采用湿式分离方法，于是形成生物质气化洗涤废水。该废水成分非常复杂，除不溶性炭粒、灰分等颗粒物外，还含有酚及酚类化合物、苯系物、杂环及PAH等有机物”4)。生物质气化站或气化发电厂最初产生的废水，其COD值在4．(X)mg／L左右，由于一直缺乏有效的处理手段，洗涤废水在循环使用过程中，有机污染物浓度越来越高，COD值可达10000mg／L以上，并且散发出强烈的刺激性气味，对环境和现场工作人员产生危害。此外，废水中焦油达到饱和后，对焦油的吸附能力降低，失去净化焦油的作用。因此必须进行有效处理以利回用或达标后排放。这一问题的解决，对于生物质能利用产业的健康发展和促进生物质资源合理转化利用，具有重要的现实意义。
混凝沉淀法是处理工业废水的一种重要方法…＼混凝沉淀处理效果的好坏与选用的混凝剂种类、混凝工艺参数有很大的关系，不同性质的废水对同一混凝剂的适应性也不同。生物质气化洗涤废水是一种新出现的工业有机废水，废水中COD、BOD、SS、NU3-N和色度等污染负荷大，通过混凝沉淀处理后，可以有效循环回用和进一步生化处理。本文在初步分析该废水水质的基础上，系统地研究了其混凝沉淀方法及机理，筛选出了较好的处理药剂及其工艺参数，为该废水的治理进行了有益的探索。重实验部分
1．1 仪器和试剂
主要仪器：TU—1800S紫外可见分光光度计，HJ— 4磁力搅拌器，KL-016型酸度计，100-1电热垣温干燥箱，PYX-280X-A生化培养箱。
混凝药剂：聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铁(PFS)及聚丙烯酰胺(PAM)为工业品，三氯化铁，硫酸铝，硫酸亚铁为分析纯。
1．2 实验水样
实验在广东省揭东泓源再生能源有限公司的生物质气化发电厂进行，实验所用水样在现场采取，实验期间，气化炉原料以木屑和谷壳为主，间或添加使用花生壳。其水质状况见表1。
1．3 混凝试验
1．3．1 早独使用混凝剂
取一定量的废水原液，用硫酸或石灰乳调节pH值，搅拌均匀，用烧杯取500nfl废水，搅拌(200- 300r／min，0．5llllll)中加入不同量的无机混凝剂或 PAM，然后搅拌(60r／min)30rain，静置30min，取上层清液测定各种指标。
1．3．2 PAM与无机混凝剂配合
用烧杯取调节好pH值的废水500ml，搅拌 (200~300r／rain，0．5mln)中加入无机混凝剂，然后搅拌(60r／min)3min，然后再搅拌(200~300r／ nlin，0．5 111111)中加入PAM，搅拌(60r／rain)， 30min，静置30min，取上层清液测定各种指标。 (1．4 分析方法
COD、BOD、SS、NH3-N、色度和透过率均参照文献进行测定。
2 结果与讨论
2．1 生物质气化洗涤水的水质特点
生物质气化洗涤水呈灰黑色，有强烈的刺激性气味。由于该废水在生产过程中不断被循环使用，水中污染物浓度随循环次数增多而增加。在本试验工作期间，实际测得该废水的各种指标见表2。该废水的COD、BOD、SS、NH3-N、色度值均较高，而酚的含量较低。
生物质气化洗涤废水与焦化废水和气化发生站废水具有相似性。由于热解原料和工艺不同，其水质又有自身的特异性。生物质气化除含有大量可燃气体外，还含有各种各样的杂质，如灰分、焦炭、钠、钾等碱金属化合物，氨、HCN、HCL、H2S，以及生物质焦油，这些杂质进入洗涤水中，使得生物质气化洗涤废水的成分极其复杂。生物质焦油组成也非常复杂，其组成见表2。
由表2可知，生物质焦油中含有大量对生物有毒和微生物难降解的芳香族化合物。
