造纸废水的混凝试验研究

【摘 要】造纸废水中由于含有木质素及其衍生物具有较高的色度和COD，水处理中多采用铝盐混凝剂通过混凝沉淀加以净化。混凝反应包括混合和絮凝两个过程，影响这两方面的因素很多，包括混凝剂的种类、混合速度、水质特征等等[1]。其中混凝剂的投加量、pH值影响着混凝反应进程和结果，也决定工程应用的基建与运行费用。本文就pH值和混凝剂投加量对造纸废水混凝反应的影响进行研究，浅谈造纸废水混凝反应的机理

【关键词】造纸废水；混凝实验；PH值

1.废水来源

造纸废水由新疆博湖苇叶股份有限公司的含木浆废水。PAC（聚合氯化铝）和PAM（聚丙烯酰胺）为我公司产品提供。搅拌器选用DBJ-621型定时变速搅拌机。

2.试验方法

取200ml水样装入入烧杯中，放在六连磁力搅拌器上，开动搅拌器在高速（120～200 r/min）搅拌1min，加入PAC，再搅拌1min，若加入PAM在搅拌30s后加入，低速（20～40 r/min）下搅拌3min，沉降10min后在清液的二分之一处取样。按《水和废水监测分析方法 》分别测定COD，pH值[2]。

3.pH值对造纸废水混凝的影响

调节废水的pH值分别为4、6、7、9在每一个pH值下分别投加60、80、100、120、140、160mg/L PAC进行混凝试验。得出在不同pH值下PAC不同投加量对造纸废水COD去除率的影响。结果见图1。重复以上的试验条件，同时加入1mg/L的PAM，测得COD的去除情况，结果见图2。

如图1所示，从总的趋势上看，随着pH值从低到高，COD的去除率逐渐下降，明显的特征是pH值为4时各种投加量下COD去除率都在40%～55%之间，说明此时投加量不是主要的影响因素，pH值决定混凝结果。pH值为7时，明显的趋势是随着PAC投加量的增加，COD去除率也在逐渐增加，此时投加量决定COD的去除率效果。pH值为6时在投加量由100mg/L增加到120mg/L时，COD的去除率有一个明显的突跃，继续增加投加量时去除率又逐渐上升，在投加量为160mg/L时去除率达到最高，说明是pH值和投加量共同作用的结果。pH值为9时COD去除率低而且不稳定，说明pH值和投加量都不利于COD的去除。

图2是在图1的基础上投加PAM的试验结果。与图1相比曲线趋势上没有大的变化，随着投加量的增加COD去除率也随之增加，不同的是COD的去除率普遍有所增加，曲线也变得平滑，突跃也消失。pH值为4时的曲线除了去除率普遍增加外，其余变化不大，COD去除率介于50%～70%之间。pH值在6、7、9范围时COD去除率明显的变化是，最低投加量与最高投加量COD去除率之间的差距缩小。分析可能是因为加入PAM后，在已形成凝聚核基础上，依靠PAM链状大分子的联带、卷扫作用使小的颗粒和絮体迅速增长，同时吸附、卷扫网捕其它胶体和较小的颗粒物质一起沉淀。所以初期只要投入凝聚剂可以使胶体脱稳，PAM就可以发挥大分子的强大作用，加速混凝反应速度及处理效率。

4.投加量对造纸废水混凝的影响

调节废水的pH值在4～9之间，在下分别投加60、80、120、160mg/L的PAC，测得COD去除率见图3。重复以上试验，在投加PAC的同时投加1mg/L的PAM，测得COD的去除率，结果见图4。

图3中表示不同pH值下四种投加量与COD去除率之间的关系，从中可以看出，不同投加量下，COD去除率随着pH值的增加而降低，说明低pH条件下有利于COD的去除，pH值是决定木质素混凝的主要因素。在投加量160mg/L时，pH为5～6时COD去除率最大，说明在此pH条件下PAC的水解产物具有较强的混凝效果，当投加量达到规模时，COD去除率就会有明显的提高。

图4中是在图3反应的基础上投加PAM的试验结果。图中可以发现在投加PAM后，COD去除率都有所增加，发现投加PAM后pH值在5～6时COD去除率出现了一个高峰，分析可能是在此pH时PAC水解产物与木质素分子以及PAM之间具有较佳的结合方式。在实际工程应用中考虑基建投资、运行费用和后续处理的要求，选择pH为6.0，从图中可以看出，当投加量为80mg/L时，COD去除率可以达到50%左右；投加量为120mg/L时，COD去除率可以达到70%以上，所以完全可以根据需要确定PAC的投加量。

5.铝盐混凝剂处理造纸废水的机理探讨

造纸废水中含有的胶体物质主要是木质素和纤维素，其中木质素分子是一种高分子聚合物，其分子量大小从几百到几百万道尔顿，具有复杂的网状结构，其中原子之间以共价键相联，网状分子表面含有大量的负电荷离解性基团（羟基、羧基等）而具有一定的溶胀度和亲水性。碱性条件下，这类离解性基团易于离解，并向溶剂伸展，使网状高分子向三维空间发展，由于分子伸展引起的弹性收缩力，阻止了溶剂分子的进入，同时，原子与溶剂分子之间相互作用形成溶剂化外壳，使分子的憎水部分保留在网状结构的内部，形成层次分明的木质素分子结构。由于溶剂化外壳的屏障作用，阻止了木质素分子之间以及与其他颗粒分子之间的直接接触，而使胶体具有一定的稳定性[3]。

造纸废水中的纤维素分子主要是悬浮的短纤维，不溶于水，胶体颗粒与溶液之间具有明显的界面，表面具有双电层结构，依靠颗粒的布朗运动达到动力学稳定，依靠颗粒表面所带电荷的斥力和范德华力而具有聚集稳定性。

根据上述实验可以推测铝盐与木质素的混凝机理：主要是由于在低pH值下PAC水解产物与木质素分子上的负电荷离解性基团发生反应，使溶解态的木质素分子失去水化作用，变成具有界面的憎液胶体，加上凝聚剂的混凝作用，最终沉淀下来。pH值条件为混凝反应的发生创造了可能，凝聚剂分子的混凝作用启动了高分子脱稳，凝聚核开始形成，PAM（聚丙烯酰胺）的加入强化了沉淀完成的速度和质量。

6.结论

（1）pH是影响木质素混凝的主要因素，混凝剂的加入具有脱稳作用。

（2）PAM的加入能加速混凝反应的速度和混凝效果，具有助凝作用。

（3）在实际应用中可以根据具体条件，选取pH和投加量共同作用的节点，这样既可以减少运行费用，又可以达到较高的COD去除率。

（4）高分子溶液的混凝机理，首先由正电荷离子破坏其溶剂化外壳，使变成具有明显界面的憎液胶体，然后依靠双电层的中和作用最后沉淀下来。

参考文献：

[1] 李润生，李凯.我国水处理混凝剂的发展趋势[J]中国给水排水，2010 （8）.

[2] 国家环保总局.水和废水监测分析方法（第四版）[M].北京：中国环境科学出版社，2002.

[3] 汤鸿霄，栾兆坤.聚合氯化铝与传统混凝剂的凝聚-絮凝行为差异 [J].环境化学 ，1997（6）.