摘要：通過混凝沉淀試驗(yàn)，本文研究了廢紙纖維對聚合氯化鋁鐵（PAFC）的助凝效果。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)原水濁度為21.8NTU，PAFC投加量為10mg/L，廢紙纖維投加量為30mg/L時，出水濁度為1.45NTU，濁度去除率可達(dá)93.35%。使用時，廢紙纖維宜在快速攪拌前投加，并采用100r/min的速度進(jìn)行中速攪拌，與PAFC配合使用，適宜處理不同濁度的原水，且近中性偏堿性條件下處理效果較好。
廢紙是一種重要的二次資源，對其進(jìn)行回收再利用能夠變廢為寶和保護(hù)環(huán)境。近年來，全球的廢紙利用率普遍較高，英國廢紙利用率高達(dá)84.5%，中國的廢紙利用率也接近74%。隨著廢紙回收利用率的提高，中國的廢紙漿生產(chǎn)規(guī)模逐年上升，2015年更是達(dá)到6.338×107t，占全年紙漿總產(chǎn)量的79.38%。雖然回收利用率較高，但廢紙仍主要用于生產(chǎn)低端紙品，產(chǎn)品的附加值較低。為提高廢紙的回收率和產(chǎn)品附加值，一些學(xué)者研究將廢紙應(yīng)用于制備橡膠復(fù)合材料、導(dǎo)電紙、吸附劑和吸水樹脂等方面，既降低了相關(guān)材料的生產(chǎn)成本，又能實(shí)現(xiàn)廢紙的高值化利用。
聚合氯化鋁鐵（PAFC）是一種集鋁系和鐵系混凝劑優(yōu)點(diǎn)于一身的新型復(fù)合混凝劑，形成絮體速度快，吸附能力強(qiáng)，能降低濁度和色度。為了提高水處理效果，PAFC也常與助凝劑（如聚丙烯酰胺、活化硅酸等）配合使用，以增強(qiáng)處理效果，減少加藥量，提高水質(zhì)的衛(wèi)生。
波濤聚合氯化鋁廠家以廢紙為原料自制廢紙纖維懸浮液作為助凝劑，研究其對聚合氯化鋁鐵處理地表水的助凝效果及對水質(zhì)的適應(yīng)性，以期為聚合氯化鋁鐵的應(yīng)用和混凝沉淀處理技術(shù)提供參考，也為廢紙的資源化利用研究開拓新思路。波濤小編現(xiàn)將實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析如下：
一、單獨(dú)使用聚合氯化鋁鐵時投加量對混凝沉淀效果的影響
當(dāng)原水濁度為21.8NTU時，單獨(dú)使用聚合氯化鋁鐵處理地表水，研究聚合氯化鋁鐵投加量對混凝沉淀效果的影響，結(jié)果如圖1所示。
由圖1可見，隨著聚合氯化鋁鐵投加量的增加，濁度呈先下降后上升的趨勢，當(dāng)投加量為20mg/L時處理效果好，濁度為2.61NTU，濁度去除率為87.97%，而后繼續(xù)增加投加量，濁度反而上升。這是因?yàn)檫m量的聚合氯化鋁鐵能夠通過壓縮雙電層和電中和作用使水中的大部分膠體粒子脫穩(wěn)，并在水力攪拌作用下聚集成絮體，經(jīng)過沉淀被去除；而過量的聚合氯化鋁鐵則會使被電中和后的膠體粒子重新帶上正電而“再穩(wěn)定”，影響了粒子的碰撞接觸效果，故處理效果下降。為更好地體現(xiàn)助凝劑的處理效果，確定助凝試驗(yàn)中聚合氯化鋁鐵的投加量為10mg/L，相應(yīng)的剩余濁度為3.78NTU，濁度去除率為82.58%。
