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本文作者：劉存海韓利萍劉剛作者單位：陜西科技大學(xué)

0引言

近幾年來(lái)，隨著造紙工業(yè)的迅速發(fā)展，造紙黑液因其排放量大，COD指數(shù)高、色度深等特點(diǎn)，已對(duì)環(huán)境造成了危害，嚴(yán)重地威脅著人們的身體健康．因而，探索一種工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，COD降解能力強(qiáng)的新型廢水處理方法勢(shì)在必行．傳統(tǒng)的造紙黑液處理方法主要有堿回收法、酸析法、LB－1堿析法、絮凝沉淀法，以及生物處理法等［1］．絮凝法廣泛應(yīng)用于各種水處理系統(tǒng)，可以最大限度地除去廢水中膠體污染物［2］，在造紙領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用．再經(jīng)氧化處理可進(jìn)一步降低上清液的COD值［3］．而超濾分離技術(shù)是一項(xiàng)高效的分離、凈化和濃縮技術(shù)，應(yīng)用于造紙廢水處理的研究已取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，并已開(kāi)始進(jìn)入工業(yè)化階段［4］．超濾是通過(guò)膜的篩分作用將溶液中大于膜孔徑的大分子溶質(zhì)截留，使其與溶劑及小分子組分分離的膜過(guò)程［5］．本課題主要研究通過(guò)絮凝氧化處理造紙黑液，使COD大幅度降低，最后通過(guò)超濾離心使廢水達(dá)到循環(huán)利用的要求．

1實(shí)驗(yàn)部分

1．1材料來(lái)源

造紙黑液來(lái)源：西安兄弟紙業(yè)有限公司提供，COD值為102984mg•L－1，pH值為8．2；膜材料：樹(shù)脂纖維．

1．2主要試劑和儀器

試劑：聚合硫酸鐵PFS（工業(yè)級(jí)），焦作市應(yīng)用化學(xué)研究所；陽(yáng)離子聚丙烯酰胺CPAM（工業(yè)級(jí)），化工部廣州CPAM工程技術(shù)中心；聚合氯化鋁PAC（工業(yè)級(jí)），鞏義市康源化工廠；過(guò)硫酸銨（A．R．），陜西寶化有限責(zé)任公司；氫氧化鈉（C．R．），天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；聚乙烯醇；濃硝酸．儀器：電熱鼓風(fēng)機(jī)干燥箱（上海實(shí)驗(yàn)儀器廠）、21型分光光度計(jì)（上海第三分析儀器廠）、DR1010COD測(cè)定儀（美國(guó)HACH）、PHS－25數(shù)字酸度計(jì)（上海精密科學(xué)儀器有限公司）、Sartorius塞多利斯天平（北京塞多利斯儀器系統(tǒng)有限公司）、YBY－200搖擺式高速中藥粉碎機(jī)（廣州市一搏機(jī)電設(shè)備有限公司）、571型COD測(cè)定儀（上海精密科學(xué)儀器有限公司）、小型離心機(jī)（自制）．

1．3實(shí)驗(yàn)方法

1．3．1處理工藝條件實(shí)驗(yàn)

處理造紙黑液的工藝流程如圖1所示．造紙黑液先經(jīng)復(fù)合絮凝處理，過(guò)濾出上清液，采用過(guò)硫酸銨進(jìn)一步氧化，靜置，使COD含量降低，最后經(jīng)超濾膜離心處理，檢測(cè)上清液中各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，合格后循環(huán)利用．

1．3．2膜的制備

取少量經(jīng)粉碎的樹(shù)脂纖維放于100mL的燒杯中，按一定比例加入NaOH／尿素浸泡24h，使其褪色［6］，放入35％的硝酸中脫脂，蒸餾水清洗，過(guò)濾，加入一定量比例的聚乙烯醇，攪拌待其混合，制成一定濃度的纖維素粘稠液．將玻璃板經(jīng)蒸餾水洗、無(wú)水乙醇超聲波清洗烘干之后，用刮刀在其上面刮成一定厚度的膜，然后連同玻璃板一起浸入到凝膠浴中，使其充分凝膠，得到厚度為2mm左右的透明對(duì)稱膜，浸入30％的甘油水溶液增塑30min，自然晾干，待用［7］．

1．3．3絮凝劑的絮凝性能試驗(yàn)

