CN109734163A - Zeta电位在再造烟叶生产废水处理中调节混凝剂用量的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了Zeta电位在再造烟叶生产废水处理中调节混凝剂用量的应用，每次添加不同用量的混凝剂，直至所测定的再造烟叶生产废水Zeta电位值的绝对值|ζ i |最低，得到混凝剂的最优添加量；由于将Zeta电位应用到再造烟叶生产废水处理中，通过测定最低的Zeta电位值的绝对值|ζ i |，来优化混凝剂的最佳用量，以达到最好的生产废水处理效果，在净化水资源的同时节约了经济成本，且易于简单快速的操作。
Description
技术领域
本发明涉及造纸法再造烟叶的生产废水处理方法领域，尤其涉及的是一种Zeta电位在再造烟叶生产废水处理中调节混凝剂用量的应用。
背景技术
近年来，造纸法再造烟叶己成为烟草行业不可缺少的主要原料，同时由于生产过程中产生的大量废水造成的严重污染问题，也给企业带来沉重的处理负担；通过不断地研究，尤其再造烟叶技术升级重大专项实施后，在造纸法再造烟叶废水的处理方面已取得了一定的成绩，但是现有的废水处理工艺流程仍就复杂、耗时长、费用高、效率低，不足以应对中国的国家污水排放标准。
但是，目前对造纸法再造烟叶的生产废水处理机理的深入研究还尚有欠缺，例如，在再造烟叶废水处理混凝工段中，混凝剂的投放量就很难控制，若投放过少则达不到絮凝效果，而投放过多又会造成二次污染；且混凝剂的价格昂贵，易造成经济上的浪费。
因此，现有技术尚有待改进和发展。
发明内容
针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种Zeta电位在再造烟叶生产废水处理中调节混凝剂用量的应用，可优化混凝剂的最佳用量，对生产废水的处理效果最好，在净化水资源的同时节约经济成本，且易于简单快速的操作。
本发明的技术方案如下：一种Zeta电位在再造烟叶生产废水处理中调节混凝剂用量的应用，其中：每次添加不同用量的混凝剂，直至所测定的再造烟叶生产废水Zeta电位值的绝对值|ζ i |最低，得到混凝剂的最优添加量。
所述的Zeta电位在再造烟叶生产废水处理中调节混凝剂用量的应用，其中，包括以下步骤：
A、确定再造烟叶生产废水处理过程中Zeta电位值ζ的测定步长h；
B、每递增或递减i个测定步长h，i = 0，1，2，3，……，N，依次测定混凝剂用量为m i 时造纸法再造烟叶生产废水的Zeta电位值ζ i ；
C、根据所有的混凝剂用量及其对应的测定值，拟合Zeta电位值ζ i 与混凝剂用量m i 之间的线性关系式ζ i = Km i +B，并算出斜率K和截距B；
D、根据线性关系式ζ i = Km i +B确定混凝剂用量m i 的最优添加量mopt。
所述的Zeta电位在再造烟叶生产废水处理中调节混凝剂用量的应用，其中，所述步骤A中确定测定步长h的具体步骤包括：
A1、以所用Zeta电位仪测量精度的整数倍为梯度λ，测定造纸法再造烟叶生产废水的Zeta电位初始值ζ 0 变为ζ λ 时，其对应的混凝剂用量的变化量为Δm；
A2、若混凝剂用量的变化量Δm大于所用电子天平精度1个数量级，则选取Zeta电位仪的最小精度的整数倍为步长h。
所述的Zeta电位在再造烟叶生产废水处理中调节混凝剂用量的应用，其中，若混凝剂用量的变化量Δm小于所用电子天平精度1个数量级，则按以下步骤确定测定步长h ：
A3、以所用电子天平测量精度的整数倍为梯度λ，测定混凝剂用量m i 由m 0 变为m λ 时，所对应的Zeta电位变化值为Δλ；
A4、若Zeta电位变化值Δλ大于所用Zeta电位仪的测量精度，则选取所用电子天平最小测量精度的整数倍为步长h 。
