一种基于废水处理的pH调节强化混凝方法与流程

一种基于废水处理的ph调节强化混凝方法
技术领域
1.本发明涉及一种工业废水处理领域，特别涉及一种基于废水处理的ph调节强化混凝方法。


背景技术：

2.近年来，随着工业化的快速发展，石化、煤炭、印染、纺织等行业在生产过程中产生了大量成分复杂、浓度大、色度高的工业废水，给生态环境带来了极大危害。尤其是随着国家对工业水污染问题逐步重视，国家以及地方污水排放标准日渐趋严，给企业的废水处理带来严峻的挑战，开发一种高效、低成本的工业废水处理方法成为目前工业废水领域的重中之重。
3.混凝沉淀法是通过投加化学药剂使水中的胶体颗粒失去稳定性，絮凝聚集，达到去除水中的悬浮物以及部分有机物的目的，具有成本低、简单、高效、稳定等优点，在工业废水的处理中得到了广泛的应用。zeta电位与胶体粒子的稳定性密切相关，一般来说，zeta电位绝对值越高，颗粒的分散体系越稳定。通常来说，zeta电位在-5-0 mv范围内时混凝效果最佳。
4.目前，对混凝效果影响因素的研究大多集中于混凝剂种类以及投加量，例如，cn 103276113 a公开一种基于zeta电位值调节硫熏中和汁中添加絮凝剂的方法。cn 109748363 a公开一种针对造纸法再造烟叶生产废水处理中的混凝剂用量的调节方法。cn 111077186 a公开一种根据絮凝剂投加量和zeta电位值变化判断絮凝机理的方法。而关于ph的深入研究存在欠缺，混凝过程中溶液的ph值不仅会直接改变胶体粒子的表面电荷，影响水体中污染物的存在形态，而且影响混凝剂水解产物的存在形态，是影响zeta电位最重要的因素之一。
5.实际工业生产过程中，由于生产原料以及相关工序的变动，导致工业废水水质不稳定，混凝处理中溶液的ph也必须随之调整，确保最佳的混凝效果。因此，在工业废水混凝处理中，非常有必要开发一种基于废水处理的ph调节强化混凝方法。


