摘要：以廢紙漿為助凝劑，通過(guò)混凝沉淀燒杯實(shí)驗(yàn)研究其對(duì)聚合氯化鋁的助凝效果及處理低濁水的適應(yīng)性。結(jié)果表明，當(dāng)原水濁度為21.8NTU，聚合氯化鋁投加量為10mg/L時(shí)，適宜的廢紙漿投加量為20mg/L，處理后出水濁度為2.89NTU，相比單獨(dú)使用聚合氯化鋁的出水濁度降低47%。廢紙漿宜在快速攪拌前投加，并采用100r/min的速度進(jìn)行中速攪拌，其對(duì)較高濁度和弱堿性的低濁水有更好的助凝效果。廢紙漿的使用能夠提高濁度去除率，降低CODmn和鋁、鐵含量，且出水的多數(shù)水質(zhì)指標(biāo)已能滿足GB 5749-2006要求，可以作為一種多功能的凈水助凝劑。

低濁水處理是自來(lái)水廠的難題。增加加藥量能夠提高處理效果，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生金屬離子超標(biāo)等問題，采用新型絮凝劑的處理效果雖然優(yōu)于傳統(tǒng)藥劑，但有成本較高和存在二次污染等原因?qū)е聭?yīng)用受限。相比之下，添加助凝劑的方法則更加簡(jiǎn)單，例如以硅藻土和活化硅酸等作為助凝劑能夠大幅提高聚合氯化鋁對(duì)低濁水的處理效果。

廢紙漿是廢紙回收后加工再生的紙纖維，產(chǎn)量正逐年增加。但其多用于生產(chǎn)低端紙品，因而一些學(xué)者將廢紙應(yīng)用于制備吸附劑、吸水樹脂和復(fù)合材料等以實(shí)現(xiàn)高值化利用。波濤聚合氯化鋁廠家以自制的廢紙漿纖維懸浮液作為助凝劑使用，研究其對(duì)聚合氯化鋁的助凝效果及處理低濁水的適應(yīng)性，以期為解決低濁水處理問題提供參考，也為拓寬廢紙漿應(yīng)用領(lǐng)域開拓新思路。現(xiàn)將結(jié)果分析如下：

一、廢紙漿投加量的影響

當(dāng)原水濁度為21.8NTU，研究單獨(dú)使用聚合氯化鋁時(shí)，聚合氯化鋁投加量對(duì)混凝沉淀處理效果的影響，結(jié)果如表1所示。

表1聚合氯化鋁投加量對(duì)濁度處理效果的影響

投加量/（mg·L-1）	10	20	30	40	50	60
濁度/NTU	5.48	3.49	2.58	2.35	12.2	12.6

由表1可知，隨著聚合氯化鋁投加量的增加，濁度呈先減小后增加的趨勢(shì)，當(dāng)投加量為40mg/L時(shí)，濁度較低為2.35NTU，而后繼續(xù)增加投加量，由于加藥量過(guò)大導(dǎo)致膠體再穩(wěn)定，使得濁度處理效果反而變差。

為減少聚合氯化鋁的投加量并體現(xiàn)廢紙漿對(duì)聚合氯化鋁的助凝效果，選擇聚合氯化鋁投加量為10mg/L，在相同實(shí)驗(yàn)條件下研究廢紙漿與聚合氯化鋁配合使用時(shí)，廢紙漿投加量對(duì)混凝沉淀處理效果的影響，結(jié)果如表2所示。

表2廢紙漿投加量對(duì)濁度處理效果的影響

投加量/（mg/L-1）	0	10	20	30	40	50
濁度/NTU	5.48	3.70	2.89	2.59	2.78	4.04

由表2可見，隨著廢紙漿投加量的增加，濁度呈先減小后增加的趨勢(shì)，當(dāng)廢紙漿投加量為20mg/L，相應(yīng)濁度為2.89NTU，相比單獨(dú)使用聚合氯化鋁的出水濁度（5.48NTU）降低47%；當(dāng)投加量為30mg/L時(shí)，濁度較低，為2.59NTU，與單獨(dú)使用30mg/L聚合氯化鋁的處理效果相當(dāng)（相應(yīng)濁度為2.58NTU），而后繼續(xù)增加投加量，濁度逐漸上升。

加入廢紙漿能夠提高濁度處理效果，原因是大量的細(xì)小纖維狀廢紙漿在均勻分散后，能夠通過(guò)吸附架橋作用加快絮體的成長(zhǎng)速度，增加絮體粒徑，增強(qiáng)絮體的網(wǎng)捕、吸附和沉降性能，起到絮體結(jié)構(gòu)改良劑和吸附劑的作用。而當(dāng)廢紙漿投加量過(guò)大時(shí)，反而會(huì)阻礙膠體與聚合氯化鋁之間、膠體與膠體之間的相互作用，導(dǎo)致處理效果變差。因此，廢紙漿對(duì)聚合氯化鋁處理低濁水具有較好的助凝作用，綜合考慮助凝效果和經(jīng)濟(jì)成本，適宜的廢紙漿投加量為20mg/L。

