造纸厂废水中木质素的混凝检测分析

2022.07.25

杜韶光

【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，据此推断木质素的混凝机理。

【关键词】造纸废水;木质素;混凝机理;检测

Paper mill wastewater coagulation detection and analysis of lignin

Du Shao-guang

（Handan City Environmental Engineering Technical Service Center?Handan?Hebei?056002）

【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。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

造纸废水由邯郸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）由邯郸市自来水厂提供。搅拌器选用DBJ-621型定时变速搅拌机。

3. 试验方法

混凝方法参照文献取1000ml水样装入烧杯中，定位在搅拌机上;把药剂装入试剂架的试管中，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20min，沉降15min后在清液的二分之一处取样。按GB/T 9724-88标准方法分别测定COD，pH值。

4. pH值对造纸废水混凝的影响

（1）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。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。

（2）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。

（3）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，变化也变得平滑，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劑可以使胶体脱稳，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。

5. 投加量对造纸废水混凝的影响

（1）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。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。

（2）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。

（3）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，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。

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。

（1）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，具有复杂的网状结构，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，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。

（2）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。

6.2?铝盐在水中的水解。不同pH下铝盐在水中的水解状态：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+34，并且以后者为主;高pH时为Al（OH）3溶胶或Al（OH）-4。

6.3?混凝机理的探讨。

（1）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。

（2）在上述实验中，pH4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合阳离子，既有吸附又有中和作用，当投加量增加到一定值后表现较高的cod去除率。6<ph7时，相对于铝盐来说，对COD的去除没有明显的规律。主要因为在此条件下，混凝作用主要依靠Al（OH）3溶胶，由于木质素分子具有比Al（OH）3更大的分子量，所以混凝效果差。

（3）PAC混凝后的絮体通过扫描电子显微镜观察发现，铝盐水解产物絮体与铝盐与木质素混凝沉淀的絮体相比小得多，也说明铝盐水解产物与木质素的混凝作用中不同于其他混凝现象，当然本实验还缺少一些分子水平的证明手段，但是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。

7. 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。

參考文献

[1]?雷仲芳等.木质素混凝作用分析.中国环境科学[J].2007，17（6）.

[2]?陈元彩等.两种铝盐处理纸浆CEH漂白废水的混凝特性研究[J].环境科学与技术[J].2009，3.

[3]?蔡康溟.水的混凝与絮凝杯罐试验方法的研究[J].化学清洗.2008，14（6）.

[4]?汤鸿霄.用水废水化学基础[M].中国建筑工业出版社.2009.

[5]?冯利.铝盐最佳混凝形态及最佳pH值范围的研究[J].环境化学，2008，17（2）</ph<6时是ph值和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合阳离子，既有吸附又有中和作用，当投加量增加到一定值后表现较高的cod去除率。6<ph