造紙工業(yè)是對環(huán)境污染較重的行業(yè)之一，其主要污染來自制漿造紙過程中產(chǎn)生的各種廢水，主要包括蒸煮制漿廢水（黑液）、洗漿廢水、漂白廢水和抄紙廢水等４大類。其中蒸煮制漿廢水對環(huán)境污染最為嚴(yán)重，占整個造紙工業(yè)污染的 ９０％［１］。造紙廢水中污染物的成分相當(dāng)復(fù)雜，廢水中因含大量的細(xì)纖維、樹脂、色料及其它化學(xué)和物理雜質(zhì)，使 ＣＯＤ、ＢＯＤ、色度污染負(fù)荷大， 難以直接生物降解。而混凝沉降法，是目前國內(nèi)外用來提高水質(zhì)處理效率的一種既經(jīng)濟又簡便的水處理技術(shù)，其關(guān)鍵問題之一是混凝劑的選擇。因此，選取高效和經(jīng)濟合理的混凝劑處理造紙廢水， 是治理廢水、解決廢水污染的一條行之有效的方法。
鼓風(fēng)爐鐵泥是煉鐵過程中鼓風(fēng)爐氣凈化而產(chǎn)生的一種固體廢棄物，其粒度通常在 ０.１ｍｍ以下，它含有大量的氧化鐵和細(xì)粒焦炭，化工利用主要是從鐵泥中提取精炭和鐵精礦。粉煤灰是熱電廠排放的一種廢棄物。我國電力以燃煤為主，每年約有近億ｔ粉煤灰排放，目前其利用率僅為 ４０ ％左右，主要用于燒磚、筑路、水泥和混凝土的摻合料、選取漂珠、改良土壤等方面，其余部分基本上堆積廢棄， 這不僅占用了土地，而且污染環(huán)境。如何將粉煤灰綜合利用，是當(dāng)今環(huán)境科學(xué)的重要研究課題［２-７］。
本實驗是在粉煤灰中加入鼓風(fēng)爐鐵泥，進行酸處理，制備 ＰＢＳ 混凝劑，并與無機高分子絮凝劑ＰＳＡ 配合用于造紙廢水的處理，具有工藝簡單，以廢治廢，低成本，多效益等優(yōu)點。
?。?nbsp;廢水處理工藝
利用 ＰＢＳ 混凝劑與 ＰＳＡ 配合使用，對造紙廢水進行處理。處理工藝流程，見圖 １。
２．４ 混凝實驗 用 ＤＢＪ－６２１ 型定時變速攪拌機在１Ｌ 燒杯中進行實驗。取 ５００ｍＬ 廢水， 加入適量 ＰＢＳ，在轉(zhuǎn)速為 ２８０ｒ／ｍｉｎ 下攪拌 ２ｍｉｎ， 使混凝劑充分分散。隨后降低轉(zhuǎn)速至 １２０ｒ／ｍｉｎ， 繼續(xù)攪拌 ８ｍｉｎ； 再加入一定量（ 約 １５ｍｇ／Ｌ） 的 ＰＳＡ 絮凝劑， 以 １８０ｒ／ｍｉｎ 攪拌 １ｍｉｎ， 再調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為 ４０ｒ／ｍｉｎ 攪拌 ８ｍｉｎ， 靜置２０ｍｉｎ 后取距液面 ２５ｍｍ 處的上清液分析水質(zhì)。用標(biāo)準(zhǔn)重鉻酸鉀法測定 ＣＯＤ，用稀釋倍數(shù)法測定色度。
３ 結(jié)果與討論
配合適量 ＰＳＡ 絮凝劑， 將酸處理得到的 ＰＢＳ 混凝劑對造紙廢水進行處理， 結(jié)果如下。
３．１ 攪拌速度和攪拌時間對混凝效果的影響 攪拌的目的， 是幫助混合反應(yīng)、凝聚過程。攪拌速度只有在適中的情況下，才能使混凝劑具有較好的混凝效果。攪拌速度慢，則攪拌不充分，不利于混凝劑的分散與絮團的形成；而攪拌速度過快，又會使已經(jīng)形成的絮團破碎，這時混凝劑將從固相粒子表面脫落，顯出新的空位， 在這些空位上又得吸附更多的混凝劑，顯然，這也不利于混凝。在混凝劑添加過程中， 一般先用較快速度進行攪拌，使混凝劑與微粒能充分接觸。一旦混凝作用產(chǎn)生，攪拌速度就應(yīng)該降低， 避免破壞已形成的絮團。本實驗采用快速攪拌與慢速攪拌相結(jié)合的方式，混凝效果好。