二、廢紙漿投加時(shí)間點(diǎn)的影響

實(shí)踐證明，聚丙烯酰胺作為助凝劑使用時(shí)，其投加的時(shí)間點(diǎn)宜在混凝劑之后。因此，廢紙漿作為助凝劑，其投加時(shí)間點(diǎn)同樣會(huì)影響處理效果，需要進(jìn)一步研究。當(dāng)原水濁度為7.33NTU，聚合氯化鋁、廢紙漿投加量分別為10、20mg/L時(shí)，研究廢紙漿的投加時(shí)間點(diǎn)對(duì)混凝沉淀處理效果的影響，結(jié)果表明，在快速攪拌前、中速攪拌前、慢速攪拌前濁度去除率分別為79.67%、67.26%、52.66%。即，在快速攪拌前投加廢紙漿的處理效果較好，而越遲投加處理效果越差。

原因是在快速攪拌前投加，較高的轉(zhuǎn)速產(chǎn)生的水力剪切作用能夠?qū)⑾嗷ダp繞的廢紙漿纖維完全分離，保證廢紙漿纖維均勻分散，使其充分發(fā)揮吸附架橋作用，且越早投加作用時(shí)間越長(zhǎng)，處理效果越好。因此，廢紙漿作為助凝劑處理低濁水時(shí)，宜在快速攪拌前投加。

三、中速攪拌速度的影響

快速攪拌的作用主要是使藥劑快速分散均勻，并與水中膠體懸浮物充分反應(yīng)。該過(guò)程反應(yīng)速度快，因而攪拌時(shí)間較短，而慢速攪拌的作用主要是利用已形成的大塊絮體在同向絮凝過(guò)程中發(fā)揮網(wǎng)捕作用去除水中的膠體和微小絮體。相比之下，中速攪拌既要承擔(dān)凝聚作用，提高脫穩(wěn)膠體的碰撞接觸概率，又需要推動(dòng)膠體聚集逐漸成長(zhǎng)為大絮體，是一個(gè)承上啟下的重要環(huán)節(jié)。因此，中速攪拌作用強(qiáng)度相比快速和慢速更值得研究。

當(dāng)原水濁度為21.8NTU、聚合氯化鋁、廢紙漿投加量分別為10、20mg/L，為研究不同攪拌速度對(duì)處理效果的影響，改變中速攪拌速度分別為100、150、200r/min，結(jié)果表明濁度去除率分別為89.5%、87.6%、87.3%。即，隨著攪拌速度的升高，濁度去除率下降，而出水濁度上升，以中速攪拌速度為100r/min時(shí)處理效果較好，此時(shí)出水濁度為2.29NTU。

中速攪拌時(shí)較低轉(zhuǎn)速下的處理效果好，其原因主要是加入的廢紙漿在快速攪拌過(guò)程中即已分散均勻，在中速攪拌時(shí)僅需提供增加廢紙漿、膠體和微小絮體三者的碰撞接觸幾率所需的水力條件，從而加快絮體的成長(zhǎng)速度，而過(guò)大的轉(zhuǎn)速產(chǎn)生的水力剪切作用則可能適得其反，不利于大塊絮體的形成，影響處理效果。同時(shí)，由于混凝反應(yīng)過(guò)程（即中速和慢速攪拌階段）要求將速度梯度G控制在70-20s^-1、且逐漸降低，轉(zhuǎn)速100r/min時(shí)的G為80.8s^-1、而轉(zhuǎn)速50r/min的G僅為28.6s^-1，故中速攪拌不宜選擇50r/min的轉(zhuǎn)速。因此，廢紙漿作為助凝劑與聚合氯化鋁配合使用時(shí)，適宜的中速攪拌速度為100r/min。

四、原水濁度對(duì)處理效果的影響

當(dāng)聚合氯化鋁、廢紙漿投加量分別為10、20mg/L時(shí)，研究廢紙漿與聚合氯化鋁配合使用對(duì)不同濁度原水的混凝沉淀處理效果，并與單獨(dú)使用投加量10mg/L聚合氯化鋁的處理效果相比較結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，隨著原水濁度的增加，二者的濁度去除率均呈先增加后減小的趨勢(shì)。濁度較低時(shí)，水中的膠體顆粒少，與混凝劑和助凝劑的碰撞接觸幾率低，生成的絮體少，故處理效果較差，而濁度較高時(shí)，膠體顆粒的數(shù)量較多，相比之下聚合氯化鋁的投加量?jī)H為10mg/L，用量不足，其壓縮雙電層和電中和作用能力有限，因而導(dǎo)致處理效果下降。同時(shí)，投加廢紙漿對(duì)聚合氯化鋁具有穩(wěn)定的助凝效果，處理不同濁度的低濁水時(shí)，濁度去除率可增加約4-12個(gè)百分點(diǎn)，且濁度越高，濁度去除率的增加越大，廢紙漿的助凝作用越顯著。因此，較高的濁度有利于提升廢紙漿對(duì)聚合氯化鋁處理低濁水的助凝效果。

