聚硅氯化铝在涂装废水处理

引言

该整车制造厂废水污染源主要包括车身涂装车间、车架涂装车间前处理设备连续排放的磷化清洗废水及脱脂清洗废水，电泳设备连续排放的电泳清洗废水和造渣废水，分别进行分类收集和化学预处理。磷化废水污染物主要以镍、磷污染为主，其他可能的金属离子污染物还包括：Zn2+、Mn2+、Cu2+，采用以投加石灰为主、混凝剂为辅的化学沉淀除磷作为除磷工艺，设置二级沉淀池，后接砂率和离子交换，出水达标外排。脱脂、电泳、造渣废水经预处理后汇集成的混合废水主要污染物为酸LAS、油脂、COD、氨氮、悬浮物等污染物，设计采用两级混凝剂沉淀处理，去除大部分污染物后再排至后续生物处理单元。生物处理流程为：调节池→厌氧池→一级接触氧化池→二级接触氧化池→二沉池→中间清水池→排放水池。车间预处理污水站内设有污泥脱水区。各单元产生污泥，重力流入污泥浓缩池中，在污泥浓缩池中静置浓缩，浓缩后的污泥经过污泥泵提升进入板框压滤机中进行压滤脱水，污泥经压榨后成含水率75 %~82 %的泥饼后，外运至场内污泥干化车间集中进行干化处理。污泥浓缩池上清液及压滤水返回到综合废水池中，进行再处理。汽车涂装废水中含有树脂、表面活性剂、重金属离子、颜料等污染物，特别是其中的电泳废水、喷漆废水成份复杂，具有浓度高，可生化性差的特点。除部分水洗水连续溢流排放外，涂装线废水或废液多为间歇集中排放。水质水量变化大，在去往生化处理前，采用了分质处理、混凝沉淀、砂滤等工艺进行预处理。混凝沉淀段原来使用的混凝剂为聚合氯化铝，现在为了提高出水澄清度和降低总磷含量，分别选用聚合硫酸铁(SPFS)和聚硅氯化铝(PASC)进行调试运行，与聚合氯化铝作比较。以下是该废水处理的工艺流程

2 两种混凝药剂的比较目前化学沉淀法除磷的混凝剂主要有铁系和铝系两大类，常见的有聚合氯化铝(PAC)和聚合硫酸铁(SPFS)，另外还有一些复合型的混凝剂，例如聚硅氯化铝(PASC)，聚铁氯化铝等[。本污水站初始设计为聚合硫酸铁混凝剂，实际运行发现聚合硫酸铁对管路腐蚀很严重，所形成的泥渣对污泥泵的磨损也很大，定子和转子的更换频率比较高。经调研分析，拟更换铝系混凝药剂。将这三种混凝剂在涂装废水处理过程中，对絮凝沉淀，出水效果，设备腐蚀方面做的比较。现场运行发现，聚硅氯化铝和聚合氯化铝相比，其在投加量上相对较少，出水浊度低，更澄清些，除浊效果好。其絮体大，沉降快，后续进压滤机的脱水性也较好，产生的泥饼含水率较低。铝系混凝剂所产生的污泥较软，而聚合硫酸铁是由于其含铁的本身特性，附着性较强，容易粘在pH探头上，影响读数准确率。另外，铁盐所产生的的污泥质地较硬，对设备的损耗大，尤其是对进泥浆的螺杆泵定子的磨损较大，更换频率很高。另一方面，由于聚合硫酸铁含有大量Fe3+，在水处理量较大，原水质稍不稳定时，会有短暂的絮凝效果不理想，此时因为三价铁离子本身的颜色，导致出水色度偏高，感官不是很好。

