造纸厂废水絮凝实验研究
摘要：本实验针对造纸厂废水处理难题，采用聚合氯化铝（PAC）与聚丙烯酰胺（PAM）复合絮凝剂进行絮凝实验。通过控制不同条件，分析投加量、pH值、搅拌强度、温度等因素对絮凝效果的影响。实验结果表明，在特定条件下，该复合絮凝剂对造纸厂废水中的化学需氧量（COD）、悬浮物（SS）等指标有显著去除效果，为造纸厂废水处理提供了科学依据和技术支持。

关键词：造纸厂废水；絮凝实验；聚合氯化铝；聚丙烯酰胺

一、引言
造纸工业作为国民经济的重要支柱产业之一，在生产过程中会产生大量废水。这些废水成分复杂，含有大量的木质素、纤维素、半纤维素、树脂酸、无机盐等污染物，具有高COD、高色度、高悬浮物等特点，若直接排放会对环境造成严重危害。絮凝沉淀技术作为一种常用的水处理方法，通过向废水中投加絮凝剂，使水中的胶体颗粒和悬浮物相互聚集形成较大的絮体，然后通过沉淀或气浮等方式将其从水中分离出来，从而达到净化水质的目的。因此，开展造纸厂废水絮凝实验研究，对于提高废水处理效果、降低处理成本、保护环境具有重要意义。

二、实验材料与方法
（一）实验材料
废水样品：取自某造纸厂生化出水，二级处理后二沉池出水，其水质参数为：CODcr为1050mg/L，色度为300倍，pH值接近中性。
絮凝剂：聚合氯化铝（PAC，质量分数为2%）、聚丙烯酰胺（PAM，质量分数为0.1%）。
实验设备：六联搅拌器、pH计、分光光度计、电子天平、烧杯、移液管等。
（二）实验方法
实验设计：采用单因素实验法，分别研究PAC投加量、PAM投加量、pH值、搅拌强度、温度等因素对絮凝效果的影响。
实验步骤：
在一系列250mL烧杯中，各加入100mL造纸厂废水样品。
按照实验设计，分别加入不同量的PAC溶液，用搅拌器快速搅拌（300r/min）1min，使PAC与废水充分混合。
接着加入不同量的PAM溶液，继续快速搅拌1min后，改为慢速搅拌（50r/min）3min，使絮体充分生长。
停止搅拌后，静置沉降4h，取上层清液测定CODcr和色度。
改变pH值、搅拌强度、温度等条件，重复上述实验步骤。
三、实验结果与分析
（一）PAC投加量对絮凝效果的影响
随着PAC投加量的增加，CODcr去除率先逐渐升高，当PAC投加量为40mL/L（以质量分数0.1%的PAC溶液计）时，CODcr去除率达到91.8%。继续增加PAC投加量，CODcr去除率不再明显增加，甚至略有下降。这是因为适量的PAC可以有效地压缩胶体颗粒的双电层，降低Zeta电位，使胶体颗粒脱稳凝聚，但过量的PAC会使废水的pH值升高，导致木质素等污染物难以脱稳絮凝沉淀，从而降低絮凝效果。

（二）PAM投加量对絮凝效果的影响
在PAC投加量为40mL/L的条件下，随着PAM投加量的增加，CODcr去除率逐渐提高。当PAM投加量为15mg/L时，CODcr去除率达到ZUI大值。继续增加PAM投加量，CODcr去除率基本保持不变。PAM作为助凝剂，其长链分子可以吸附在PAC形成的絮体表面，起到架桥连接作用，使絮体更加紧密、粗大，有利于沉降。但当PAM投加量过大时，会使废水中的胶体颗粒过度吸附PAM分子，导致絮体结构松散，反而降低絮凝效果。

（三）pH值对絮凝效果的影响
实验结果表明，在碱性条件下（pH=8—10），复合絮凝剂对造纸厂废水的絮凝效果较好，CODcr去除率较高。在酸性条件下（pH<7），CODcr去除率明显降低。这是因为PAC在碱性条件下水解更充分，生成的氢氧化铝胶体具有更大的比表面积和更强的吸附能力，能够更有效地去除废水中的污染物。

（四）搅拌强度对絮凝效果的影响
搅拌强度对絮凝效果有显著影响。快速搅拌（300r/min）1min可以使PAC和PAM与废水充分混合，促进絮凝剂的水解和胶体颗粒的脱稳凝聚；慢速搅拌（50r/min）3min可以使絮体充分生长，避免絮体被打散。如果搅拌强度过大或搅拌时间过长，会使已经形成的絮体破碎，降低絮凝效果；如果搅拌强度过小或搅拌时间过短，会使絮凝剂与废水混合不均匀，影响絮凝效果。

（五）温度对絮凝效果的影响
温度对絮凝效果的影响相对较小。在室温（20—25℃）条件下，复合絮凝剂对造纸厂废水的絮凝效果较好。随着温度的升高，絮凝剂的分子运动加快，有利于与废水中的污染物发生吸附和架桥作用，但温度过高会使水的黏度降低，絮体的沉降速度加快，可能会导致部分絮体来不及沉降就被带出，从而降低絮凝效果。

四、ZUI佳工艺条件确定
综合以上实验结果，确定造纸厂废水絮凝处理的ZUI佳工艺条件为：PAC投加量为40mL/L（以质量分数0.1%的PAC溶液计），PAM投加量为15mg/L，pH值为8—10，快速搅拌速度为300r/min，搅拌时间为1min，慢速搅拌速度为50r/min，搅拌时间为3min，温度为室温（20—25℃）。在该ZUI佳工艺条件下，复合絮凝剂对造纸厂废水的CODcr去除率可达90%以上，色度去除率可达80%以上。

五、絮凝机理探讨
聚合氯化铝和聚丙烯酰胺复合絮凝剂对造纸厂废水的絮凝作用主要是通过电中和、吸附架桥和网捕卷扫等机理实现的。PAC在水中水解生成带正电的多核羟基络合物，能够压缩胶体颗粒的双电层，降低Zeta电位，使胶体颗粒脱稳凝聚。PAM作为高分子絮凝剂，具有较长的线状结构，分子量大，有许多官能团，能在水中的胶体微粒之间起架桥连接作用，将多个微粒吸附在一起形成较大的絮团。同时，PAC水解生成的氢氧化铝胶体和PAM形成的絮体还可以通过网捕卷扫作用，将废水中的细小颗粒和溶解性有机物吸附在絮体表面，从而进一步去除废水中的污染物。

六、结论与展望
（一）结论
本实验通过研究PAC和PAM复合絮凝剂对造纸厂废水的絮凝效果，确定了ZUI佳工艺条件。实验结果表明，在ZUI佳工艺条件下，该复合絮凝剂对造纸厂废水中的CODcr和色度有显著的去除效果，为造纸厂废水处理提供了一种有效的技术方法。

（二）展望
虽然本实验取得了一定的成果，但仍存在一些不足之处。例如，实验中未考虑废水中其他污染物（如重金属离子、氨氮等）对絮凝效果的影响；未对絮体的沉降性能和脱水性能进行深入研究。未来的研究可以进一步优化复合絮凝剂的配方和制备工艺，提高絮凝效果和处理效率；同时，可以结合其他水处理技术（如生物处理、膜分离等），开发更加高效、经济的造纸厂废水处理工艺，为造纸工业的可持续发展提供技术支持。