所述的Zeta电位在再造烟叶生产废水处理中调节混凝剂用量的应用，其中：
B1、以造纸法再造烟叶生产废水的Zeta电位初始值ζ 0 为起始点，从添加混凝剂开始，依次测定混凝剂添加量为m 0 、m 1 、m 2 、m 3 时所对应的Zeta电位值ζ 0 、ζ 1 、ζ 2 、ζ 3 ；其中，m 0 = 0.00g时对应Zeta电位初始值ζ 0 ；并分别得到Zeta电位值的绝对值|ζ 0 |、|ζ 1 |、|ζ 2 |、|ζ 3 | ；
C1、以测定的Zeta电位值ζ 0 、ζ 1 、ζ 2 、ζ 3 为纵坐标，以混凝剂添加量m 0 、m 1 、m 2 、m 3 为横坐标，制做散点图；通过散点拟合出Zeta电位值ζ i 与混凝剂用量m i 之间的线性关系式ζ i = Km i +B，并得到斜率K和截距B ；
D1、当Zeta电位值的绝对值|ζ i | = 0时得到混凝剂的最优添加量mopt = |B/K|。
所述的Zeta电位在再造烟叶生产废水处理中调节混凝剂用量的应用，其中：所述再造烟叶生产废水为造纸法再造烟叶二沉池出水或者造纸法再造烟叶RO浓水出水。
所述的Zeta电位在再造烟叶生产废水处理中调节混凝剂用量的应用，其中：所述混凝剂呈粉末状，包括硫酸铝、三氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铝钾、铝酸钠、硫酸铁、聚合氯化铝、聚合硫酸铁、高铁酸钾、活性炭、高岭土或膨润土中的一种或多种成分。
本发明所提供的一种Zeta电位在再造烟叶生产废水处理中调节混凝剂用量的应用，由于将Zeta电位应用到再造烟叶生产废水处理添加混凝剂时，通过测定Zeta电位值的变化，来优化混凝剂的最佳用量，以达到最好的生产废水处理效果，在净化水资源的同时节约了经济成本，且易于简单快速的操作。
附图说明
在此描述的附图仅用于解释目的，而非意图以任何方式来限制本发明公开的范围；图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并非是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸；本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。
图1是本发明Zeta电位在再造烟叶生产废水处理中调节混凝剂用量的应用实施例的操作流程图；
图2是本发明再造烟叶生产废水Zeta电位值ζ i 与混凝剂用量m i 在情形一时的线性关系图；
图3是本发明再造烟叶生产废水Zeta电位值ζ i 与混凝剂用量m i 在情形二时的线性关系图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的具体实施方式和实施例加以详细说明，所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并非用于限定本发明的具体实施方式。
由于造纸法再造烟叶生产废水中的大多数胶体颗粒都带有电性，如果胶体颗粒带的电荷较多，胶体颗粒间会相互排斥，使整个废水体系有很好的稳定性，导致废水中的胶体颗粒很难去除。若向废水中加入某种电解质，可使胶体的带电性减弱，胶体颗粒间的静电斥力随之减弱或消失，此时胶体颗粒相互接触时就很容易通过吸附作用而聚结成大颗粒，胶体杂质就比较容易去除。可见，向废水中加入电解质，可改变胶体固液界面的电荷特性，使得固体颗粒脱稳或降低固液界面亲和力。
