摘要：以廢紙漿為助凝劑，通過混凝沉淀燒杯實驗研究其對聚合氯化鋁（PAC）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21.8 NTU，PAC 投加量為10 mg/L 時，適宜的廢紙漿投加量為20 mg/L，處理后出水濁度為 2.89 NTU，相比單獨使用PAC 的出水濁度降低47%。廢紙漿宜在快速攪拌前投加，并采用100 r/min 的速度進(jìn)行中 速攪拌，其對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，可以作為一種高效、安全、多功能的凈水助凝劑。

低濁水處理是自來水廠的難題。增大加藥量 能夠提高處理效果，同時也會產(chǎn)生金屬離子很標(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，但又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單高 效，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（PAC）對低濁水的處理效果。

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，以實現(xiàn)高值化利用。本研究以自制的廢紙漿 纖維懸浮液作為助凝劑使用，研究其對PAC 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。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

廢紙漿采用回收的蛋托經(jīng)濕式攪拌疏解后配制 成質(zhì)量濃度10 g/L的纖維懸浮液使用。水樣取自廈 門某大學(xué)校區(qū)內(nèi)地表水，其濁度為4.84～26.6 NTU， 溫度為17～18℃，耗氧量為2.89～3.32 mg/L，pH 為 7.5～8.5。所用PAC 為飲用水級，加水配制成質(zhì)量濃 度5 g/L的藥液。

所用的儀器包括JJ-4A 六聯(lián)數(shù)顯同步電動攪拌器、SGZ-2P 微機濁度儀、JRM-01濕式破碎機、PHS- 25pH 計、BSA224s 分析天平、UV1100 紫外可見分 光光度計等。

1.2 實驗方法

取若干個燒杯分別加入一定量的原水，置于六 聯(lián)電動攪拌器上，加入一定量的PAC 和廢紙漿，依 次以300 r/min 的轉(zhuǎn)速攪拌1 min，150 r/min 的速攪 拌6 min，50 r/min 的轉(zhuǎn)速攪拌9 min，攪拌完成后靜 置沉淀20 min，取上層清液測定濁度、耗氧量、余鋁 含量等指標(biāo)，計算濁度去除率。

濁度采用微機濁度儀測定，其他水質(zhì)指標(biāo)均采 用GB/T 5750.6－2006 中的檢測方法。

2 結(jié)果與討論

2.1 廢紙漿投加量的影響

當(dāng)原水濁度為21.8 NTU，研究單獨使用PAC 時，PAC 投加量對混凝沉淀處理效果的影響，結(jié)果 如表1 所示。

由表1 可知，隨著PAC 投加量的增加，濁度呈先 減小后增大的趨勢，當(dāng)投加量為40 mg/L 時，濁度較 低，為2.35 NTU，而后繼續(xù)增大投加量，由于加藥量過大導(dǎo)致膠體再穩(wěn)定，使得濁度處理效果反而變差。 為減少PAC 的投加量并體現(xiàn)廢紙漿對PAC 的 助凝效果，選擇PAC 投加量為10 mg/L，在相同實 驗條件下研究廢紙漿與PAC 配合使用時，廢紙漿投 加量對混凝沉淀處理效果的影響，結(jié)果如表2 所示。

由表2 可知見，隨著廢紙漿投加量的增加，濁度呈先減小后增大的趨勢，當(dāng)廢紙漿投加量為20 mg/L，相應(yīng)濁度為2.89 NTU，相比單獨使用PAC 的 出水濁度（5.48 NTU） 降低47%；當(dāng)投加量為30 mg/L時，濁度較低，為2.59NTU，與單獨使用30 mg/L PAC 的處理效果相當(dāng)（ 相應(yīng)濁度為2.58 NTU），而后繼續(xù)增大投加量，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，能夠通過吸 附架橋作用加快絮體的成長速度，增大絮體粒徑，增 強絮體的網(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)廢紙漿投加量過大時，反而 會阻礙膠體與PAC 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PAC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)濟成本，適宜的廢紙漿投加量為20 mg/L。

2.2 廢紙漿投加時間點的影響

實踐證明，聚丙烯酰胺（PAM）作為助凝劑使用時，其投加的時間點宜在混凝劑之后。因此，廢紙漿 作為助凝劑，其投加時間點同樣會影響處理效果，需 要進(jìn)一步研究。當(dāng)原水濁度為7.33 NTU，PAC、廢紙 漿投加量分別為10、20 mg/L 時，研究廢紙漿的投加 時間點對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繞的廢紙漿纖維徹底分 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，且越早投加作用時間越長，處理效果越好。 因此，廢紙漿作為助凝劑處理低濁水時，宜在快速攪 拌前投加。

