摘要：以聚合氯化鋁作為混凝劑，采用混凝法處理高濃度（COD＞50000mg/L）滌綸工業(yè)長絲生產(chǎn)廢水，以降低廢水的懸浮物、有機(jī)物含量和生物毒性，提高廢水可生化性，以便后續(xù)采用生物法進(jìn)一步處理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：聚合氯化鋁能夠有效降低廢水的濁度、COD、BOD5及生物毒性，其對濁度、COD、BOD5和生物毒性的較高去除率分別為99.9%、92.8%、91.2%和99.2%。此外，聚合氯化鋁可在一定程度上提高廢水的可生化性，在其投加量為1200mg/L時(shí)，BOD5/COD值（0.13）可達(dá)到原水的1.75倍。綜合考慮廢水處理成本及污染物去除情況，聚合氯化鋁較佳投加量為1000-1500mg/L。

近年來，我國滌綸工業(yè)長絲行業(yè)發(fā)展迅速，全行業(yè)產(chǎn)能、產(chǎn)量和需求量均呈高速增長態(tài)勢，目前已成為全球滌綸工業(yè)長絲行業(yè)的主要生產(chǎn)國。至2010年，中國大陸地區(qū)滌綸工業(yè)絲的年產(chǎn)能為106.5萬t，約為世界滌綸工業(yè)絲總產(chǎn)能的50%左右。

滌綸工業(yè)長絲的生產(chǎn)過程產(chǎn)生大量高濃度難降解有機(jī)廢水，嚴(yán)重地威脅著環(huán)境。目前，此類化纖廢水的處理方法主要為生物法，如生物接觸氧化法或上流式厭氧污泥床法等。不過，由于其具有COD和懸浮物濃度高、生物毒性大、可生化性差等特點(diǎn)，為了提高生物處理的效果，降低負(fù)荷，需要進(jìn)行預(yù)處理。混凝是一種常用的預(yù)處理技術(shù)，具有技術(shù)成熟、操作簡單、成本較低等特點(diǎn)，能夠去除廢水中的COD、BOD5、濁度、色度、磷、砷、細(xì)菌和油脂等。

波濤聚合氯化鋁廠家根據(jù)某滌綸工業(yè)長絲生產(chǎn)企業(yè)廢水處理升級改造的需要，針對其生產(chǎn)過程產(chǎn)生的高濃度有機(jī)廢水（COD濃度高達(dá)50000mg/L以上），采用聚合氯化鋁進(jìn)行處理，以降低廢水的污染負(fù)荷和生物毒性，提高可生化，為后續(xù)生物過程達(dá)標(biāo)處理奠定基礎(chǔ)。需要說明的是，該廢水的COD濃度遠(yuǎn)高于一般化纖廢水的COD濃度（1000-10000mg/L），采用混凝法預(yù)處理該類高濃度化纖廢水。

分析結(jié)果如下：

一、聚合氯化鋁對廢水Zeta電位和pH值的影響

Zeta電位是研究混凝過程必不可少的重要參數(shù)。本研究中選用的聚合氯化鋁的投加量對滌綸廢水Zeta電位和pH值的影響如圖1所示。

從圖1可以看出，隨著混凝劑用量的增加，Zeta電位整體呈現(xiàn)先快后慢的上升趨勢，由起初的-30mV迅速上升，當(dāng)聚合氯化鋁投加量超過2000mg/L時(shí)，其Zeta電位增速放緩，到達(dá)0點(diǎn)附近，當(dāng)聚合氯化鋁用量大于2800mg/L時(shí)，Zeta電位由負(fù)值轉(zhuǎn)變?yōu)檎担廊辉?點(diǎn)附近，未見較明顯變化。需要說明的是，原水濁度過高，不能滿足儀器的測量條件，因此未能得到其Zeta電位。

pH值是一個(gè)重要的水質(zhì)參數(shù)，也是影響混凝效果的重要指標(biāo)間。從圖1可以看出，隨著聚合氯化鋁用量的增加，溶液的pH值不斷降低，由9.4緩慢降低至7.0，這是由于聚合氯化鋁在水中主要以三價(jià)鋁的化合物存在，絮凝劑的水解過程及水解形態(tài)受pH值影響，當(dāng)pH＞3時(shí)，Al(H₂O)₆開始發(fā)生水解，隨著pH值的升高，水解逐級進(jìn)行，生成多種羥基鋁離子，并不斷有H⁺解離出來，隨著混凝劑投加量的增加，解離出來的H⁺也隨之增加，因此，溶液的pH值不斷降低。不過，相對硫酸鋁、氯化鐵等傳統(tǒng)鹽類混凝劑而言，其pH值的下降并不明顯，這是由于聚合氯化鋁本身的酸度較小，且已經(jīng)經(jīng)過水解、聚合和一段時(shí)間陳化后的混凝劑，鹽基度比較高，本身帶有大量的聚合陽離子，多核羥基絡(luò)合物，在水中能夠水解形成高度交聯(lián)的疏水性氫氧化物聚合體，所以對溶液pH值影響較小，出水pH值始終處于一般工藝的適宜pH范圍內(nèi)，這將有利于后續(xù)常規(guī)處理工藝的運(yùn)行。