二、廢紙纖維的投加量對助凝效果的影響
當(dāng)原水濁度為21.8NTU，聚合氯化鋁鐵投加量為10mgL，廢紙纖維在快速攪拌前投加，研究廢紙纖維投加量對聚合氯化鋁鐵助凝效果的影響，結(jié)果如圖2所示。
由圖2可見，隨著廢紙纖維投加量的增加，出水的濁度逐漸降低，去除率逐漸升高，當(dāng)廢紙纖維投加量為30mg/L時，出水濁度為1.45NTU，濁度去除率可達(dá)93.35%，相比單獨(dú)使用聚合氯化鋁鐵處理后的出水濁度下降61.64%，濁度去除率提升10.77個百分點(diǎn)。而后繼續(xù)增加廢紙纖維投加量，出水濁度反而升高，濁度去除率有所下降。這是因?yàn)椋环矫胬w維狀的廢紙纖維能夠通過吸附架橋作用使生成的微小絮體快速成長為大絮體，有利于絮體的快速沉淀分離，從而提高處理效果；另一方面，廢紙纖維的主要成分為纖維素和半纖維素，其具有較大的比表面積和吸附能力，能夠在一定程度上吸附脫穩(wěn)后的膠體和懸浮物，提高濁度處理效果。但是，當(dāng)廢紙纖維的投加量過多時，其中含有較多難以沉降的細(xì)小纖維，高濃度的廢紙纖維可能阻礙聚合氯化鋁鐵與膠體、膠體與膠體之間的碰撞接觸，故而影響處理效果。因此，廢紙纖維對聚合氯化鋁鐵處理地表水具有較好的助凝作用，在本試驗(yàn)條件下廢紙纖維的較佳投加量為30mg/L。
三、廢紙纖維投加時間點(diǎn)對助凝效果的影響
當(dāng)原水濁度為9.43NTU，聚合氯化鋁鐵投加量為10mg/L，廢紙纖維投加量為30mg/L，研究廢紙纖維投加時機(jī)的變化對聚合氯化鋁鐵混凝沉淀處理效果的影響，結(jié)果如圖3所示。
由圖3可見，廢紙纖維的不同投加時機(jī)對助凝效果有一定影響，在快速攪拌前投加廢紙纖維其助凝效果較好，出水濁度為0.79NTU，濁度去除率為91.62%；在中速攪拌前投加處理效果略有下降；慢速攪拌前投加的處理效果很差。這是因?yàn)榫酆下然X鐵與水中膠體顆粒反應(yīng)迅速，脫穩(wěn)的膠體在快速攪拌作用下即開始碰撞接觸生成小絮體，而快速攪拌能夠使加入水中的廢紙纖維快速、均勻分散，并提前加入到絮體的生成過程中，可加快絮體的生長速度，增強(qiáng)網(wǎng)捕效果。反之，在慢速攪拌前投加廢紙纖維，此時的絮體已經(jīng)成型，加入的廢紙纖維僅能起到網(wǎng)捕功能，其助凝作用將大打折扣。因此，在快速攪拌前加入廢紙纖維有利于提高聚合氯化鋁鐵的混凝沉淀處理效果。
四、攪拌速度對廢紙纖維助凝效果的影響
混凝過程中，水力攪拌的作用主要是為了提高混凝體系中各物質(zhì)之間碰撞接觸的概率，提高處理效果。由于快速攪拌的時間較短，慢速攪拌的轉(zhuǎn)速較小，相比之下起到承上啟下作用的中速攪拌速度更值得研究。當(dāng)原水濁度為21.8NTU，聚合氯化鋁鐵的投加量為10mg/L，廢紙纖維投加量為20mg/L時，在快速攪拌前投加廢紙纖維，分別以三種中速攪拌速度進(jìn)行混凝沉淀試驗(yàn)，研究不同攪拌速度對廢紙纖維助凝效果的影響，結(jié)果如圖4所示。
