造紙廢水的混凝試驗研究

馬莉達(dá)

【摘 要】造紙廢水中由于含有木質(zhì)素及其衍生物具有較高的色度和COD，水處理中多采用鋁鹽混凝劑通過混凝沉淀加以凈化?；炷磻?yīng)包括混合和絮凝兩個過程，影響這兩方面的因素很多，包括混凝劑的種類、混合速度、水質(zhì)特征等等[1]。其中混凝劑的投加量、pH值影響著混凝反應(yīng)進(jìn)程和結(jié)果，也決定工程應(yīng)用的基建與運行費用。本文就pH值和混凝劑投加量對造紙廢水混凝反應(yīng)的影響進(jìn)行研究，淺談造紙廢水混凝反應(yīng)的機理

【關(guān)鍵詞】造紙廢水；混凝實驗；PH值

1.廢水來源

造紙廢水由新疆博湖葦葉股份有限公司的含木漿廢水。PAC（聚合氯化鋁）和PAM（聚丙烯酰胺）為我公司產(chǎn)品提供。攪拌器選用DBJ-621型定時變速攪拌機。

2.試驗方法

取200ml水樣裝入入燒杯中，放在六連磁力攪拌器上，開動攪拌器在高速（120～200 r/min）攪拌1min，加入PAC，再攪拌1min，若加入PAM在攪拌30s后加入，低速（20～40 r/min）下攪拌3min，沉降10min后在清液的二分之一處取樣。按《水和廢水監(jiān)測分析方法 》分別測定COD，pH值[2]。

3.pH值對造紙廢水混凝的影響

調(diào)節(jié)廢水的pH值分別為4、6、7、9在每一個pH值下分別投加60、80、100、120、140、160mg/L PAC進(jìn)行混凝試驗。得出在不同pH值下PAC不同投加量對造紙廢水COD去除率的影響。結(jié)果見圖1。重復(fù)以上的試驗條件，同時加入1mg/L的PAM，測得COD的去除情況，結(jié)果見圖2。

如圖1所示，從總的趨勢上看，隨著pH值從低到高，COD的去除率逐漸下降，明顯的特征是pH值為4時各種投加量下COD去除率都在40%～55%之間，說明此時投加量不是主要的影響因素，pH值決定混凝結(jié)果。pH值為7時，明顯的趨勢是隨著PAC投加量的增加，COD去除率也在逐漸增加，此時投加量決定COD的去除率效果。pH值為6時在投加量由100mg/L增加到120mg/L時，COD的去除率有一個明顯的突躍，繼續(xù)增加投加量時去除率又逐漸上升，在投加量為160mg/L時去除率達(dá)到最高，說明是pH值和投加量共同作用的結(jié)果。pH值為9時COD去除率低而且不穩(wěn)定，說明pH值和投加量都不利于COD的去除。

圖2是在圖1的基礎(chǔ)上投加PAM的試驗結(jié)果。與圖1相比曲線趨勢上沒有大的變化，隨著投加量的增加COD去除率也隨之增加，不同的是COD的去除率普遍有所增加，曲線也變得平滑，突躍也消失。pH值為4時的曲線除了去除率普遍增加外，其余變化不大，COD去除率介于50%～70%之間。pH值在6、7、9范圍時COD去除率明顯的變化是，最低投加量與最高投加量COD去除率之間的差距縮小。分析可能是因為加入PAM后，在已形成凝聚核基礎(chǔ)上，依靠PAM鏈狀大分子的聯(lián)帶、卷掃作用使小的顆粒和絮體迅速增長，同時吸附、卷掃網(wǎng)捕其它膠體和較小的顆粒物質(zhì)一起沉淀。所以初期只要投入凝聚劑可以使膠體脫穩(wěn)，PAM就可以發(fā)揮大分子的強大作用，加速混凝反應(yīng)速度及處理效率。

4.投加量對造紙廢水混凝的影響

調(diào)節(jié)廢水的pH值在4～9之間，在下分別投加60、80、120、160mg/L的PAC，測得COD去除率見圖3。重復(fù)以上試驗，在投加PAC的同時投加1mg/L的PAM，測得COD的去除率，結(jié)果見圖4。

