采用混凝工艺处理油漆废水外文翻译资料

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采用混凝工艺处理油漆废水

Saliha Bouranene ¹, Nora Sedira ¹, Patrick Fievet ², Noura Attia ¹

摘要：工业废水排放量的增加带来了潜在的环境和人体健康问题。面对日益严格的环保法规和持续不断消耗的水资源，废水的回收再利用变得至关重要。本项目主要探究以混凝—絮凝工艺处理工业油漆废水的相关领域。

面对日益严格的环保法规和持续不断消耗的水资源，将污水回收利用作非饮用水（如灌溉、家庭用水的非饮用使用、环保目的）以及将工业废水处理后再利用（或者仅仅是减少废水中的化学污染）已经成为所有工业领域和城市社区的一项优先考虑的问题。

在阿尔及利亚，油漆工业是最重要的工业之一，国内有许多油漆生产企业。在这些企业中，ENAP（阿尔及利亚的一家国有油漆企业）坐落在苏格—埃赫拉斯城市东部，平均每年生产大约40000吨油漆。这些油漆大部分用于建筑业、汽车行业以及工业生产。

不幸的是，清洗制备水性涂料的反应器产生的污水，不经任何处理直接运送到焚烧装置中，以此来减少污水的体积。因此，为了大量减少淡水的使用，在这个过程里，从污水中回收淡水就非常值得关注了。超级钙是一种用于生产油漆的白色乳状物质，由12%质量分数的PVA（聚乙烯醇），45.5%质量分数的CaCO₃（碳酸钙），4%质量分数的TiO₂（二氧化钛）和35.5%质量分数的水组成。

为了保护水资源、保护环境，目前有大量研究致力于工业油漆废水的回收，但每项研究都有它的优点和局限性。其中，混凝法作为一种经济可行的方法，由于其选择性高，也常常被研究讨论。ENAP公司在生产油漆时会加入超级钙，本研究的目的就是通过混凝，净化被超级钙污染的油漆废水。

浊度

图1.直方图展示了浊度值的测试结果。横坐标：受超级钙（12g/L）污染的本体溶液。（1）处理前，（2）不调节pH值的前提下混凝处理（使用质量浓度为3.33%的FeSO₄·7H₂O，Fe₂（SO₄）₃·9H₂O， FeCl₃·6H₂O溶液）（3）调节pH值后进行混凝处理（使用FeSO₄·7H₂O，Fe₂（SO₄）₃·9H₂O， FeCl₃·6H₂O溶液作混凝剂）

回用水

本研究重点在于评估混凝—絮凝工艺去除超级钙，并得到足够质量的水，能够回用于水性漆生产过程的各个阶段。这种方法的主要优点在于它具有竞争性的技术经济性能。用于污水处理的絮凝剂和混凝剂通常是无机化合物（铝盐、铁盐等）或者有机聚合物（聚电解质），前者由于其效率高且成本低，因此得到广泛使用。

然而，混凝剂的选择却并不简单。这是因为，当你所选的混凝剂可以有效地去除悬浮物，但同时它很可能改变其他属性，如导电性等。这就使得最终混凝剂的选择非常依赖于每个测量出的参数而分配的相对重要性。本文提出了一种使用铁盐混凝剂（硫酸亚铁、硫酸铁、氯化铁）的多标准决策分析方法，用于混凝剂及其浓度的选择。

该项目研究了三种混凝剂对于超级钙的混凝效果，这三种混凝剂能够有效降低水的浊度，因此在水处理中得到广泛使用。实验测试了混凝剂对废水中不同浓度的超级钙的去除效率。

浊度

混凝剂浓度（%）

折射率

混凝剂浓度（%）

混凝剂浓度（%）

污染废水的各参数（浊度，折射率，pH值，电导率）变化（图2a—2d）以及三种混凝剂在不同浓度下产生的絮状物质量（2e）。其中， ：FeSO₄·7H₂O； ：Fe₂（SO₄）₃·9H₂O； ：FeCl₃·6H₂O。超级钙溶液浓度12g/L。