2．2 混凝处理
2．2．1 无机混凝刑的筛选
为考察不同混凝剂单独使用对生物质气化洗涤废水的处理效果，对5种常用的普通混凝剂进行试验，结果见表3。
单独使用PAM对该废水不产生混凝作用，Fes04加入后使水质变得更为浑浊，几乎不能产生矾花，表明其不适合于该废水的混凝处理。从生成矾花的速度、大小、密实程度以及絮团沉降的速度来看， FeCl、从(SO)，生成矾花的速度稍慢，矾花的颗粒较小，沉降速度也较慢，沉淀体积大；PFS和PAC比 FeCl3和A12(S04)，的混凝效果好，从澄清的上靖液体态来看，除从(S04)，处理的水质不产生颜色外，其他混凝剂均产生不同程度的色度，PFS与PAC相比，前者产生的色度较大。因此，选用PAC作混凝剂，在对生物质气化洗涤废水作进一步的混凝试验。
化学混凝包括凝聚和絮凝作用，都是使胶体或悬浮液中的固体微粒聚集变大的过程，两者作用机理不同，凝聚是指使肢体和超胶体脱稳，并聚集为微絮粒的过程，它包括胶体的脱稳及颗粒的迁移和聚集，是靠电解质对固体悬浮颗粒表面上双电层的消除或压缩而降低微粒间的排斥力来达到的。通常只需要使电位降低至+20rev左右，即靠近零电点或等电点处，就能使胶体或悬浮体失稳而发生凝聚力。凝聚时胶体或悬浮液中的微粒作用明显，所产生的凝聚体的粒度小，密实、易碎，但碎后可重新凝聚，
即凝聚过程可逆。絮凝是指微粒通过高分子聚合物 (絮凝剂)在分子上吸附多个微粒的架桥作用而使大量微粒形成絮团的过程。絮团面积很大，能够吸附其他悬浮物、胶体物，甚至溶解物质等，与其共同沉淀或上浮，使固体和液体分离，废水得到澄清处理，并去除部分GOD、BOD等。PAC具有与有机高分子凝聚剂相类似的架桥作用，具有用量少、凝聚体形成块大、凝聚性和沉降或上浮性能好等许多优点。试验表明， PAC对生物质气化洗涤废水的混凝效果显著o
2．2．2 PAC投加量对混凝效果的影响
废水调节pH值为8．0后，取500ml，改变PAC的投加量，考察不同用量对废水混凝效果的影响，对COD为1204mg／L、色度100倍的废水的试验结果见图10
由图1可知，用PAC处理生物质气化洗涤废水时，最佳投药量在150-200mg／L对COD的去除率达到最大，为26．1％-26．6％，在200mg／L时脱色率亦达到最大，为65％，混凝效果好。需要指出的是，混凝剂的用量与该废水的污染程度有关，随着废水循环使用次数的增加，废水中胶体的浓度、电荷数量会发生变化，则PAC的最佳用量也会改变。从随后水质变化的试验情况来看，一般规律是，COD值越高，PAC用量就越大，推荐的用量见表40此外，PAC超过最佳用量时，澄清后的废水在放置一段时间后，容易返浑，反之，PAC用量不足，则不能完全中和废水中的胶体电荷，导致矾花难以或不能生成，影响混凝效果。
2．2．3 pH值对混凝效果的影响
取500ml废水，用硫酸或石灰乳调节废水于不同的pH值，PAC 150mg／L，水温25~C，考察pH对 COD、色度的去除率的影响，结果见图20
由图2可知，pH对PAC去除COD和色度的影响较为显著，在pH7．0-10．0范围内，COD的去除率随着pH的上升而增大，pH为8．5-9．0时，COD的去除率达到最大，pH继续升高， 则COD去除率会略有降低。pH在8．0-8．5时，色度的去除率最大，随pH的提高，色度去除率反而降低，所以，用PAC处理生物质气化洗涤废水时，pH以8．0-8．5为宜。
2．2．4 i．g．度对混凝效果的影响