攪拌時間過短，混凝作用不充分，攪拌時間過長，則已形成的絮體又被破碎，因而選擇適宜的攪拌時間十分重要。本實驗攪拌總時間選擇在 ２０ｍｉｎ 左右。
３．２ ｐＨ 值對混凝效果的影響 在常溫及混凝劑投加量為 ６０ｍｇ／Ｌ 的條件下， 用稀硫酸和稀氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)廢水的 ｐＨ 值， 考查 ｐＨ 值變化對混凝效果的影響， 結(jié)果見圖 ３。圖 ３ 表明： ｐＨ 值對混凝劑的混凝效果有很大的影響， 在 ｐＨ 值為 ６～９ 范圍內(nèi)， ＰＢＳ混凝劑有很好的混凝效果， ＣＯＤＣｒ 的去除率在 ８０％以上， 且在 ｐＨ 值為 ７．０ 時出現(xiàn)最大值， ＣＯＤＣｒ 的去除率達(dá) ８５．２％。這是因為 ｐＨ 值不同， 混凝劑生成的水解產(chǎn)物不同， 吸附微粒以及壓縮雙電層及電中和作用不同， 因而混凝效果亦不同。
３.３混凝劑用量對混凝效果的影響 在常溫及ｐＨ值為７．０條件下，分別用 ＰＢＳ、Ａｌ２（ＳＯ４）３、ＦｅＣｌ３ 混凝劑處理實驗水樣?；炷齽┯昧颗c ＣＯＤＣｒ 去除率的關(guān)系，示于圖 ４。從圖 ４ 可看出：ＰＢＳ混凝劑對廢水的處理效果， 明顯優(yōu)于 Ａｌ２（ＳＯ４）３ 和 ＦｅＣｌ３ 兩種混凝劑。隨著混凝劑用量的增加，ＣＯＤＣｒ 去除率先是明顯增加；當(dāng)混凝劑的用量達(dá) ５０ｍｇ／Ｌ 后， 其變化減慢， 且當(dāng)混凝劑用量為60ｍｇ／Ｌ 時，ＣＯＤＣｒ去除率達(dá)到最大值；之后，隨著混凝劑用量的增加，ＣＯＤＣｒ去除率又逐漸下降。這是因為混凝劑加入量少時，混凝不充分，混凝效果不好；而混凝劑用量過大時，廢水中膠粒被過多的混凝劑所包圍，會使膠粒表面飽和，失去同其他膠粒結(jié)合的機會，達(dá)到另一種穩(wěn)定狀態(tài)，不易凝聚，因而混凝效果也不好。
?。常?nbsp;不同混凝劑沉降性能比較 在常溫、ｐＨ 值為７.０ 及混凝劑投加量為 ６０ｍｇ／Ｌ 的條件下， 按混凝沉降實驗方法， 在 ５００ ｍＬ 廢水中分別加入 ＰＢＳ、Ａｌ２（ＳＯ４）３、ＦｅＣｌ３ 三種混凝劑處理后， 倒入 ５００ ｍＬ 量筒中， 觀察測量不同沉降時間的上清液高度， 結(jié)果見圖５。２０ ｍｉｎ 后量取的清液和沉淀高度（ｍｍ）， 見表 ２。
由圖 ５ 和表 ２ 可知， ＰＢＳ 混凝劑的沉降性能最好， 且加入 ＰＢＳ 混凝劑的水樣較其它混凝劑所形成的絮體大而密實， 沉降速度快， １０～１２ ｍｉｎ 即可完成沉降。這主要是由于 ＰＢＳ 混凝劑中的未溶固體起了加重作用， 因而沉降加速， 且 ２０ｍｉｎ 后污泥的體積最小， 這是粉煤灰基混凝劑最突出的特點。
從表３可見，配合 ＰＳＡ絮凝劑，三種混凝劑對造紙廢水都具有一定的處理效果。對 ＳＳ，三種混凝劑都有較好的處理效果， 這是由于粉煤灰基混凝劑與 Ａｌ２（ＳＯ４）３ 及 ＦｅＣｌ３ 的作用相同，都具有凝聚性能，在 ＰＳＡ 的作用下能產(chǎn)生基本相同的混凝效果。但對ＣＯＤＣｒ、色度等依靠吸附作用才能去除的組分，ＰＢＳ混凝劑的處理效果最好，其混凝效果優(yōu)于 Ａｌ２（ＳＯ４）３及 ＦｅＣｌ３ 等傳統(tǒng)混凝劑。這說明 ＰＢＳ 具有優(yōu)良的吸附性能，其原因可結(jié)合表 １ 的結(jié)果加以說明，即由于原料中特別是鐵泥中含有較多的 Ｃ，煤經(jīng)高溫后，因燃燒不完全，形成了一類孔隙比較發(fā)達(dá)的類似于活性炭結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，具有很強的吸附作用，對于水中可吸附的物質(zhì)處理效果明顯。而 Ａｌ２（ＳＯ４）３ 和 ＦｅＣｌ３ 只是一般的混凝劑，主要起凝聚的作用，所以其處理效果不及粉煤灰混凝劑。