二、聚合氯化鋁對濁度的去除效果

聚合氯化鋁對廢水濁度的去除效果如圖2所示。在聚合氯化鋁投加量較低時(shí)（小于1000mg/L），廢水的殘余濁度隨聚合氯化鋁投加量的增加而迅速降低，由原水的36375NTU急劇降至246NTU；當(dāng)投加量大于1000mg/L時(shí)，殘余濁度下降幅度變小，較低可達(dá)5.2NTU，去除率始終超過96.0%，較高達(dá)99.9%。可見，聚合氯化鋁混凝能夠去除滌綸廢水中的懸浮物，降低出水濁度。綜合考慮混凝劑的經(jīng)濟(jì)成本及濁度的變化情況，聚合氯化鋁的適宜投藥量為1000-1500mg/L。

眾所周知，無機(jī)混凝劑的作用機(jī)理主要包括壓縮雙電層、電中和作用和卷掃作用等，其中電中和作用的效果決定于顆粒的Zeta電位。本研究中，當(dāng)聚合氯化鋁投加量超過2000mg/L后，溶液Zeta電位維持在0點(diǎn)附近，且混凝產(chǎn)生的污泥隨混凝劑投加量的增加而不斷增多。因此，聚合氯化鋁在投加量大于2000mg/L時(shí)的混凝機(jī)理為電中和與卷掃的復(fù)合作用。一般電中和作用和卷掃作用均可得到良好的處理效果，但電中和混凝較佳處理效果的投藥量范圍較窄，水質(zhì)或水量變化較大時(shí)難以控制投藥量，而對于本實(shí)驗(yàn)，在復(fù)合作用下，其較佳處理效果的投藥量范圍較寬，為2000-3500mg/L。此外，當(dāng)聚合氯化鋁投加量為1000-2000mg/L時(shí)，雖然Zeta電位的值較大（負(fù)值），但濁度的去除率依然很高，且可明顯觀測到混凝產(chǎn)生的污泥量與混凝劑投加量正相關(guān)，因此可判斷其主要混凝機(jī)理為卷掃作用。不過，由于聚合氯化鋁水解沉淀物的存在，混凝過程中也應(yīng)存在靜電凸區(qū)作用。

三、聚合氯化鋁對COD的去除效果

聚合氯化鋁對廢水COD的去除效果如圖3所示。廢水中的COD在投加聚合氯化鋁后即迅速降低，投加量為500mg/L時(shí)，COD由初始的53720mg/L降低至7272mg/L，去除率達(dá)86.5%。此后，隨著混凝劑投加量的增加，COD去除率沒有明顯的變化，只是緩慢地增加。當(dāng)聚合氯化鋁投加量為3500mg/L時(shí)，COD降為3844mg/L，其去除率為92.8%。該COD去除率略高于以硅鋁復(fù)合絮凝劑處理水質(zhì)類似于化纖廢水的高濃度輪胎廢水的結(jié)果。

COD隨混凝劑投加量的變化趨勢與濁度相似，COD與濁度呈正相關(guān)關(guān)系，二者同步去除，均是在低投加量降低較快，而投加量高于1000mg/L后，變化不再明顯。原因可能是：一方面可能是廢水中較大比例的COD以膠體形態(tài)存在，因此可與濁度同步去除；另一方面，在濁度去除效果較佳的投藥量范圍內(nèi)，廢水中始終存在聚合氯化鋁水解沉淀物，這些沉淀物能夠同步卷掃去除濁度和吸附去除某些溶解態(tài)有機(jī)物。

雖然混凝工藝對滌綸廢水COD的去除率很高，但是由于原水COD較高（53720mg/L），出水COD在較大投加量下仍接近4000mg/L，這一值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（GB 8978-1996）中的三級標(biāo)準(zhǔn)。因此，若想使其達(dá)標(biāo)排放，還需進(jìn)一步處理。