技术实现要素：

6.为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于解决以下技术问题：实际工业生产过程中，由于生产原料以及相关工序的变动，导致工业废水水质不稳定，混凝效果波动较大。其中zeta电位是影响混凝效果最主要的因素，而ph值会对zeta电位值产生影响，现有技术在工业废水的混凝过程中未进行ph值的调节，导致水体的zeta电位值较高，胶体的稳定性能良好，混凝效果变差。
7.本发明提供一种基于废水处理的ph调节强化混凝方法。该方法操作简单，适用范围广，实际工业生产过程中当工业废水水质不稳定时，利用该法可迅速调整溶液的ph值，确保最佳的混凝效果。
8.本发明采取以下技术方案实现：
工业废水混凝处理中，一种基于废水处理的ph调节强化混凝方法，包括以下步骤：取一定体积的工业废水于混凝池内并搅拌均匀，测定初始ph值；利用加药系统添加酸性药剂或者碱性药剂多次调节工业废水，得到多个第一ph阈值；利用加药系统依次添加混凝剂和絮凝剂进行混凝过滤，得到多个第一ph阈值对应的滤液；静置过滤后测定多个滤液的zeta电位值和cod值；根据多个第一ph阈值和对应滤液的zeta电位值，进行线性拟合，计算出zeta电位值为零时滤液的最佳ph值；实时监控工业废水的zeta电位值，并根据zeta电位值动态调节最佳ph值。
9.为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：进一步地，所述第一ph阈值的范围与混凝剂的适用范围相一致。
10.进一步地，利用加药系统依次添加混凝剂和絮凝剂进行混凝过滤，得到多个第一ph阈值对应的滤液，具体为：利用加药系统添加混凝剂，按照速率一和时间一进行搅拌，得到中间体一；利用加药系统添加絮凝剂至中间体一中，按照速率一和时间二进行搅拌，使絮凝剂与工业废水混合均匀，得到中间体二；按照速率二和时间三搅拌中间体二，生成絮凝体，得到混合溶液，经静置过滤后得到经混凝处理后的滤液。
11.进一步地，所述混凝剂包括聚合硫酸铁、聚合硫酸铝铁、聚合氯化铁、聚合氯化铝中的一种。
12.进一步地，所述速率一大于速率二。
13.进一步地，所述絮凝剂包括阳离子型絮凝剂或阴离子型絮凝剂。
14.进一步地，所述所述时间一为5min。
15.进一步地，所述时间二为2min。
16.进一步地，所述时间三为10min。
17.进一步地，根据多个第一ph阈值和对应滤液的zeta电位值，进行线性拟合，计算出zeta电位值为零时滤液的最佳ph值，具体为：ζi = a xi + b其中：ζi表示第i个第一ph阈值经混凝后滤液的zeta电位值，a表示斜率，xi表示第i个第一ph阈，b表示截距。
18.本发明的有益效果：本发明的一种基于废水处理的ph调节强化混凝方法，通过调节混凝池内工业废水的ph至设定的第一ph阈值进行混凝沉淀实验，根据不同的第一ph阈值和对应滤液的zeta电位值，进行线性拟合，计算出zeta电位值为零时对应溶液的最佳ph值，可取得较高的混凝效率，减少混凝药剂的投加量，降低成本。
19.该方法操作简单，适用范围广。实际工业生产过程中，由于生产原料以及相关工序的变动，导致工业废水水质不稳定时，利用该法可迅速调整溶液的ph值，确保最佳的混凝效果。
20.本方法通过实时监测混合池溶液的zeta电位值，调整废水的ph值，保证废水的混凝处理效果，为工业废水的混凝处理提供技术支撑，为污水处理厂/站的混凝工艺设计提供了参考。
附图说明
21.图1是本发明一种基于废水处理的ph调节强化混凝方法的流程图。
22.图2是本发明ph值和对应滤液zeta电位值的线性拟合图。
23.图3是本发明cod去除率与ph值、zeta电位值的关系图。
24.图4是本发明未调节ph值混凝和调节废水ph值强化混凝后的cod去除率对比图。
具体实施方式
25.为了阐明本发明的技术方案和工作原理，下面结合附图于具体实施例对本发明作进一步详细描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
26.如图1-2所示，本发明提供了一种基于废水处理的ph调节强化混凝方法，本方法是针对工业废水的处理，包括以下步骤：步骤s1: 取一定体积的工业废水于混凝池内并搅拌均匀，测定初始ph值；步骤s2：利用加药系统添加酸性药剂或者碱性药剂多次调节工业废水，得到多个第一ph值；具体而言：首先，ph值会影响混凝剂水解反应以及金属络合物的形成，进而影响混凝剂通过电中和吸附或者网捕去除水中胶体颗粒的效率。其次，向废水中投加酸性药剂或者碱性药剂，即向废水中添加了带正电荷或者负电荷的电解质，会影响胶体颗粒的带电特性、压缩双电层，中和废水中胶粒的带电量，导致zeta电位绝对值逐渐降低，胶体颗粒的分散体系稳定性弱化，容易通过混凝沉淀去除。因此，ph设定的阈值与所选用的混凝剂的ph适用范围相适应。
27.步骤s3：利用加药系统依次添加混凝剂和絮凝剂，得到多个第一ph阈值对应的滤液。
28.具体而言：混凝包括凝聚和絮凝两个过程，向水样中投加混凝剂后，通过压缩双电层、电中和作用，使得胶体颗粒失去稳定性，聚集成微小絮体；之后投加絮凝剂，通过吸附架桥、网捕等作用，使得微小絮体形成体积较大的絮凝体，通过沉降去除。
29.s31：利用加药系统添加混凝剂，按照速率一和时间一进行搅拌，得到中间体一；本实施例中的混凝剂采用聚合硫酸铁（pfs）、聚合硫酸铝铁（pafs）、聚合氯化铁（pfc）、聚合氯化铝（pac）等中的一种，时间一为5min。
30.s32：利用加药系统添加一定体积的絮凝剂至中间体一中，按照速率一和时间二进行搅拌，使絮凝剂与工业废水混合均匀，得到中间体二；本实施例中不对速率一做具体限定。
31.本实施例中的絮凝剂采用pam，时间二为2min。
32.s33：按照速率二和时间三搅拌中间体二，生成絮凝体，得到混合溶液，经静置过滤后得到经混凝处理后的滤液；时间三为10min。
33.具体而言：搅拌过程中为了避免絮凝体转速过快而被打散，因此速率二小于速率一，本实施方案中不对速率二做具体限定。
34.步骤s4: 静置过滤后测定多个滤液的zeta电位值和cod值。