由圖4可見，當(dāng)攪拌速度為100r/min時處理效果較好，出水濁度為1.53NTU，濁度去除率為92.98%，而后隨著中速攪拌速度的增加，處理效果逐漸變差。這是因?yàn)檫m中的攪拌速度有利于提升絮體之間的碰撞接觸概率，促進(jìn)絮體的生長，而過大的攪拌速度能耗較高，其產(chǎn)生的水力剪切作用易將已經(jīng)形成的較大絮體打碎，影響絮體的網(wǎng)捕和沉降性能，反而導(dǎo)致處理效果變差。因此，本試驗(yàn)條件下適宜的中速攪拌速度為100r/min。
五、原水濁度對廢紙纖維助凝效果的影響
當(dāng)聚合氯化鋁鐵投加量為10mg/L，廢紙纖維投加量為20mg/L，按照1.2試驗(yàn)方法中的步驟進(jìn)行試驗(yàn)，研究不同濁度原水對廢紙纖維助凝效果的影響，并與單獨(dú)使用10mg/L聚合氯化鋁鐵的處理效果相比較，結(jié)果如圖5所示。
由圖5可見，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，且投加廢紙纖維助凝劑的效果明顯好于單獨(dú)使用聚合氯化鋁鐵的情況。這是因?yàn)榈蜐岫人械哪z體顆粒含量少，與混凝劑和助凝劑的碰撞接觸概率低，相應(yīng)生成的絮體少，故處理效果較差；但當(dāng)濁度較高時，又由于聚合氯化鋁鐵的投加量不足（僅為10mg/L），膠體顆粒脫穩(wěn)不完全，因而導(dǎo)致處理效果下降。此外，投加廢紙纖維對聚合氯化鋁鐵處理不同濁度的原水均具有較好的助凝作用，濁度去除率可增加5-8個百分點(diǎn)。因此，廢紙纖維作為助凝劑與聚合氯化鋁鐵配合使用適于處理不同濁度的原水。
六、pH對廢紙纖維助凝效果的影響
當(dāng)聚合氯化鋁鐵投加量為10mg/L，廢紙纖維投加量為20mg/L時，按照1.2試驗(yàn)方法中的步驟進(jìn)行試驗(yàn)，研究不同原水pH對廢紙纖維助凝效果的影響，結(jié)果如圖6所示。
由圖6可見，隨著pH值的提高，出水濁度呈先下降后緩慢上升的趨勢，濁度去除率則相反，近中性偏堿性條件下處理效果較好，特別是pH為8時，出水濁度低至1.32NTU，相應(yīng)濁度去除率為89.05%。pH值的變化會對處理效果產(chǎn)生影響，其主要因?yàn)閜H值太低會使聚合氯化鋁鐵的水解過程受到抵制，太高又會導(dǎo)致已生成的Al(OH)3和Fe(OH)3絮體部分溶解，進(jìn)而減弱聚合氯化鋁鐵與廢紙纖維相互之間的協(xié)同增效作用，影響處理效果。因此，廢紙纖維與聚合氯化鋁鐵配合使用對近中性偏堿性的水質(zhì)有更好的處理效果。
七、結(jié)論
本文以廢紙纖維為助凝劑，通過混凝沉淀試驗(yàn)研究其對聚合氯化鋁鐵的助凝效果及對水質(zhì)的適應(yīng)性，獲得以下結(jié)論：廢紙纖維對聚合氯化鋁鐵處理地表水具有較好的助凝作用，當(dāng)原水濁度為21.8NTU，聚合氯化鋁鐵投加量為10mg/L，廢紙纖維投加量為30mg/L時，出水濁度為1.45NTU，濁度去除率可達(dá)93.35%，相比單獨(dú)使用聚合氯化鋁鐵處理后的出水濁度下降61.64%，濁度去除率提升10.77個百分點(diǎn)；使用廢紙纖維助凝劑時，宜在快速攪拌前投加，并采用100r/min的中速攪拌速度；廢紙纖維與聚合氯化鋁鐵配合使用適于處理不同濁度的原水，且近中性偏堿性條件下處理效果較好。
