交流变频磁化聚合硫酸铁混凝处理造纸废水

顾时国，延克军，甄树聪，吴佳欢

（1. 内蒙古科技大学 能源与环境学院，内蒙古 包头 014010；2. 盐城工学院 土木工程学院，江苏 盐城 224051）

交流变频磁化聚合硫酸铁混凝处理造纸废水

顾时国1，延克军1，甄树聪2，吴佳欢2

（1. 内蒙古科技大学 能源与环境学院，内蒙古 包头 014010；2. 盐城工学院 土木工程学院，江苏 盐城 224051）

采用交流变频磁场预处理聚合硫酸铁（PFS），用于混凝处理造纸废水。考察了有无磁化作用、PFS加入量、磁化强度、磁化频率、磁化时间等因素对造纸废水的COD去除率和色度去除率的影响。实验结果表明：磁化PFS对造纸废水的处理效果较未磁化时明显提高；在PFS加入量为1 000 mg/L、磁化强度为6 mT、磁化频率为90 Hz、磁化时间为3 min的条件下，处理初始COD为650 mg/L、初始色度为180倍的造纸废水，COD去除率为93.22%，色度去除率为88.89%。

造纸废水；聚合硫酸铁；交流变频磁场；磁化；混凝

随着纸制品用量的逐年增长，造纸行业的废水排放量也逐年增加，造纸行业对环境的影响日趋严重［1］。随着环境法规的进一步严格及环保意识的加强，对造纸废水进行治理成为造纸企业的当务之急［2］。采用常规混凝法处理后的造纸废水已无法达到现有水质标准的要求［3-4］。近年来，磁场在水处理中的应用一直是国内外研究的热点。研究发现，磁性不受水的影响，但可以影响污染物和混凝剂的物理化学性质［5-9］。Mohammed［10］采用磁场处理棕榈油厂的污水时发现，污水经磁化处理后能有效去除色度、TSS和COD。Alimi等［11-12］研究磁场对碳酸钙沉淀的影响时发现，经磁化处理后，水垢不易在容器壁上形成，收集到的碳酸钙沉淀总量增加。

本工作采用经交流变频磁化预处理后的聚合硫酸铁（PFS）溶液对造纸废水进行混凝处理，考察了有无磁化作用、PFS加入量、磁化强度、磁化频率、磁化时间等因素对COD去除率和色度去除率的影响。

1 实验部分

1.1 试剂、材料和仪器

PFS：分析纯。

造纸废水：取自盐城某造纸废水处理厂的三级混凝沉淀池，COD=650 mg/L，UV254=1.124，色度180倍，pH=6.5。

MY3000-6型智能混凝试验搅拌仪：潜江梅宇仪器有限公司；YTN-11010变频稳压电源：青岛翊泰仪器仪表有限公司。

利用变频稳压电源为可调电源，连接电磁线圈，组成可调节的交流变频磁化装置。

1.2 实验方法

混凝剂PFS中含有对磁场极为敏感的铁磁性物质。磁场具有改变体系中物质内能的特性，从而可以进一步改变物质的物理性质，影响其混凝效果［13-14］。

将一定量的PFS溶液置于交流变频磁化装置中，进行磁化预处理。将经交流变频磁化预处理后的PFS溶液加入1 000 mL造纸废水中，先以300 r/min的转速快速搅拌30 s，再以100 r/min的转速慢速搅拌15 min。搅拌结束后静置30 min，取上清液进行分析。

1.3 分析方法

按照GB 11914—1989《水质 化学需氧量的测定 重铬酸盐法》测定废水COD［15］，计算COD去除率。按照GB 11903—1989《水质 色度的测定》测定废水的色度［16］，计算色度去除率。

2 结果与讨论

2.1 有无磁化PFS对废水处理效果的影响

在PFS加入量为1 000 mg/L、磁化强度为6 mT、磁化频率为90 Hz、磁化时间为3 min的条件下，有无磁化PFS对废水处理效果的影响见图1。由图1可见：磁化PFS对废水的COD去除率和色度去除率均高于未磁化时；PFS磁化后废水的COD降至44 mg/L，COD去除率为93.22%，色度去除率为88.89%；磁化后PFS的COD去除率和色度去除率分别较未磁化时提高了2.42百分点和6.67百分点。原因是通过交流变频磁场对PFS溶液进行磁化，增加了铁盐水解产物中多核聚合物（Feb）的比例［16］。Feb为絮凝过程中的有效成分［17-18］，Feb的增加有利于PFS混凝性能的提高。同时，由于交流变频磁场做切割磁感线运动，使磁场场能转变为PFS粒子的内能，为水解反应提供了能量，促进了PFS粒子与废水中的活性基团和胶体颗粒及部分溶解性物质进行络合和螯合反应，生成更多的多核羟基络合物，使聚沉效果提高。