2.3 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，及并與水中膠體懸浮物充分反應(yīng)。該過程反應(yīng)速度 快，因而攪拌時間較短；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， 又需要推動膠體聚集逐漸成長為大絮體，是一個承上啟下的重要環(huán)節(jié)。因此，中速攪拌作用強度相比快 速和慢速更值得研究。

當(dāng)原水濁度為21.8 NTU，PAC、廢紙漿投加量 分別為10、20 mg/L，為研究不同攪拌速度對處理效 果的影響，改變中速攪拌速度分別為100、150、200 r/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100 r/min 時處 理效果較好，此時出水濁度為2.29 NTU。

中速攪拌時較低轉(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程中即已分散均 勻，在中速攪拌時僅需提供增大廢紙漿、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 快絮體的成長速度，而過大的轉(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，由于混凝反應(yīng)過程（即中速和慢速 攪拌階段）要求將速度梯度G 控制在70～20 s-1、且 逐漸降低，轉(zhuǎn)速100 r/min 時的G 為80.8 s-1，而轉(zhuǎn)速 50 r/min 的G 僅為28.6 s-1，故中速攪拌不宜選擇50 r/min 的轉(zhuǎn)速。因此，廢紙漿作為助凝劑與PAC 配合 使用時，適宜的中速攪拌速度為100 r/min。

2.4 原水濁度對處理效果的影響

當(dāng)PAC、廢紙漿投加量分別為10、20 mg/L 時， 研究廢紙漿與PAC 配合使用對不同濁度原水的混 凝沉淀處理效果，并與單獨使用投加量10 mg/L PAC 的處理效果相比較，結(jié)果如圖1 所示。

去除率均呈先增大后減小的趨勢。濁度較低時，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， 膠體顆粒的數(shù)量較多，相比之下PAC 的投加量僅為 10 mg/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，投加廢紙漿 對PAC 具有穩(wěn)定的助凝效果，處理不同濁度的低濁 水時，濁度去除率可增加約4～12 個百分點，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PAC 處理低濁水的助凝效果。

2.5 原水pH 的影響

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

表3

由表3 可知，隨著原水pH 的增大，出水的濁度去除率快速上升；當(dāng)pH 為8 時去除率較高，而后繼 續(xù)增大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PAC 配合使用的處理效果。

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

2.6 出水的衛(wèi)生安全性

廢紙漿助凝劑可提高濁度處理效果，但所含的雜質(zhì)也可能對水質(zhì)產(chǎn)生其他影響，因此有必要檢測其他水質(zhì)指標(biāo)，以便全面評價廢紙漿的作用效果和 水質(zhì)的衛(wèi)生安全性。

當(dāng)原水濁度為18.48 NTU，PAC、廢紙漿投加量分別為10、20 mg/L 時，測定混凝沉淀后出水中能夠 反映還原性有機物、溶解性固體、硬度以及金屬離子 含量等多項水質(zhì)指標(biāo)，與單獨使用10 mg/L PAC的出水、與原水和GB 5749－2006 的限值進(jìn)行參照[12]。 結(jié)果如表4 所示。

由表4 可見，使用廢紙漿助凝劑相比單獨使用PAC，在顯著提高濁度處理效果的同時，還能一定程 度降低耗氧量、鋁和鐵等的含量，具有一定的強化混 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，能夠吸附去除對水中的有機小分子和金 屬離子[13]。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指標(biāo)均已經(jīng)能夠滿足GB 5749－2006 的要求，說明廢紙漿助凝劑的使用不會 對水質(zhì)產(chǎn)生不利影響，具有較好的衛(wèi)生安全性。

3 結(jié)論

以廢紙漿作為助凝劑，通過混凝沉淀實驗研究 其對PAC 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PAC 處理低濁水具有較好的助凝 作用，當(dāng)原水濁度為21.8 NTU，PAC 投加量為10 mg/L時，適宜的廢紙漿投加量為20 mg/L，處理后出 水濁度為2.89 NTU，相比單獨使用PAC 的出水濁 度降低47%。

2）使用廢紙漿助凝劑時，宜在快速攪拌前投加， 采用100r/min 的中速攪拌速度，且其對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，出水的多項水質(zhì)指標(biāo)符合GB 5749－2006 的要求，可作為一種衛(wèi)生安全的凈水藥 劑使用。