圖3中表示不同pH值下四種投加量與COD去除率之間的關(guān)系，從中可以看出，不同投加量下，COD去除率隨著pH值的增加而降低，說明低pH條件下有利于COD的去除，pH值是決定木質(zhì)素混凝的主要因素。在投加量160mg/L時，pH為5～6時COD去除率最大，說明在此pH條件下PAC的水解產(chǎn)物具有較強的混凝效果，當(dāng)投加量達(dá)到規(guī)模時，COD去除率就會有明顯的提高。

圖4中是在圖3反應(yīng)的基礎(chǔ)上投加PAM的試驗結(jié)果。圖中可以發(fā)現(xiàn)在投加PAM后，COD去除率都有所增加，發(fā)現(xiàn)投加PAM后pH值在5～6時COD去除率出現(xiàn)了一個高峰，分析可能是在此pH時PAC水解產(chǎn)物與木質(zhì)素分子以及PAM之間具有較佳的結(jié)合方式。在實際工程應(yīng)用中考慮基建投資、運行費用和后續(xù)處理的要求，選擇pH為6.0，從圖中可以看出，當(dāng)投加量為80mg/L時，COD去除率可以達(dá)到50%左右；投加量為120mg/L時，COD去除率可以達(dá)到70%以上，所以完全可以根據(jù)需要確定PAC的投加量。

5.鋁鹽混凝劑處理造紙廢水的機理探討

造紙廢水中含有的膠體物質(zhì)主要是木質(zhì)素和纖維素，其中木質(zhì)素分子是一種高分子聚合物，其分子量大小從幾百到幾百萬道爾頓，具有復(fù)雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中原子之間以共價鍵相聯(lián)，網(wǎng)狀分子表面含有大量的負(fù)電荷離解性基團（羥基、羧基等）而具有一定的溶脹度和親水性。堿性條件下，這類離解性基團易于離解，并向溶劑伸展，使網(wǎng)狀高分子向三維空間發(fā)展，由于分子伸展引起的彈性收縮力，阻止了溶劑分子的進(jìn)入，同時，原子與溶劑分子之間相互作用形成溶劑化外殼，使分子的憎水部分保留在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，形成層次分明的木質(zhì)素分子結(jié)構(gòu)。由于溶劑化外殼的屏障作用，阻止了木質(zhì)素分子之間以及與其他顆粒分子之間的直接接觸，而使膠體具有一定的穩(wěn)定性[3]。

造紙廢水中的纖維素分子主要是懸浮的短纖維，不溶于水，膠體顆粒與溶液之間具有明顯的界面，表面具有雙電層結(jié)構(gòu)，依靠顆粒的布朗運動達(dá)到動力學(xué)穩(wěn)定，依靠顆粒表面所帶電荷的斥力和范德華力而具有聚集穩(wěn)定性。

根據(jù)上述實驗可以推測鋁鹽與木質(zhì)素的混凝機理：主要是由于在低pH值下PAC水解產(chǎn)物與木質(zhì)素分子上的負(fù)電荷離解性基團發(fā)生反應(yīng)，使溶解態(tài)的木質(zhì)素分子失去水化作用，變成具有界面的憎液膠體，加上凝聚劑的混凝作用，最終沉淀下來。pH值條件為混凝反應(yīng)的發(fā)生創(chuàng)造了可能，凝聚劑分子的混凝作用啟動了高分子脫穩(wěn)，凝聚核開始形成，PAM（聚丙烯酰胺）的加入強化了沉淀完成的速度和質(zhì)量。

6.結(jié)論

（1）pH是影響木質(zhì)素混凝的主要因素，混凝劑的加入具有脫穩(wěn)作用。

（2）PAM的加入能加速混凝反應(yīng)的速度和混凝效果，具有助凝作用。

（3）在實際應(yīng)用中可以根據(jù)具體條件，選取pH和投加量共同作用的節(jié)點，這樣既可以減少運行費用，又可以達(dá)到較高的COD去除率。

（4）高分子溶液的混凝機理，首先由正電荷離子破壞其溶劑化外殼，使變成具有明顯界面的憎液膠體，然后依靠雙電層的中和作用最后沉淀下來。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李潤生，李凱.我國水處理混凝劑的發(fā)展趨勢[J]中國給水排水，2010 （8）.

[2] 國家環(huán)?？偩?水和廢水監(jiān)測分析方法（第四版）[M].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002.

[3] 湯鴻霄，欒兆坤.聚合氯化鋁與傳統(tǒng)混凝劑的凝聚-絮凝行為差異 [J].環(huán)境化學(xué) ，1997（6）.