４ ＰＢＳ 混凝劑混凝機理探討
廢水中粒度在 ｌｎｍ-１μｍ 間的微粒屬膠體顆粒，含有 １０３-１０４ 個原子的線型高分子物質(zhì)也屬膠體顆粒。就制漿造紙廢水而言， 備料工段廢水中微細(xì)原料粉末， 漿料洗選工段中高子有機物及細(xì)小纖維，漂白工段中大分子有色物質(zhì)及細(xì)小懸浮顆粒， 抄紙工段中的細(xì)小漿料， 一般皆以膠體形態(tài)存在于廢水中。膠體表面帶負(fù)電荷。
?。校拢?nbsp;混凝劑是從粉煤灰和鼓風(fēng)爐鐵泥制得的復(fù)鹽型無機混凝劑，主要成分為 Ｆｅ３＋、和 ＳＯ４ ，次 Ａｌ３＋ ２－要成分為 Ｆｅ２＋、Ｃａ２＋ 和 Ｍｇ２＋， 其混凝機理分析如下。
４．１ 壓縮雙電層和靜電中和作用 粉煤灰基混凝劑中由于含有大量 Ｆｅ３＋ 和 Ａｌ３＋ 離子，具有高價正電荷，能有效降低或消除水中懸浮膠粒的 Ｚｅｔａ 電位，使膠粒間排斥力降低， 膠粒易于脫穩(wěn)和凝聚；且這些離子水解還可形成許多復(fù)雜的多核絡(luò)合物， 隨著縮聚反應(yīng)的不斷進行， 更有利于凝聚廢水中懸浮的膠體雜質(zhì)。
?。矗?nbsp;吸附作用 這一作用由粉煤灰的多孔性及比表面積決定。粉煤灰本身具有多孔性，對廢水中的有機物和顏色有吸附作用。經(jīng)酸處理后的粉煤灰，表面狀況有比較大的變化。從圖 ６ 可見， 未經(jīng)酸處理的粉煤灰顆粒，其表面比較光滑致密；而經(jīng)酸處理后的粉煤灰，表面狀況有較大的改變，其表面或微孔內(nèi)變得更加粗糙，比表面積明顯增大。所以，粉煤灰經(jīng)酸在較高溫度下浸提后，相當(dāng)于表面被活化。根據(jù)廢水處理的吸附理論，吸附劑的比表面積越大， 吸附效果越好。因此，活化后的粉煤灰對有機物的吸附能力更強。
?。矗?nbsp;吸附架橋和網(wǎng)捕作用 由于 ＰＳＡ 中含有聚硅酸大分子， 同時也含有 Ｆｅ３＋ 和 Ａｌ３＋ 離子，具有較強的吸附架橋和網(wǎng)捕能力，能使難溶化合物及細(xì)小的顆粒從水中分離出來，這更加強化了吸附與混凝沉降的過程。
５ 結(jié)論
?。保?nbsp;在 ｐＨ 值為 ６～９ 范圍內(nèi)，ＰＢＳ 混凝劑對廢水均有較好的處理效果。且 ｐＨ 值為 ７.０ 時處理效果最佳，ＣＯＤＣｒ去除率為 ８５．２％。
２．ＰＢＳ 混凝劑的投加量在某一值時 ＣＯＤＣｒ 去除率有一最大值，不宜過高或過低，最佳投加量為 ６０ｍｇ／Ｌ。
３．ＰＢＳ 混凝劑與絮凝劑 ＰＳＡ 配合使用， 能有效地降低造紙廢水中的 ＳＳ、ＣＯＤＣｒ 及色度。在常溫、ｐＨ值為 ７．０ 及混凝劑投加量為 ６０ｍｇ／Ｌ 的條件下，ＳＳ、ＣＯＤＣｒ和 色 度 的 去 除 率 分 別 為 ９２．４％ 、８５．２％ 和９１．６％， 其對廢水的混凝沉降性能優(yōu)于 Ａｌ２（ＳＯ４）３ 和ＦｅＣｌ３ 混凝劑。
４．ＰＢＳ 混凝劑的生產(chǎn)原料來源豐富， 制備工藝簡單，生產(chǎn)成本低；將其用于廢水處理屬以廢治廢，且廢水處理工藝簡單， 因此費用低。采用本法處理造紙廢水，不會產(chǎn)生二次污染。
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