35.步骤s5：根据多个第一ph阈值和对应滤液的zeta电位值，进行线性拟合，计算出zeta电位值为零时滤液的最佳ph值。
36.具体而言：因为，当溶液中电解质达到一定量时，胶体所带的电荷全部被中和。此时胶体颗粒间排斥力最小，稳定性最差，最容易通过混凝去除。因此，根据不同ph值和对应的滤液的zeta电位值，进行线性拟合，横坐标为溶液ph值，纵坐标为zeta电位值，找出zeta电位值为零时所对应的溶液的ph值。
37.拟合方程为：ζi = a xi + b；其中：ζi表示第i次调节后得到的第一ph阈值经混凝后滤液的zeta电位值，单位mv；a表示斜率；xi表示第i次调节后溶液的第一ph阈值；b表示截距；如图3所示，r
²
是相关系数，代表实验数据与拟合方程之间的吻合程度，r
²
值越接近1，吻合程度越高，越具有可信度。
38.步骤s6：实时监控工业废水的zeta电位值，并根据zeta电位值动态调节最佳ph值。
39.上述各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包括相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。
40.如下为不同ph值对应的工业废水的混凝处理过程。
41.实施例1取一定体积的工业废水水样于烧杯中，初始ph为8.1，用浓硫酸调节水样ph至8，室温下将烧杯置于磁力搅拌器上，按照pfs与水样的体积比为0.2%加入pfs，转速为400 r/min快速搅拌5 min。之后按照pam(1
‰
)与水样的体积比为0.3%加入pam，快速搅拌2 min。之后调整转速为150 r/min慢速搅拌10 min。待反应结束后静置、过滤，测定滤液的zeta电位值和cod。结果表明，当水样ph为8时，cod去除率为33.9 %，滤液的zeta电位值ζ1=-20.36 mv。
42.实施例2取与上述相同体积的工业废水水样于烧杯中，用浓硫酸调节水样ph至7，按照与上述相同的实验操作进行混凝沉淀反应。结果表明，当水样ph为7时，cod去除率为48.2%，滤液的zeta电位值ζ2=-14.85 mv。
43.实施例3取与上述相同体积的工业废水水样于烧杯中，用浓硫酸调节水样ph至6，按照与上述相同的实验操作进行混凝沉淀反应。结果表明，当水样ph为6时，cod去除率为75.6%，滤液的zeta电位值ζ3=
ꢀ‑
3.38 mv。
44.实施例4取与上述相同体积的工业废水水样于烧杯中，用浓硫酸调节水样ph至5，按照与上述相同的实验操作进行混凝沉淀反应。结果表明，当水样ph为5时，cod去除率为68.8%，滤液的zeta电位值ζ4=5.85 mv。
45.实施例5
取与上述相同体积的工业废水水样于烧杯中，用浓硫酸调节水样ph至4，按照与上述相同的实验操作进行混凝沉淀反应。结果表明，当水样ph为5时，cod去除率为51.3 %，滤液的zeta电位值ζ5=8.78 mv。
46.根据不同ph为8-4所对应滤液的zeta电位值ζ1-ζ5，进行线性拟合，如图2所示，拟合方程为：ζi =
ꢀ‑
7.898 xi + 42.596；其中：ζi表示第i次调ph经混凝后滤液的zeta电位值，单位mv；斜率为-7.898；xi表示第i次调节溶液的ph值；截距为42.596；相关系数r
²
=0.960，实验数据与拟合方程之间的吻合程度较高。
47.当ζi =0时，此时达到等电点，颗粒间斥力最小，混凝效果最佳。根据拟合方程求出ph值xi=5.4。说明，当溶液的ph调整为5.4时，可取得最佳的混凝效果。
48.取与上述相同体积的工业废水水样于烧杯中，用浓硫酸调节水样ph至最佳值，按照与上述相同的实验操作进行混凝沉淀反应。结果表明，当水样ph为5.4时，cod去除率高达 79.3%，混凝效果最好。
49.图3为cod去除率与ph值、zeta电位值的关系图，当ph低于6时，cod去除率随ph的增大而逐渐提高，zeta电位绝对值随ph的增大而逐渐降低，当ph=6时，cod去除效率最高，zeta电位绝对值最小，为3.38mv。此时继续提高ph值，cod去除率开始降低，zeta电位绝对值逐渐增大。这是因为在弱酸性条件下，混凝剂pfs的水解产物以带高价正电荷的多核羟基配合物为主，通过电中和作用吸附水中带负电荷的胶体颗粒。当ph超过6时，继续增大ph会阻碍pfs的水解反应，导致pfs水解生成带低电荷的正多核络离子以及金属氢氧化物胶体沉淀物质，降低了对水中胶体颗粒的电中和能力，zeta电位绝对值增大，混凝效果变差。
50.对比例1取一定体积的工业废水水样于烧杯中，初始ph为8.1，按照与上述相同的实验操作进行混凝沉淀反应。结果表明，当水样ph为8.1时，cod去除率为33.1 %，滤液的zeta电位值ζ1=-20.87 mv。
51.如图4所示，工业废水处理中，通过调节ph，降低废水zeta电位值，可以强化混凝处理效果。
52.综上所述，ph值不仅会直接改变胶体粒子的表面电荷，而且影响混凝剂水解产物的存在形态，是影响zeta电位值最重要的因素之一。基于zeta电位值调节废水ph的方法，根据不同ph值和对应滤液的zeta电位值，进行线性拟合，计算出zeta电位值为零时对应溶液的最佳ph值，可取得最佳的混凝效果，有利于减少混凝药剂的投加量，降低成本。利用该方法可在污水厂/站的混凝池中设置zeta电位仪，实时监测混合池溶液的zeta电位值，通过调整废水的ph值，保证污水的混凝处理效果，为工业废水的混凝处理提供技术支撑，为污水厂/站的混凝工艺设计提供参考。
53.以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本技术给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本技术的障碍。
54.应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作
出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。