图1 有无磁化PFS对废水处理效果的影响

2.2 PFS加入量对废水处理效果的影响

在磁化强度为6 mT、磁化频率为90 Hz、磁化时间为3 min的条件下，PFS加入量对废水处理效果的影响见图2。由图2可见：当PFS加入量小于1 000 mg/L时，随PFS加入量的增加，COD去除率和色度去除率均逐渐增加；当PFS加入量大于1 000 mg/L时，废水处理效果降低。因此，选择PFS加入量为1 000 mg/L较适宜。

图2 PFS加入量对废水处理效果的影响

2.3 磁化强度对废水处理效果的影响

在PFS加入量为1 000 mg/L、磁化频率为90 Hz、磁化时间为3 min的条件下，磁化强度对废水处理效果的影响见图3。由图3可见：随磁化强度的增加，COD去除率和色度去除率先增大后减小；当磁化强度为6 mT时，COD去除率和色度去除率均达到最大；继续增加磁化强度，COD去除率和色度去除率呈下降趋势。因此，选择磁化强度为6 mT较适宜。

图3 磁化强度对废水处理效果的影响

2.4 磁化频率对废水处理效果的影响

在PFS加入量为1 000 mg/L、磁化强度为6 mT、磁化时间为3 min的条件下，磁化频率对废水处理效果的影响见图4。由图4可见：随磁化频率的增加，COD去除率和色度去除率先增大后减小；当磁化频率为90 Hz时，COD去除率和色度去除率均达到最大。因此，选择磁化频率为90 Hz较适宜。

图4 磁化频率对废水处理效果的影响

2.5 磁化时间对废水处理效果的影响

在PFS加入量为1 000 mg/L、磁化强度为6 mT、磁化频率为90 Hz的条件下，磁化时间对废水处理效果的影响见图5。

图5 磁化时间对废水处理效果的影响

由图5可见：当磁化时间为3 min时，COD去除率和色度去除率均达到最大；继续延长磁化时间，COD去除率和色度去除率呈逐渐降低的趋势。因此，选择磁化时间为3 min较适宜。

3 结论

a）在同等条件下，PFS溶液经磁化后再混凝处理造纸废水的COD和色度的去除效果明显优于未磁化时的废水处理效果。

b）交流变频磁化预处理PFS的最佳条件为：PFS加入量1 000 mg/L，磁化强度6 mT，磁化频率90 Hz，磁化时间3 min。在最佳条件下混凝处理初始COD为650 mg/L、初始色度为180倍的造纸废水，COD去除率为93.22%，色度去除率为88.89%。

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（编辑 王 馨）

Treatment of Papermaking Wastewater by Coagulation with Polymetric Ferric Sulfate Magnetized in Alternating Magnetic Field

Gu Shiguo1，Yan Kejun1，Zhen Shucong2，Wu Jiahuan2
（1. School of Environment and Energy，Inner Mongolia University of Science and Technology，Baotou Inner Mongolia 014010，China；2. Department of Civil Engineering，Yancheng Institute of Technology，Yancheng Jiangsu 224051，China）

Polymetric ferric sulfate （PFS） was pretreatment in alternating magnetic f eld and was used for coagulation of papermaking wastewater. The factors affecting the removal rates of COD and chroma of the papermaking wastewater were studied. The experimental results show that：The effect of magnetized PFS on treatment of the papermaking wastewater is greatly increased than that of un-magnetized PFS；Under the conditions of PFS dosage 1 000 mg/L，magnetization 6 mT，magnetization frequency 90 Hz and magnetization time 3 min，the papermaking wastewater with 650 mg/L of COD and 180 times of chroma is treated，and the removal rates of COD and chroma are 93.22% and 88.89% respectively.

papermaking wastewater；polymetric ferric sulfate；alternating magnetic f eld；coagulation；magnetization

X703.1

A

1006-1878（2015）06-0571-04

2015 - 07 - 26；

2015 - 09 - 15。

顾时国（1990—），男，安徽省马鞍山市人，硕士生，电话 18252206002，电邮 ychgushiguo@163.com。联系人：延克军，电话 18751421871，电邮 btyankejun@163.com。

水利部“948”计划项目（201305）。