造纸废水的混凝试验研究

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1、造纸废水的混凝试验研究摘要：本文选取在不同pH值条件下投加不同浓度的PAC进行比较实验，结果表明：pH<4时pH影响混凝结果；47时二者都不起决定性作用。由此推出木质素的混凝机理：首先破坏分子外围的溶剂化外壳，使亲液胶体变成憎液胶体，通过双电层的电中和作用沉淀下来。.L.编辑。关键词：造纸废水木质素混凝投加量1概述　　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[1][2]。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。其中混凝剂的投

2、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，试图揭示造纸废水混凝反应的机理。2废水来源　　造纸废水由齐齐哈尔造纸厂的木浆黑液稀释而成。　　PAC（聚合氯化铝）和PAM（聚丙烯酰胺）由哈尔滨市自来水三厂提供。搅拌器选用DBJ-621型定时变速搅拌机。3试验方法　　混凝方法参照6铝盐混凝剂处理造纸废水的机理探讨6.1造纸废胶体水溶液的稳定性　　根据分散相颗粒尺寸的大小，学者们将其分为粗分散系、胶体溶液和真溶液。根据胶体物质与周围介质之间的结合关系，将胶体分散系分为憎液

3、胶体和亲液胶体两类，憎液胶体称为溶胶，亲液胶体称为高分子溶液或高分子分散系。并且提出高分子体系是介于真溶液和胶体溶液之间特殊的第四类。原因主要是：（1）胶体与溶液的亲和力强，一般能自动溶解在水中，只是溶解速度比真溶液分子慢；（2）高分子溶液具有真溶液的特点溶解后聚合物与溶剂之间无明确界面，处于热力学稳定状态；（3）高分子溶液是均相体系，丁达尔效应弱；（4）粘度大；（5）高分子溶液的性质依赖于分子量，区别于溶胶的性质依赖于颗粒大小的特点；（6）高分子溶液的胶体颗粒与周围介质分子形成溶剂化外壳，区别于憎液胶体颗粒与溶剂之间形成的是双电层结构[4]。　　

4、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

5、间的直接接触，而使胶体具有一定的稳定性[4]。　　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。关于双电层结构的混凝机理已经很清楚，所以这里不在叙述。6.2铝盐在水中的水解　　不同pH下铝盐在水中的水解状态见表1。从表中可以看出，低pH时铝盐水解的主要形态为单体和小分子的水合化合物，如Al3+、Al(OH)2+、Al(OH)+2；中性范围时多为多核水解产物，如Al7(OH)4+17、Al13(OH)5+

6、34，并且以后者为主；高pH时为Al(OH)3溶胶或Al(OH)-4。表1不同pH值时铝盐的水解产物[5]pH＜3.753.75＜pH＜5.55.5＜pH＜6.756.75＜pH＜7.757.75＜pH水解产物Al3+、Al(OH)2+、Al(OH)+2Al7(OH)4+17、Al2(OH)4+2Al13(OH)5+34Al13(OH)5+34,出现多核聚集体或Al(OH)3溶胶Al(OH)3溶胶、Al(OH)-6.3混凝机理的探讨从含木质素的造纸废水的酸析来看，酸析的主要原因是由于投加酸后，水中产生了大量的H+，H+与木质素离解产生的负电离解性基

7、团相互中和，使颗粒的水化作用逐渐弱化，失去了溶剂化外壳，颗粒与分子之间出现明显的界面，通过布朗运动颗粒间相互碰撞接触形成絮体最后沉淀下来。　　在上述实验中，pH<4时投加量不是决定COD去除率的主要因素，主要因素是pH值。由于酸性条件下木质素表面的水化作用开始减弱，分子上的负电荷离解性基团被H+离子中和，木质素分子表面开始裸露在水中。在pH值为4时，木质素分子表面的水化作用进一步减弱，加入部分凝聚剂后，木质素分子开始析出，此时pH值的作用远远大于加入混凝剂带来的影响，混凝剂的加入具有启动高分子物质脱稳或加速沉淀的作用。4＜pH＜6时是pH值和

8、铝盐投加量都起作用，高去除率是二者共同作用的结果。分析原因可能是由于PAC在pH值为6附近时主要的水解产物是高分子的水解聚