选聚硅氯化铝(PASC)是一种新型复合无机高分子混凝剂，是PAC与聚硅酸进行复合制备而成的新型硅铝复合混凝剂。聚硅氯化铝的结构式为：[ALA(OH)B(Cl)c(SIOX)D(H2O)E] 其中：A=1.0~2.0 B=0.75~2.0 C=0.3~1.12 D=0.005~0.50 2≤X≤4 E≥4 在聚合氯化铝引入聚硅酸制备成的聚硅氯化铝中，聚硅酸带负电荷，分子量高，在聚合过程交联成网状，具有较大表面积[7]。由于水中胶粒表面一般带负电荷，聚硅酸对水中胶粒只有吸附架桥和卷扫作用，但在与铝盐结合后，其与铝水解聚合产物相互作用，生成了聚合度更高的铝硅聚合物，使得PASC对水中胶粒既具有电中和作用，又具有强烈的吸附架桥和卷扫网捕作用，从而比PAC单独的水解混凝作用表现出更好的除浊效能。就本项目废水而言，浊度降低了，受协同沉降作用影响，其总磷、COD和氨氮的剩余量也就大幅降低了。

2.1 除磷效果对比化学除磷主要是通过混凝剂的水解、吸附和架桥作用把废水中的磷絮凝沉淀，最后通过泥水分离。还是以该汽车公司涂装废水处理为例，分析一下普通的PAC 和复合型的聚硅氯化铝，在除磷方面的差异，以及不同投加量(表2)和pH条件下，二者对总磷的去除效果(药剂浓度配比约为3 %)。结合调试过程分析，随着混凝剂加药量的不断增大，总磷浓度在逐渐降低。当加药量过大时，水质开始出现浑浊，由于过量的正电荷在废水中相互排斥，使原来已经脱稳的胶体产生再稳现象，不能很好的聚集在一块，出水便不再清澈了。在投加量相同的情况下，聚硅氯化铝在水质澄清度方面，整体比聚合氯化铝要高些，出水总磷也会更低，但随着加药的过量，絮凝沉淀变差，总磷去除效果会下降。该汽车生产企业的涂装废水中，大量的磷主要来自于周末清槽的脱脂废液，平均浓度约120 mg/L，以及平时排放的生产溢流水，包括脱脂，电泳，表调和造渣等混合而成的综合废水，总磷浓度大约30 mg/L。如此高浓度的磷含量，需要补充石灰调节碱度，并生成羟基磷灰石沉淀，与除磷混凝剂一起作用，以达到沉淀去除总磷的效果。当反应过程中的pH控制在9~10时，出水总磷最低。

2.2 对污泥沉降性和污泥脱水效果的影响根据污水站运行情况，斜板沉淀池的排泥是周期性的人工排泥，污泥的沉降性既直接影响斜板沉淀池的出水浑浊状态和COD、氨氮、总磷等水质指标，还直接影响排往污泥浓缩池的泥水量，从而影响板框压滤机的污泥脱水效果。所以在评估更换新的水处理药剂时需要同时考虑前述多种因素，既追求更好的出水水质，也要考虑污泥产生量，尤其是脱水后的干泥产上升的趋势并最终趋于平衡。由于投加量增大，放入溶液中Fe0的量也随之提高，因此与H+发生反应的速率更快且消耗更多的H+，因此溶液pH的最终平衡值也就越高。而柠檬酸淋洗土壤过程中pH的降低有利于进一步促进重金属淋洗效率的提升，因此当投加量的提高会影响最终回收的柠檬酸的酸度，并最终影响柠檬酸循环使用的效果。

3 结论本研究通过柠檬酸淋洗土壤获取含复合重金属的柠檬酸淋洗废液，并使用使用废铁屑处理此类废液以达到循环使用的目的。研究发现废铁屑对柠檬酸淋洗废液中的As、Cd、Pb都具有一定的去除效果，其中对Pb的去除效果最好，平均去除率达到94 %以上，对As的去除效果相对较差。随着投加量的提高，废铁屑对溶液中的As、Cd、Pb的去除速率和最终去除率都有着一定程度的提升。当投加量达到100 g/L时，废铁屑对柠檬酸淋洗废液中的As、Cd、Pb三种元素的去除率分别达到47.3 %、95.1 %、94.1 %。因此废铁屑处理含复合重金属柠檬酸淋洗废液具有较好的可行性，同时由于废铁屑属于工业中的边角料，价格低廉，因此具有较好的经济效益。但随着投加量的提高，柠檬酸淋洗废液的pH也会随之提升，而pH会影响最终回收的柠檬酸的淋洗效果，因此在使用过程中需要根据实际啊条件对投加量进行设计，以达到最好的去除效果。