实验

超级钙溶液的制备

首先，为了选出最适合的混凝剂，将2.4g超级钙溶于200mL蒸馏水中制备成浓度为12g/L的超级钙溶液，用于混凝实验。第二步，为了研究不同超级钙浓度下的混凝效果，分别配置12，36和108g/L的超级钙溶液（分别溶解适量的超级钙固体于200mL蒸馏水中）用于实验。

为调节溶液pH值，在氯化铁作混凝剂的溶液中滴加适量盐酸处理，在硫酸铁和硫酸亚铁溶液中滴加适量硫酸处理。

混凝剂的制备

实验使用分析级（生化）FeSO₄·7H₂O，Fe₂（SO₄）₃·9H₂O， FeCl₃·6H₂O作为混凝剂。溶解相应质量的盐于100mL蒸馏水中，分别制备质量浓度为5%，10%，15%及20%的混凝剂溶液。需要指出的是，对于给定的质量浓度，铁离子的摩尔浓度约为相应混凝剂盐溶液的三倍。铁离子浓度在0.181到0.724mol/L区间变化。

混凝实验

调节超级钙溶液pH值至2.5，加入混凝剂溶液（5%，10%，15%或20%）混合搅拌，磁力搅拌器转速为500转/分。紧接着，为了更有利于形成氢氧化铁沉淀，滴加适量NaOH溶解重新调节pH值至7—8。注意此时混凝剂溶液质量浓度变成1.67，3.33，5和6.67%。搅拌15分钟后，倾斜放置混合物48小时，使絮状物与水分离。用滤纸分离沉淀物后得到絮体，干燥并称重。将分离出的水收集用于分析。控制整个实验过程在温度20plusmn; 2 °C下进行。

分析技术

本实验使用哈希浊度仪（型号2100N）测量各水样浊度，使用罗诺酸度计（型号1级WTW）测量溶液pH值。使用罗诺电导仪（型号二730）和阿贝折射计分别测量实验中的电导率和折射率。

电导率

混凝剂浓度（%）

絮体质量

混凝剂浓度（%）

污染废水的各参数（浊度，折射率，pH值，电导率）变化（图2a—2d）以及三种混凝剂在不同浓度下产生的絮状物质量（2e）。其中， ：FeSO₄·7H₂O； ：Fe₂（SO₄）₃·9H₂O； ：FeCl₃·6H₂O。超级钙溶液浓度12g/L。

结果和分析

pH的影响

为了研究溶液pH值对含超级钙废水澄清度的影响，分别进行了六项实验：其中三项实验不改变pH值，另外三项，首先将超级钙溶液的pH值调整到2.5，然后再加入混凝剂，紧接再将溶液pH值调整到7—8之间，再加入混凝剂。超级钙溶液偏碱性（pH值接近8.5），酸化至pH 为2.5需要达到一个胶体颗粒中性的有利环境，再加入混凝剂和碱形成氢氧化铁絮体。

图1显示了加入三种混凝剂后污水浊度的结果。如图所示，污水不经任何处理时，超级钙溶液的浊度值非常高（〉400NTU）。在不调整溶液pH值时，可以观察到污染废水经混凝实验后浊度显著降低了。然而，经过这样得到的浊度值（用硫酸亚铁、硫酸铁、氯化铁混凝处理后浊度值分别为48.10、96.30和276NTU）不足以判定污水已经足够洁净。当使用硫酸亚铁、硫酸铁及氯化铁处理后浊度值分别达到1.07、0.44、15.1时，才表明受污染废水已经足够洁净。