而Zeta电位是表征分散体系稳定性的重要指标，分散体系的稳定性取决于范德华作用能与双电层经典排斥能的相对关系；投加的絮凝剂浓度和表面电荷密度强烈影响着体系的稳定性，根据DLVO理论，Zeta电位的绝对值越小，颗粒之间的排斥力越弱，则分散体系稳定性越差，越容易聚沉，从而发生絮凝现象；反之，分散体系越稳定，越不易聚沉；因此选用Zeta电位来评价造纸法再造烟叶生产废水中带电颗粒的处理情况并优化混凝剂的投放量。
因此，本发明提出了一种Zeta电位在再造烟叶生产废水处理中调节混凝剂用量的应用，其关键点在于：每次添加不同用量的混凝剂，直至所测定的再造烟叶生产废水Zeta电位值的绝对值|ζ i |最低，得到混凝剂的最优添加量。
而正是由于将Zeta电位应用到再造烟叶生产废水处理中，通过测定最低的Zeta电位值的绝对值|ζ i |，来优化混凝剂的最佳用量，以达到最好的生产废水处理效果，在净化水资源的同时节约了经济成本，且易于简单快速的操作。
如图1所示，图1是本发明Zeta电位在再造烟叶生产废水处理中调节混凝剂用量的应用实施例的操作流程图，该应用实施例包括以下步骤：
步骤S110、确定再造烟叶生产废水处理过程中Zeta电位值ζ的测定步长h；
步骤S120、每递增或递减i个测定步长h，i = 0，1，2，3，……，N，依次测定混凝剂用量为m i 时造纸法再造烟叶生产废水的Zeta电位值ζ i ；其中，混凝剂用量m i 的单位是mg/L；Zeta电位值ζ i 的单位是mv；
步骤S130、根据所有的混凝剂用量及其对应的测定值，拟合Zeta电位值ζ i 与混凝剂用量m i 之间的线性关系式ζ i = Km i +B，并算出斜率K和截距B；
步骤S140、根据线性关系式ζ i = Km i +B确定混凝剂用量m i 的最优添加量mopt。
进一步地，所述步骤S110中确定测定步长h的具体步骤包括：
步骤a1、以所用Zeta电位仪测量精度的整数倍为梯度λ，测定造纸法再造烟叶生产废水的Zeta电位初始值ζ 0 变为ζ λ 时，其对应的混凝剂用量的变化量为Δm；
步骤a2、若混凝剂用量的变化量Δm大于所用电子天平精度1个数量级，则选取Zeta电位仪的最小精度的整数倍为步长h；若混凝剂用量的变化量Δm小于所用电子天平精度1个数量级，则按以下步骤确定测定步长h ：
步骤a3、以所用电子天平测量精度的整数倍为梯度λ，测定混凝剂用量m i 由m 0 变为m λ 时，所对应的Zeta电位变化值为Δλ；
步骤a4、若Zeta电位变化值Δλ大于所用Zeta电位仪的测量精度，则选取所用电子天平最小测量精度的整数倍为步长h 。
进一步地，所述步骤S120以造纸法再造烟叶生产废水的Zeta电位初始值ζ 0 为起始点，从添加混凝剂开始，依次测定混凝剂添加量为m 0 、m 1 、m 2 、m 3 时所对应的Zeta电位值ζ 0 、ζ 1 、ζ 2 、ζ 3 ；其中，m 0 = 0.00g时对应Zeta电位初始值ζ 0 ；并分别得到Zeta电位值的绝对值|ζ 0 |、|ζ 1 |、|ζ 2 |、|ζ 3 | 。
进一步地，所述步骤S130以测定的Zeta电位值ζ 0 、ζ 1 、ζ 2 、ζ 3 为纵坐标，以混凝剂添加量m 0 、m 1 、m 2 、m 3 为横坐标，制做散点图；通过散点拟合出Zeta电位值ζ i 与混凝剂用量m i 之间的线性关系式ζ i = Km i +B，并得到斜率K和截距B 。
进一步地，所述步骤S140中，当Zeta电位值的绝对值|ζ i | = 0时得到混凝剂的最优添加量mopt = |B/K|。
具体的，设最小Zeta电位值的绝对值|ζ i |min对应混凝剂的最优添加量mopt ，可按照混凝剂的最优添加量mopt 与(m i+1 +m i )/2之间的关系，分成两种情形：
