1、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-
2、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（120200 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（2040 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
3、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
4、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
5、 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 49 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
6、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 56 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 56 时 COD 去除率出现了一个高峰，分析可能是在此pH 时 PAC
7、 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
8、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
9、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）.