五、原水pH的影響

當(dāng)原水濁度為12.06NTU、聚合氯化鋁、廢紙漿投加量分別為10、20mg/L時(shí)，研究原水pH的變化對(duì)混凝沉淀處理效果的影響，結(jié)果如表3所示。

表3pH對(duì)濁度處理效果的影響

pH	6	7	8	9	10
去除率/%	13.52	42.87	81.92	80.35	73.30

由表3可知，隨著原水pH的增加，出水的濁度去除率快速上升；當(dāng)pH為8時(shí)去除率較高，而后繼續(xù)增加pH，濁度去除率緩慢下降。pH的變化影響著水中鋁的水解形態(tài)，進(jìn)而影響廢紙漿與聚合氯化鋁配合使用的處理效果。

當(dāng)pH較低時(shí)，H⁺含量高，阻礙鋁的水解反應(yīng)過(guò)程，導(dǎo)致形成的絮體較少，處理效果差；而當(dāng)pH較高時(shí)，又會(huì)導(dǎo)致絮體溶解生成Al(OH)₄^-，絮凝效果減弱。pH的變化也會(huì)影響廢紙漿的性質(zhì)，堿性環(huán)境能使纖維素潤(rùn)脹，有利于提高助凝效果，而酸性條件下雖然也能起到潤(rùn)脹作用，但可能導(dǎo)致部分纖維素溶解，對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生不利影響。因此，廢紙漿與聚合氯化鋁配合使用處理低濁水時(shí)，弱堿性水質(zhì)能夠取得更好的處理效果。

六、出水的衛(wèi)生可靠性

廢紙漿助凝劑可提高濁度處理效果，但所含的雜質(zhì)也可能對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生其他影響，因此有必要檢測(cè)其他水質(zhì)指標(biāo)，以便評(píng)價(jià)廢紙漿的作用效果和水質(zhì)的衛(wèi)生可靠性。

當(dāng)原水濁度為18.48NTU、聚合氯化鋁、廢紙漿投加量分別為10、20mg/L時(shí)，測(cè)定混凝沉淀后出水中能夠反映還原性有機(jī)物、溶解性固體、硬度以及金屬離子含量等多項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)，與單獨(dú)使用10mg/L聚合氯化鋁的出水、與原水和GB 5749-2006的限值進(jìn)行參照。結(jié)果如表4所示。

表4各水樣的水質(zhì)情況

處理方式	濁度/NTU	耗氧量/（mg·L-1）	pH	總硬度/（mg·L-1）	ρ（mg·L-1）
					TDS	鋁	鐵	鋅	銅	6價(jià)鉻
聚合氯化鋁+廢紙漿	2.67	1.76	7.34	45.4	118	0.022	0.07	＜0.2	＜0.04	＜0.004
聚合氯化鋁	6.85	1.92	7.00	49.1	130	0.100	0.18	＜0.2	＜0.04	＜0.004
原水	18.48	2.89	7.38	47.8	124	0.018	0.21	＜0.2	0.06	＜0.004

注：耗氧量以O(shè)₂計(jì)，總硬度以CaCO₃計(jì)，低于檢測(cè)限的采用“＜檢測(cè)限值”方式標(biāo)注。

由表4可見，使用廢紙漿助凝劑相比單獨(dú)使用聚合氯化鋁，在顯著提高濁度處理效果的同時(shí)，還能一定程度降低耗氧量、鋁和鐵等的含量，具有一定的強(qiáng)化混凝和去除金屬離子功能。原因是紙漿中所含的主要成分纖維素具有多孔結(jié)構(gòu)、比表面積大和親水吸附性等特點(diǎn)，能夠吸附去除對(duì)水中的有機(jī)小分子和金屬離子。而出水的其他水質(zhì)指標(biāo)與原水水質(zhì)相當(dāng)，且除濁度外的其他檢測(cè)指標(biāo)均已經(jīng)能夠滿足GB 5749-2006的要求，說(shuō)明廢紙漿助凝劑的使用不會(huì)對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生不利影響，具有較好的衛(wèi)生可靠性。

七、結(jié)論

以廢紙漿作為助凝劑，通過(guò)混凝沉淀實(shí)驗(yàn)研究其對(duì)聚合氯化鋁的助凝效果及處理低濁水的適應(yīng)性，得到以下結(jié)論：

1、廢紙漿對(duì)聚合氯化鋁處理低濁水具有較好的助凝作用，當(dāng)原水濁度為21.8NTU、聚合氯化鋁投加量為10mg/L時(shí)，適宜的廢紙漿投加量為20mg/L，處理后出水濁度為2.89NTU，相比單獨(dú)使用聚合氯化鋁的出水濁度降低47%。

2、使用廢紙漿助凝劑時(shí)，宜在快速攪拌前投加，采用100r/min的中速攪拌速度，且其對(duì)較高濁度和弱堿性的低濁水有更好的處理效果。

3、使用廢紙漿作為助凝劑，不但能在低混凝劑投加量條件下提高濁度處理效果，還能一定程度降低耗氧量和鋁、鐵含量，出水的多項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)符合GB 5749-2006的要求，可作為一種衛(wèi)生可靠的凈水藥劑使用。