摘要：以聚合氯化铝作为混凝剂，采用混凝法处理高浓度（COD＞50000mg/L）涤纶工业长丝生产废水，以降低废水的悬浮物、有机物含量和生物毒性，提高废水可生化性，以便后续采用生物法进一步处理。实验结果表明：聚合氯化铝能够有效降低废水的浊度、COD、BOD5及生物毒性，其对浊度、COD、BOD5和生物毒性的较高去除率分别为99.9%、92.8%、91.2%和99.2%。此外，聚合氯化铝可在一定程度上提高废水的可生化性，在其投加量为1200mg/L时，BOD5/COD值（0.13）可达到原水的1.75倍。综合考虑废水处理成本及污染物去除情况，聚合氯化铝较佳投加量为1000-1500mg/L。
近年来，我国涤纶工业长丝行业发展迅速，全行业产能、产量和需求量均呈高速增长态势，目前已成为全球涤纶工业长丝行业的主要生产国。至2010年，中国大陆地区涤纶工业丝的年产能为106.5万t，约为世界涤纶工业丝总产能的50%左右。
涤纶工业长丝的生产过程产生大量高浓度难降解有机废水，严重地威胁着环境。目前，此类化纤废水的处理方法主要为生物法，如生物接触氧化法或上流式厌氧污泥床法等。不过，由于其具有COD和悬浮物浓度高、生物毒性大、可生化性差等特点，为了提高生物处理的效果，降低负荷，需要进行预处理。混凝是一种常用的预处理技术，具有技术成熟、操作简单、成本较低等特点，能够去除废水中的COD、BOD5、浊度、色度、磷、砷、细菌和油脂等。
波涛聚合氯化铝厂家根据某涤纶工业长丝生产企业废水处理升级改造的需要，针对其生产过程产生的高浓度有机废水（COD浓度高达50000mg/L以上），采用聚合氯化铝进行处理，以降低废水的污染负荷和生物毒性，提高可生化，为后续生物过程达标处理奠定基础。需要说明的是，该废水的COD浓度远高于一般化纤废水的COD浓度（1000-10000mg/L），采用混凝法预处理该类高浓度化纤废水。
分析结果如下：
一、聚合氯化铝对废水Zeta电位和pH值的影响
Zeta电位是研究混凝过程必不可少的重要参数。本研究中选用的聚合氯化铝的投加量对涤纶废水Zeta电位和pH值的影响如图1所示。
从图1可以看出，随着混凝剂用量的增加，Zeta电位整体呈现先快后慢的上升趋势，由起初的-30mV迅速上升，当聚合氯化铝投加量超过2000mg/L时，其Zeta电位增速放缓，到达0点附近，当聚合氯化铝用量大于2800mg/L时，Zeta电位由负值转变为正值，但依然在0点附近，未见较明显变化。需要说明的是，原水浊度过高，不能满足仪器的测量条件，因此未能得到其Zeta电位。
pH值是一个重要的水质参数，也是影响混凝效果的重要指标间。从图1可以看出，随着聚合氯化铝用量的增加，溶液的pH值不断降低，由9.4缓慢降低至7.0，这是由于聚合氯化铝在水中主要以三价铝的化合物存在，絮凝剂的水解过程及水解形态受pH值影响，当pH＞3时，Al(H2O)6开始发生水解，随着pH值的升高，水解逐级进行，生成多种羟基铝离子，并不断有H+解离出来，随着混凝剂投加量的增加，解离出来的H+也随之增加，因此，溶液的pH值不断降低。不过，相对硫酸铝、氯化铁等传统盐类混凝剂而言，其pH值的下降并不明显，这是由于聚合氯化铝本身的酸度较小，且已经经过水解、聚合和一段时间陈化后的混凝剂，盐基度比较高，本身带有大量的聚合阳离子，多核羟基络合物，在水中能够水解形成高度交联的疏水性氢氧化物聚合体，所以对溶液pH值影响较小，出水pH值始终处于一般工艺的适宜pH范围内，这将有利于后续常规处理工艺的运行。
二、聚合氯化铝对浊度的去除效果
聚合氯化铝对废水浊度的去除效果如图2所示。在聚合氯化铝投加量较低时（小于1000mg/L），废水的残余浊度随聚合氯化铝投加量的增加而迅速降低，由原水的36375NTU急剧降至246NTU；当投加量大于1000mg/L时，残余浊度下降幅度变小，较低可达5.2NTU，去除率始终超过96.0%，较高达99.9%。可见，聚合氯化铝混凝能够去除涤纶废水中的悬浮物，降低出水浊度。综合考虑混凝剂的经济成本及浊度的变化情况，聚合氯化铝的适宜投药量为1000-1500mg/L。
众所周知，无机混凝剂的作用机理主要包括压缩双电层、电中和作用和卷扫作用等，其中电中和作用的效果决定于颗粒的Zeta电位。本研究中，当聚合氯化铝投加量超过2000mg/L后，溶液Zeta电位维持在0点附近，且混凝产生的污泥随混凝剂投加量的增加而不断增多。因此，聚合氯化铝在投加量大于2000mg/L时的混凝机理为电中和与卷扫的复合作用。一般电中和作用和卷扫作用均可得到良好的处理效果，但电中和混凝较佳处理效果的投药量范围较窄，水质或水量变化较大时难以控制投药量，而对于本实验，在复合作用下，其较佳处理效果的投药量范围较宽，为2000-3500mg/L。此外，当聚合氯化铝投加量为1000-2000mg/L时，虽然Zeta电位的值较大（负值），但浊度的去除率依然很高，且可明显观测到混凝产生的污泥量与混凝剂投加量正相关，因此可判断其主要混凝机理为卷扫作用。不过，由于聚合氯化铝水解沉淀物的存在，混凝过程中也应存在静电凸区作用。