情形一、mopt ＜(m i+1 +m i )/2时，如图2所示，图2是本发明再造烟叶生产废水Zeta电位值ζ i 与混凝剂用量m i 在情形一时的线性关系图，此情形下，最小Zeta电位值ζ imin为负值，混凝剂的最优添加量mopt = - B/K。
情形二、mopt ＞(m i+1 +m i )/2时，如图3所示，图3是本发明再造烟叶生产废水Zeta电位值ζ i 与混凝剂用量m i 在情形二时的线性关系图，此情形下，最小Zeta电位值ζ imin为正值，混凝剂的最优添加量mopt = B/K。
而且，图2中直线要比图3中直线更陡些，因此，图2中直线的斜率要大于图3中直线的斜率。
具体的，所述再造烟叶生产废水可以是自造纸法再造烟叶二沉池出水，也可以是自造纸法再造烟叶RO浓水出水；所谓的二沉池出水指的是，通过二次沉淀池(secondarysettling tank)的方式产生的废水；所谓的RO浓水出水指的是，以不能反渗透膜处理(RO)的方式产生的废水。
本发明Zeta电位应用在再造烟叶生产废水处理中调节混凝剂用量的具体实施方式中，可先用烧杯或锥形瓶等实验容器取废水样200mL，然后在废水样中放入磁转子，并将实验容器置于磁力搅拌器上搅拌5min，同时用pH计观测废水样的酸碱度变化，直至废水样的pH值稳定；再向实验容器中加入一定比例自制的混凝剂GH粉末，并磁力搅拌5min，同时用pH计观测废水样的酸碱度变化，直至废水样的pH值稳定；接着向实验容器中加入适量的浓度0.5‰的阳离子型聚丙烯酰胺溶液(CPAM)，并缓慢搅拌1min；将烧杯从磁力搅拌器上拿开后静置处理；最后取上层清液过滤，测定滤液的色度和化学需氧量(COD(Chemical OxygenDemand))，剩余滤液装瓶备用以测定Zeta电位值。
化学需氧量指的是以化学方法测量水样中需要被氧化的还原性物质的量，例如废水、废水处理厂出水和受污染的水中能被强氧化剂氧化的物质（一般为有机物）的氧当量；在河流污染和工业废水性质的研究以及废水处理厂的运行管理中，也是一个重要的而且能较快测定的有机物污染参数，常以符号COD表示，单位mg/L。
较好的是，所述混凝剂GH粉末包括硫酸铝、三氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铝钾、铝酸钠、硫酸铁、聚合氯化铝、聚合硫酸铁、高铁酸钾、活性炭、高岭土或膨润土中的一种或多种成分，但也不限于以上的混凝剂种类；下文中仅以包含聚合硫酸铁(PFS)的混凝剂为例，来处理造纸法再造烟叶的生产废水。
由上可知，本发明Zeta电位在再造烟叶生产废水处理中调节混凝剂用量的应用，以再造烟叶生产废水初始Zeta电位值或再造烟叶生产废水处理后的Zeta电位值作为调节再造烟叶生产废水中混凝剂用量的依据，验证了Zeta电位值的高低确实能够反应再造烟叶生产废水处理最佳混凝条件，经测试，整个过程Zeta电位的绝对值在不断减小，再造烟叶生产废水中的颗粒之间的排斥力不断减弱，分散体系的稳定性变差，最后发生聚沉和絮凝现象；结果表明，以Zeta电位为指标，结合色度和化学需氧量的指标，与优化的最佳工艺条件基本一致，Zeta电位确实能较好的揭示絮凝过程的本质，通过监测和调控絮凝过程中Zeta电位值，调节再造烟叶生产废水处理过程中混凝剂用量也确实具有可行性，且方法简单快速，净化水资源的同时节约经济成本。
应当理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不足以限制本发明的技术方案，对本领域普通技术人员来说，在本发明的精神和原则之内，可以根据上述说明加以增减、替换、变换或改进，而所有这些增减、替换、变换或改进后的技术方案，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种Zeta电位在再造烟叶生产废水处理中调节混凝剂用量的应用，其特征在于：每次添加不同用量的混凝剂，直至所测定的再造烟叶生产废水Zeta电位值的绝对值|ζ i |最低，得到混凝剂的最优添加量。
