杜韶光??

【摘要】本文選取在不同pH值條件下投加不同濃度的PAC進行比較實驗，據此推斷木質素的混凝機理。

【關鍵詞】造紙廢水；木質素；混凝機理；檢測

Paper mill wastewater coagulation detection and analysis of lignin

Du Shao-guang

（Handan City Environmental Engineering Technical Service CenterHandanHebei056002）

【Abstract】Paper selected under different pH dosing comparing different concentrations of PAC experiments infer coagulation mechanism lignin.

【Key words】Papermaking wastewater；Lignin； coagulation mechanism；Detection

1. 概述

造紙廢水中由于含有木質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。本文就pH值和混凝劑投加量對造紙廢水混凝反應的影響進行研究，試圖揭示造紙廢水混凝反應的機理。

2. 廢水來源

造紙廢水由邯鄲造紙廠的木漿黑液稀釋而成。PAC（聚合氯化鋁）和PAM（聚丙烯酰胺）由邯鄲市自來水廠提供。攪拌器選用DBJ-621型定時變速攪拌機。

3. 試驗方法

混凝方法參照文獻取1000ml水樣裝入燒杯中，定位在攪拌機上；把藥劑裝入試劑架的試管中，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20min，沉降15min后在清液的二分之一處取樣。按GB/T 9724-88標準方法分別測定COD，pH值。

4. pH值對造紙廢水混凝的影響

（1）調節(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。重復以上的試驗條件，同時加入1mg/L的PAM，測得COD的去除情況。

（2）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時去除率達到最高，說明是pH值和投加量共同作用的結果。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。

（3）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，變化也變得平滑，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上，依靠PAM鏈狀大分子的聯帶、卷掃作用使小的顆粒和絮體迅速增長，同時吸附、卷掃網捕其它膠體和較小的顆粒物質一起沉淀。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，加速混凝反應速度及處理效率。

5. 投加量對造紙廢水混凝的影響

（1）調節(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。重復以上試驗，在投加PAC的同時投加1mg/L的PAM，測得COD的去除率。

（2）不同pH值下四種投加量與COD去除率之間的關系，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的水解產物具有較強的混凝效果，當投加量達到規(guī)模時，COD去除率就會有明顯的提高。

（3）可以發(fā)現在投加PAM后，COD去除率都有所增加，發(fā)現投加PAM后pH值在5～6時COD去除率出現了一個高峰，分析可能是在此pH時PAC水解產物與木質素分子以及PAM之間具有較佳的結合方式。在實際工程應用中考慮基建投資、運行費用和后續(xù)處理的要求，選擇pH為6.0，當投加量為80mg/L時，COD去除率可以達到50%左右；投加量為120mg/L時，COD去除率可以達到70%以上，所以完全可以根據需要確定PAC的投加量。

6. 鋁鹽混凝劑處理造紙廢水的機理探討

6.1造紙廢膠體水溶液的穩(wěn)定性。

（1）造紙廢水中含有的膠體物質主要是木質素和纖維素，其中木質素分子是一種高分子聚合物，具有復雜的網狀結構，含有大量的負電荷離解性基團（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入，同時，原子與溶劑分子之間相互作用形成溶劑化外殼，阻止了木質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。

（2）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，表面具有雙電層結構，依靠顆粒的布朗運動達到動力學穩(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。

6.2鋁鹽在水中的水解。不同pH下鋁鹽在水中的水解狀態(tài)：低pH時鋁鹽水解的主要形態(tài)為單體和小分子的水合化合物，如Al3+、Al（OH）2+、Al（OH） +2；中性范圍時多為多核水解產物，如Al7（OH）4+17、Al13（OH）5+34，并且以后者為主；高pH時為Al（OH）3溶膠或Al（OH）-4。

6.3混凝機理的探討。

（1）從含木質素的造紙廢水的酸析來看，酸析的主要原因是由于投加酸后，水中產生了大量的H+，H+與木質素離解產生的負電離解性基團相互中和，使顆粒的水化作用逐漸弱化，失去了溶劑化外殼，顆粒與分子之間出現明顯的界面，通過布朗運動顆粒間相互碰撞接觸形成絮體最后沉淀下來。

（2）在上述實驗中，pH4時投加量不是決定COD去除率的主要因

素，主要因素是pH值。由于酸性條件下木質素表面的水化作用開始減弱，分子上的負電荷離解性基團被H+離子中和，木質素分子表面開始裸露在水中。在pH值為4時，木質素分子表面的水化作用進一步減弱，加入部分凝聚劑后，木質素分子開始析出，此時pH值的作用遠遠大于加入混凝劑帶來的影響，混凝劑的加入具有啟動高分子物質脫穩(wěn)或加速沉淀的作用。47時，相對于鋁鹽來說，對COD的去除沒有明顯的規(guī)律。主要因為在此條件下，混凝作用主要依靠Al（OH）3溶膠，由于木質素分子具有比Al（OH）3更大的分子量，所以混凝效果差。

（3）PAC混凝后的絮體通過掃描電子顯微鏡觀察發(fā)現，鋁鹽水解產物絮體與鋁鹽與木質素混凝沉淀的絮體相比小得多，也說明鋁鹽水解產物與木質素的混凝作用中不同于其他混凝現象，當然本實驗還缺少一些分子水平的證明手段，但是可以推測鋁鹽與木質素的混凝機理：主要是由于在低pH值下PAC水解產物與木質素分子上的負電荷離解性基團發(fā)生反應，使溶解態(tài)的木質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量。

7. 結論

（1）pH是影響木質素混凝的主要因素，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的速度和混凝效果，具有助凝作用。

（3）在實際應用中可以根據具體條件，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

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[文章編號]1619-2737（2017）01-17-049