三、聚合氯化铝对COD的去除效果
聚合氯化铝对废水COD的去除效果如图3所示。废水中的COD在投加聚合氯化铝后即迅速降低，投加量为500mg/L时，COD由初始的53720mg/L降低至7272mg/L，去除率达86.5%。此后，随着混凝剂投加量的增加，COD去除率没有明显的变化，只是缓慢地增加。当聚合氯化铝投加量为3500mg/L时，COD降为3844mg/L，其去除率为92.8%。该COD去除率略高于以硅铝复合絮凝剂处理水质类似于化纤废水的高浓度轮胎废水的结果。
COD随混凝剂投加量的变化趋势与浊度相似，COD与浊度呈正相关关系，二者同步去除，均是在低投加量降低较快，而投加量高于1000mg/L后，变化不再明显。原因可能是：一方面可能是废水中较大比例的COD以胶体形态存在，因此可与浊度同步去除；另一方面，在浊度去除效果较佳的投药量范围内，废水中始终存在聚合氯化铝水解沉淀物，这些沉淀物能够同步卷扫去除浊度和吸附去除某些溶解态有机物。
虽然混凝工艺对涤纶废水COD的去除率很高，但是由于原水COD较高（53720mg/L），出水COD在较大投加量下仍接近4000mg/L，这一值远远超过污水综合排放标准（GB 8978-1996）中的三级标准。因此，若想使其达标排放，还需进一步处理。
四、聚合氯化铝对BOD5的去除效果
从图4可见，BOD5随聚合氯化铝投加量的变化趋势与COD及浊度类似，均是在较低的投加量下便得到较好的去除效果。当聚合氯化铝投加量为400mg/L时，废水的B0D由初始的4000mg/L降至接近600mg/L，BOD5去除率约为85%；当投加量大于500mg/L时，BOD5变化较少，其去除率稳定维持在90%左右，较高达91.2%，而以硅铝复合絮凝剂处理水质类似于化纤废水的高浓度轮胎废水，其BOD5去除率为70%-85%。可见，聚合氯化铝能够更有效地去除该类废水中的BOD5。
由图3、图4可知，COD的去除率略高于BOD5的去除率，原因可能是常规混凝能够有效去除胶体态有机物和大分子有机物，但对小分子有机物的去除率相对较低，而小分子有机物恰恰是BOD重要组成部分。
五、聚合氯化铝对废水生物毒性的影响
生物毒性可从总体上反应已知和未知有害物质的单一或者联合毒性，能较为准确地反映污染物危害状况。本研究以EC50值表示废水生物毒性的大小，EC50值越小，毒性越大。
如图5所示，在未加入混凝剂的情况下，废水EC50=12.1%，即废水稀释8.26倍，仍能杀死50%的青海弧菌。随着混凝剂投加量的不断增加，EC50值不断增加，废水的生物毒性持续减小。当聚合氯化铝投加量为3500mg/L时，EC50达到99.2%（相当于0.087mg/L氯化汞溶液的毒性），其毒性级别为微毒，接近无毒。可见，生物毒性与水中的浊度、COD具有正相关性。
该废水的生物毒性主要来源于其中所含有的胶体及多种表面活性剂、增稠剂、化工助剂等大分子有机物，而混凝过程能够去除这些物质，从而可以有效降低其生物毒性。
六、聚合氯化铝对废水B/C的影响
B/C值（即BOD/COD）是废水可生化性的一个重要指标，聚合氯化铝对该废水B/C值的影响如图6所示。随聚合氯化铝投加量的增加，B/C值呈现先增加后减少的趋势，在聚合氯化铝投加量为1200mg/L时，B/C值达到较大，为0.13，达到原水的1.75倍。这说明聚合氯化铝混凝可在一定程度上提高废水的可生化性，虽然没有达到一般认为的废水易于生物降解的B/C较低值（0.3）。研究表明，废水的可生化性与其中所含的有机物种类或有机物所含有的官能团有着密切的关系。
本实验废水成分复杂，引起B/C先增加后减少的原因也较为复杂，可能是随着聚合氯化铝投加量的增加，易于通过混凝去除的胶体态和疏水性溶解态有机物去除率越来越高，但由于其中难降解有机物的比例较大，所以B/C逐渐升高；继续增加混凝剂用量，由于胶体态和疏水性溶解态有机物去除殆尽，所以去除的对象主要是难以通过混凝去除的亲水性有机物，而亲水性有机物大多是易降解有机物，所以BOD的下降程度较大，从而导致B/C降低。
综合浊度、COD、BOD5、 B/C、生物毒性及经济等方面的因素考虑，确定聚合氯化铝的较佳投药量为1000-1500mg/L。
七、结论
聚合氯化铝对涤纶工业长丝生产废水中的浊度、COD、BOD5、生物毒性等指标均有较好的去除效果。在实验研究范围内，其对浊度、COD、BOD5的较高去除率分别为99.9%、92.88%和91.2%，且三者随聚合氯化铝投加量的变化趋势相似。对生物毒性的去除效果在聚合氯化铝投加量为3500mg/L时较佳，EC50达99.2%。
聚合氯化铝混凝可在一定程度上提高废水的可生化性。当其投加量为1200mg/L时，B/C达到较大值（0.13），为原水的1.75倍。
综合浊度、COD、BOD5、B/C、生物毒性、处理后效果及经济等方面的因素，确定聚合氣化铝的较佳投药量为1000-1500mg/L。