四、聚合氯化鋁對BOD5的去除效果

從圖4可見，BOD5隨聚合氯化鋁投加量的變化趨勢與COD及濁度類似，均是在較低的投加量下便得到較好的去除效果。當(dāng)聚合氯化鋁投加量為400mg/L時(shí)，廢水的B0D由初始的4000mg/L降至接近600mg/L，BOD5去除率約為85%；當(dāng)投加量大于500mg/L時(shí)，BOD5變化較少，其去除率穩(wěn)定維持在90%左右，較高達(dá)91.2%，而以硅鋁復(fù)合絮凝劑處理水質(zhì)類似于化纖廢水的高濃度輪胎廢水，其BOD5去除率為70%-85%。可見，聚合氯化鋁能夠更有效地去除該類廢水中的BOD5。

由圖3、圖4可知，COD的去除率略高于BOD5的去除率，原因可能是常規(guī)混凝能夠有效去除膠體態(tài)有機(jī)物和大分子有機(jī)物，但對小分子有機(jī)物的去除率相對較低，而小分子有機(jī)物恰恰是BOD重要組成部分。

五、聚合氯化鋁對廢水生物毒性的影響

生物毒性可從總體上反應(yīng)已知和未知有害物質(zhì)的單一或者聯(lián)合毒性，能較為準(zhǔn)確地反映污染物危害狀況。本研究以EC₅₀值表示廢水生物毒性的大小，EC₅₀值越小，毒性越大。

如圖5所示，在未加入混凝劑的情況下，廢水EC₅₀=12.1%，即廢水稀釋8.26倍，仍能殺死50%的青海弧菌。隨著混凝劑投加量的不斷增加，EC₅₀值不斷增加，廢水的生物毒性持續(xù)減小。當(dāng)聚合氯化鋁投加量為3500mg/L時(shí)，EC₅₀達(dá)到99.2%（相當(dāng)于0.087mg/L氯化汞溶液的毒性），其毒性級別為微毒，接近無毒。可見，生物毒性與水中的濁度、COD具有正相關(guān)性。

該廢水的生物毒性主要來源于其中所含有的膠體及多種表面活性劑、增稠劑、化工助劑等大分子有機(jī)物，而混凝過程能夠去除這些物質(zhì)，從而可以有效降低其生物毒性。

六、聚合氯化鋁對廢水B/C的影響

B/C值（即BOD/COD）是廢水可生化性的一個(gè)重要指標(biāo)，聚合氯化鋁對該廢水B/C值的影響如圖6所示。隨聚合氯化鋁投加量的增加，B/C值呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，在聚合氯化鋁投加量為1200mg/L時(shí)，B/C值達(dá)到較大，為0.13，達(dá)到原水的1.75倍。這說明聚合氯化鋁混凝可在一定程度上提高廢水的可生化性，雖然沒有達(dá)到一般認(rèn)為的廢水易于生物降解的B/C較低值（0.3）。研究表明，廢水的可生化性與其中所含的有機(jī)物種類或有機(jī)物所含有的官能團(tuán)有著密切的關(guān)系。

本實(shí)驗(yàn)廢水成分復(fù)雜，引起B(yǎng)/C先增加后減少的原因也較為復(fù)雜，可能是隨著聚合氯化鋁投加量的增加，易于通過混凝去除的膠體態(tài)和疏水性溶解態(tài)有機(jī)物去除率越來越高，但由于其中難降解有機(jī)物的比例較大，所以B/C逐漸升高；繼續(xù)增加混凝劑用量，由于膠體態(tài)和疏水性溶解態(tài)有機(jī)物去除殆盡，所以去除的對象主要是難以通過混凝去除的親水性有機(jī)物，而親水性有機(jī)物大多是易降解有機(jī)物，所以BOD的下降程度較大，從而導(dǎo)致B/C降低。

綜合濁度、COD、BOD5、 B/C、生物毒性及經(jīng)濟(jì)等方面的因素考慮，確定聚合氯化鋁的較佳投藥量為1000-1500mg/L。

七、結(jié)論

聚合氯化鋁對滌綸工業(yè)長絲生產(chǎn)廢水中的濁度、COD、BOD5、生物毒性等指標(biāo)均有較好的去除效果。在實(shí)驗(yàn)研究范圍內(nèi)，其對濁度、COD、BOD5的較高去除率分別為99.9%、92.88%和91.2%，且三者隨聚合氯化鋁投加量的變化趨勢相似。對生物毒性的去除效果在聚合氯化鋁投加量為3500mg/L時(shí)較佳，EC₅₀達(dá)99.2%。

聚合氯化鋁混凝可在一定程度上提高廢水的可生化性。當(dāng)其投加量為1200mg/L時(shí)，B/C達(dá)到較大值（0.13），為原水的1.75倍。

綜合濁度、COD、BOD5、B/C、生物毒性、處理后效果及經(jīng)濟(jì)等方面的因素，確定聚合氣化鋁的較佳投藥量為1000-1500mg/L。