由于从气化洗涤塔淋出的废水水温一般在53-- 55~C，通过平流沉淀池的自然沉淀和冷却后末端池水温一般是30-35"(2，因此，选择20-50~C的温度进行试验，投加量150mg／L，pH值8．0，试验结果见表5。．
由表5可知，水温越高矾花生成的速度和沉降速度越快。温度对COD去除率也有影响，在30-40℃时，对COD的去除效果最佳，且矾花生成的速度和沉降速度也快。无机混凝剂的水解速度与温度有关，一般来说，温度每升高10℃，水解速度增加一倍。温度尤其对铝盐的凝聚效果影响较大，低温下生成的A1(OH)3絮团无定型，松散不易沉降，水温低，水的耗滞系数大，阻力大，絮粒碰撞次数减少，影响凝聚效果。水温较高时形成的絮团较为紧密，因此易于沉降。
2．2．5 搅拌时间和强度对混凝效果的影响
搅拌时间和强度对混凝效果的影响很大，混凝过程包括混合、反应和分离三个阶段。混合阶段要求搅拌强度大，时间短，以便使药剂迅速而均匀地扩散到水中，此时搅拌速度太慢，药剂与水混合不均匀，反应不完全，影响微絮粒的生成。反应阶段则要求较长的搅拌时间，使絮凝体相互碰撞长大，此时搅拌强度比第一阶段要小，如果搅拌过于强烈，会把已形成的絮团打碎，此时混凝剂会从固相粒子表面脱落，腾出新的空位，在这些新的空位上又要吸附更多的混凝剂，降低混凝效果。
2．2．6 沉淀时间对混凝效果的影响
在投加量150mg／L，pH值8．0，水温25t情况下，进行混凝处理，静置不同时间，观察静置时间对澄清效果的影响。结果表明，在一定时间内，静置时间越长，上层水质越澄清，COD的去除率越高，混凝效果越好。从本试验的实际情况来看，静置沉淀的时间以30-40rain为宜。
2．2．7 PAM与PAC配合使用的混凝效果
单独使用PAC处理生物质气化洗涤废水，产生的絮团并不稳定，稍为搅动即被破坏而分散开来，而且，这种沉淀物能通过400目尼龙纱布，难以进行泥水分离。将PAM与PAC(150mg／L)配合使用能够很好地解决这一问题。图3为PAM和PAC配合使用的处理效果，原水COD值1192mg／L，透光率54．3％。由图3可知，处理后的废水上清液透过率得到提高，COD去除率也有所提高。更重要的是，沉淀下来的絮团大而坚韧，使用300目的尼龙纱布就可滤除，容易进行泥水分离，沉淀下来的污泥也易于脱水。加入PAM能够使絮团的沉降更快，大大缩短了处理周期。
PAM的最佳使用量为3~4mg／L，用量过多，反而使透光率下降，并使COD值增大。使用时，将PAM配成0．1％的溶液，现用现配。配好的PAM暴露在空气中，被微生物分解。久置的PAM溶液，其聚合度会降低，从而影响使用效果。
3 结论
(1)混凝处理生物质气化洗涤废水时，无机高分子盐类PAC和PFS混凝效果优于其他低分子盐类，但使用PFS产生一定色度，因此，PAC是较为适合的选择。
(2)影响生物质气化洗涤废水混凝处理效果的因素主要是pH值和投药量，其次是水温、搅拌时间和强度。PAC的用量与该废水的污染负荷有关，一般情况在150~200mg／L；pH值在8．0-8．5较为适宜，在实际应用中可不加或少加石灰乳来调节废水的pH值。
(3)温度在30~40t时，混凝效果最好。
(4)PAM单独使用对生物质气化洗涤废水不具有混凝作用，但PAM与PAC配合使用能够明显改善混凝效果，PAM的用量在3~4rug／L为宜。使用时先投加PAC并充分形成絮凝体，再加入PAM。
(5)采用混凝法处理生物质气化洗涤废水，能够有效地去除废水中的sS和部分COD，减小于污染负荷，处理后的水质可以循环回用，若要达标排放，仍需要进一步的深度处理。
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