混凝剂浓度和性质的影响

通过实验研究讨论了混凝剂浓度和性质对混凝效果的影响。图2a到图2e呈现了经混凝处理后的废水的各项实验参数值。实验首先调节溶液pH值至2.5，再调节至pH为2.5，然后分别将三种混凝剂加入到超级钙溶液中。图2a为经混凝实验后溶液的浊度值。由图可知，当混凝剂质量浓度大于等于1.67%时，污水完全洁净。当硫酸亚铁和硫酸铁质量浓度为3.33%时，对超级钙有最佳的去除效果，浊度值下降率接近100%。加入质量浓度为5%的氯化铁时，溶液的清晰度最高。通过比较加入三种混凝剂后溶液的折射率（如图2b所示），可以看到，使用硫酸铁作为混凝剂的溶液折射率接近于纯水（1.33）。而硫酸亚铁和氯化铁作为混凝剂时，在整个浓度变化范围内，溶液的折射率接近1.7。

图2c显示了混凝剂加入前后，受超级钙污染的溶液pH值的变化情况。在混凝之前，也就是不含混凝剂时，超级钙溶液的pH值固定在2.5不变（pH值适合于混凝）。加入混凝剂后，调节溶液pH值至7—8（为了促进氢氧化铁的沉淀）并且倾滤48小时之后，可以看到不论混凝剂的质量浓度为多少，经处理的污水的pH值都维持在7—8范围内，这也证明了混凝过程是相当稳定的。

电导率

关于溶液的电导率部分，可以看到，在混凝实验之前，溶液的电导率很高（约为200）（如图2d所示），这是由于水中超级钙的含量（12g/L）导致的。通过混凝处理后，但混凝剂质量浓度为1.67%时，污水的电导率下降约97%。然而，当混凝剂的浓度更高时，污水的电导率下降得就不太明显。污水电导率的下降趋势与其透明度下降趋势相一致。

关于产生絮体的质量部分（如图2e所示），可以看到，在所有混凝剂中，硫酸铁溶液作为混凝剂产生的絮状固体质量最小。根据以上所有的实验研究现象，结果表明，采用混凝法处理工业油漆废水，其效果取决于混凝剂的性质和浓度。实验结果表明，硫酸亚铁和硫酸铁作混凝剂时最佳质量浓度为3.33%，氯化铁作混凝剂时的最佳质量浓度为5%。

本实验可以使目标废水浊度值下降88%，折射率下降22%，混凝后絮体的质量降低96%。对于两种盐溶液的电导率和pH值，二者数值非常接近。由于本实验中铁离子的摩尔浓度几乎相同，并且其中两种溶液也具有同样的阴离子（硫酸根离子），因此认为产生这种现象与铁离子的不同价态有关。更高的电荷值产生了更有效的中和胶质物。

从图2a到图2e可以看出，在本实验所有浓度范围内，硫酸铁作混凝剂的混凝效果优于氯化铁，这可能是由于硫酸铁与氯化铁溶液的阴离子不同，而具有相似的负电荷浓度和离子强度。相比于氯化盐，硫酸盐能更有效地中和胶体粒子。这一结果也与先前的实验结果一致，表明对于带正电荷的赤铁矿颗粒，硫酸盐离子作混凝剂的净化效果优于氯化盐离子。

溶液中污染物含量的影响

本研究的最后阶段主要测试三种混凝剂的混凝效率。对于每一种混凝剂，加入使混凝效果最优时的混凝剂剂量，不断改变溶液中污染物（超级钙）的质量。图3表明，即使污染物超级钙的浓度高达108g/L，硫酸铁和氯化铁仍然具有混凝效果。在这样的浓度下，使用硫酸铁和氯化铁作混凝剂可以使水的浊度分别恢复到6.8NTU和11NTU。至于硫酸亚铁，实验证明这种混凝剂的效果低于其他两种混凝剂，因为使用硫酸亚铁作混凝剂混凝处理后的污水仍然含有少量污染物（36g/L）。

混凝剂浓度（%）

浊度

超级钙溶液

图3.采用不同混凝剂处理后，废水的浊度值随超级钙浓度值改变的变化情况（ ：FeSO₄·7H₂O； ：Fe₂（SO₄）₃·9H₂O； ：FeCl₃·6H₂O）（ ：质量浓度为3.33%的FeSO

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