造紙廢水的混凝試驗(yàn)研究

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1、造紙廢水的混凝試驗(yàn)研究摘要：本文選取在不同pH值條件下投加不同濃度的PAC進(jìn)行比較實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：pH<4時(shí)pH影響混凝結(jié)果；47時(shí)二者都不起決定性作用。由此推出木質(zhì)素的混凝機(jī)理：首先破壞分子外圍的溶劑化外殼，使親液膠體變成憎液膠體，通過(guò)雙電層的電中和作用沉淀下來(lái)。.L.編輯。關(guān)鍵詞：造紙廢水木質(zhì)素混凝投加量1概述　　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(guò)混凝沉淀加以?xún)艋痆1][2]?；炷磻?yīng)包括混合和絮凝兩個(gè)過(guò)程，影響這兩方面的因素很多，包括混凝劑的種類(lèi)、混合速度、水質(zhì)特征等等。其中混凝劑的投

2、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(yùn)行費(fèi)用。本文就pH值和混凝劑投加量對(duì)造紙廢水混凝反應(yīng)的影響進(jìn)行研究，試圖揭示造紙廢水混凝反應(yīng)的機(jī)理。2廢水來(lái)源　　造紙廢水由齊齊哈爾造紙廠(chǎng)的木漿黑液稀釋而成。　　PAC（聚合氯化鋁）和PAM（聚丙烯酰胺）由哈爾濱市自來(lái)水三廠(chǎng)提供。攪拌器選用DBJ-621型定時(shí)變速攪拌機(jī)。3試驗(yàn)方法　　混凝方法參照6鋁鹽混凝劑處理造紙廢水的機(jī)理探討6.1造紙廢膠體水溶液的穩(wěn)定性　　根據(jù)分散相顆粒尺寸的大小，學(xué)者們將其分為粗分散系、膠體溶液和真溶液。根據(jù)膠體物質(zhì)與周?chē)橘|(zhì)之間的結(jié)合關(guān)系，將膠體分散系分為憎液

3、膠體和親液膠體兩類(lèi)，憎液膠體稱(chēng)為溶膠，親液膠體稱(chēng)為高分子溶液或高分子分散系。并且提出高分子體系是介于真溶液和膠體溶液之間特殊的第四類(lèi)。原因主要是：（1）膠體與溶液的親和力強(qiáng)，一般能自動(dòng)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點(diǎn)溶解后聚合物與溶劑之間無(wú)明確界面，處于熱力學(xué)穩(wěn)定狀態(tài)；（3）高分子溶液是均相體系，丁達(dá)爾效應(yīng)弱；（4）粘度大；（5）高分子溶液的性質(zhì)依賴(lài)于分子量，區(qū)別于溶膠的性質(zhì)依賴(lài)于顆粒大小的特點(diǎn)；（6）高分子溶液的膠體顆粒與周?chē)橘|(zhì)分子形成溶劑化外殼，區(qū)別于憎液膠體顆粒與溶劑之間形成的是雙電層結(jié)構(gòu)[4]?！　?/p>

4、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(wàn)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(jià)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(tuán)（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(lèi)離解性基團(tuán)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(shí)，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

5、間的直接接觸，而使膠體具有一定的穩(wěn)定性[4]。　　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(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)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。關(guān)于雙電層結(jié)構(gòu)的混凝機(jī)理已經(jīng)很清楚，所以這里不在敘述。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)見(jiàn)表1。從表中可以看出，低pH時(shí)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(shí)多為多核水解產(chǎn)物，如Al7(OH)4+17、Al13(OH)5+

6、34，并且以后者為主；高pH時(shí)為Al(OH)3溶膠或Al(OH)-4。表1不同pH值時(shí)鋁鹽的水解產(chǎn)物[5]pH＜3.753.75＜pH＜5.55.5＜pH＜6.756.75＜pH＜7.757.75＜pH水解產(chǎn)物Al3+、Al(OH)2+、Al(OH)+2Al7(OH)4+17、Al2(OH)4+2Al13(OH)5+34Al13(OH)5+34,出現(xiàn)多核聚集體或Al(OH)3溶膠Al(OH)3溶膠、Al(OH)-6.3混凝機(jī)理的探討從含木質(zhì)素的造紙廢水的酸析來(lái)看，酸析的主要原因是由于投加酸后，水中產(chǎn)生了大量的H+，H+與木質(zhì)素離解產(chǎn)生的負(fù)電離解性基

7、團(tuán)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(xiàn)明顯的界面，通過(guò)布朗運(yùn)動(dòng)顆粒間相互碰撞接觸形成絮體最后沉淀下來(lái)。　　在上述實(shí)驗(yàn)中，pH<4時(shí)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(zhì)素表面的水化作用開(kāi)始減弱，分子上的負(fù)電荷離解性基團(tuán)被H+離子中和，木質(zhì)素分子表面開(kāi)始裸露在水中。在pH值為4時(shí)，木質(zhì)素分子表面的水化作用進(jìn)一步減弱，加入部分凝聚劑后，木質(zhì)素分子開(kāi)始析出，此時(shí)pH值的作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于加入混凝劑帶來(lái)的影響，混凝劑的加入具有啟動(dòng)高分子物質(zhì)脫穩(wěn)或加速沉淀的作用。4＜pH＜6時(shí)是pH值和

8、鋁鹽投加量都起作用，高去除率是二者共同作用的結(jié)果。分析原因可能是由于PAC在pH值為6附近時(shí)主要的水解產(chǎn)物是高分子的水解聚