2.根据权利要求1所述的Zeta电位在再造烟叶生产废水处理中调节混凝剂用量的应用，其特征在于，包括以下步骤：
A、确定再造烟叶生产废水处理过程中Zeta电位值ζ的测定步长h；
B、每递增或递减i个测定步长h，i = 0，1，2，3，……，N，依次测定混凝剂用量为m i 时造纸法再造烟叶生产废水的Zeta电位值ζ i ；
C、根据所有的混凝剂用量及其对应的测定值，拟合Zeta电位值ζ i 与混凝剂用量m i 之间的线性关系式ζ i = Km i +B，并算出斜率K和截距B；
D、根据线性关系式ζ i = Km i +B确定混凝剂用量m i 的最优添加量mopt。
3.根据权利要求2所述的Zeta电位在再造烟叶生产废水处理中调节混凝剂用量的应用，其特征在于，所述步骤A中确定测定步长h的具体步骤包括：
A1、以所用Zeta电位仪测量精度的整数倍为梯度λ，测定造纸法再造烟叶生产废水的Zeta电位初始值ζ 0 变为ζ λ 时，其对应的混凝剂用量的变化量为Δm；
A2、若混凝剂用量的变化量Δm大于所用电子天平精度1个数量级，则选取Zeta电位仪的最小精度的整数倍为步长h。
4.根据权利要求3所述的Zeta电位在再造烟叶生产废水处理中调节混凝剂用量的应用，其特征在于，若混凝剂用量的变化量Δm小于所用电子天平精度1个数量级，则按以下步骤确定测定步长h ：
A3、以所用电子天平测量精度的整数倍为梯度λ，测定混凝剂用量m i 由m 0 变为m λ 时，所对应的Zeta电位变化值为Δλ；
A4、若Zeta电位变化值Δλ大于所用Zeta电位仪的测量精度，则选取所用电子天平最小测量精度的整数倍为步长h 。
5.根据权利要求2所述的Zeta电位在再造烟叶生产废水处理中调节混凝剂用量的应用，其特征在于：
B1、以造纸法再造烟叶生产废水的Zeta电位初始值ζ 0 为起始点，从添加混凝剂开始，依次测定混凝剂添加量为m 0 、m 1 、m 2 、m 3 时所对应的Zeta电位值ζ 0 、ζ 1 、ζ 2 、ζ 3 ；其中，m 0 = 0.00g时对应Zeta电位初始值ζ 0 ；并分别得到Zeta电位值的绝对值|ζ 0 |、|ζ 1 |、|ζ 2 |、|ζ 3 | ；
C1、以测定的Zeta电位值ζ 0 、ζ 1 、ζ 2 、ζ 3 为纵坐标，以混凝剂添加量m 0 、m 1 、m 2 、m 3 为横坐标，制做散点图；通过散点拟合出Zeta电位值ζ i 与混凝剂用量m i 之间的线性关系式ζ i = Km i +B，并得到斜率K和截距B ；
D1、当Zeta电位值的绝对值|ζ i | = 0时得到混凝剂的最优添加量mopt = |B/K|。
6.根据权利要求1所述的Zeta电位在再造烟叶生产废水处理中调节混凝剂用量的应用，其特征在于：所述再造烟叶生产废水为造纸法再造烟叶二沉池出水或者造纸法再造烟叶RO浓水出水。
7.根据权利要求1所述的Zeta电位在再造烟叶生产废水处理中调节混凝剂用量的应用，其特征在于：所述混凝剂呈粉末状，包括硫酸铝、三氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铝钾、铝酸钠、硫酸铁、聚合氯化铝、聚合硫酸铁、高铁酸钾、活性炭、高岭土或膨润土中的一种或多种成分。
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