（1）單一絮凝劑的選擇

取8只200mL的燒杯進(jìn)行編號(hào)，分別加人100mL造紙黑液，再分別用移液管加人1．0mL、2．0mL、3．0mL、4．0mL、5．0mL、6．0mL、7．0mL、8．0mL濃度為10．0g•L－1的PAC溶液，調(diào)節(jié)pH，攪拌15min，靜置12h，測(cè)定上清液的COD值．繪制出COD值－絮凝劑加入量的關(guān)系曲線．同法分別繪制COD值對(duì)聚合硫酸鐵（PFS）、陽(yáng)離子聚丙烯酰胺（CPAM）兩種絮凝劑用量的關(guān)系曲線（PAC、PFS和CPAM濃度分別為5．0g•L－1、8．0g•L－1、1．0g•L－1）．

（2）復(fù)合絮凝劑的選擇

取8只100mL的燒杯進(jìn)行編號(hào)，分別加入造紙黑液50mL，均加入聚合氯化鋁的最佳量，再將聚合硫酸鐵分別以1．0mL、2．0mL、3．0mL、4．0mL、5．0mL、6．0mL、7．0mL、8．0mL加入，攪拌15min后靜置24h，測(cè)定上清液的COD值，繪制出COD隨絮凝劑加入量的變化曲線．以確定PAC與PFS混合使用的最佳比例和用量．再取8份50mL黑液按上述比例和最佳投加量加入PAC和PFS，將CPAM分別以1．0mL、2．0mL、3．0mL、4．0mL、5．0mL、6．0mL、7．0mL、8．0mL加入攪拌15min后靜置24h，測(cè)定上清液的COD值，并繪制COD隨絮凝劑加入量的變化曲線，最終確定PAC、PFS和CPAM混合使用的最佳比例和用量．

（3）pH值

分別取等量的造紙黑液于燒杯中，按照（2）的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，加入復(fù)合絮凝劑的最佳配比量，調(diào)節(jié)pH值為4．5、5．0、5．5、6．0、6．5、7．0、7．5、8．0，測(cè)定上清液的COD值，并繪制出COD隨pH值變化曲線，確定最佳pH．

1．3．4絮凝后上清液氧化效果的實(shí)驗(yàn)

取8份經(jīng)復(fù)合絮凝處理的上清液50mL于燒杯中，先將pH調(diào)節(jié)在8．0左右，分別加入10％的過(guò)硫酸銨1．0mL、2．0mL、3．0mL、4．0mL、5．0mL、6．0mL、7．0mL、8．0mL，加熱煮沸一小時(shí)左右，靜置，測(cè)其COD值．

1．3．5超濾膜的制備及超濾實(shí)驗(yàn)

分別用含聚乙烯醇2％、2．5％、3％、3．5％、4％、4．5％、5％制備的超濾膜，自制離心機(jī)，處理絮凝和氧化后的黑液，分別測(cè)定COD和濾渣固含量．

2結(jié)果與討論

2．1單一絮凝劑對(duì)造紙廢水絮凝效果分析

選用三種不同的絮凝劑PAC、PFS、CPAM對(duì)造紙黑液進(jìn)行處理，向等量的造紙廢水中分別加入單一絮凝劑，攪拌，靜置過(guò)濾出上清液，測(cè)其COD，分別確定各絮凝劑的投入最佳量，如圖2所示．圖2PAC、PFS、CPAM的加入量與COD值的關(guān)系按上述方法進(jìn)行操作，當(dāng)單獨(dú)加入PAC、PFS時(shí)，溶液立即出現(xiàn)絮凝沉淀，攪拌靜置一段時(shí)間，沉淀與上層清液的界面清晰；當(dāng)單獨(dú)加入CPAM溶液后，溶液沒(méi)有發(fā)生明顯變化，放置較長(zhǎng)一段時(shí)間后，在少數(shù)燒杯底部和中部形成大塊絮狀沉淀，上清液顏色較深．故不適宜單獨(dú)使用有機(jī)絮凝劑進(jìn)行廢水處理．

2．2復(fù)合絮凝劑對(duì)造紙廢水絮凝效果分析

由圖2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：采用單一絮凝劑對(duì)造紙黑液進(jìn)行處理，所形成的沉淀顆粒細(xì)小，未能形成大的絮團(tuán)，且沉降速度較慢，使COD降低難以達(dá)到要求．因此，將絮凝劑PAC、PFS、CPAM進(jìn)行復(fù)配，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示．當(dāng)復(fù)合絮凝的用量為PAC∶PFS∶CPAM＝5∶2∶2時(shí)，絮凝效果最佳，COD降低至982mg•L－1．

2．3復(fù)合絮凝最佳pH的確定

依據(jù)2．2所確定的復(fù)合絮凝劑的最佳配比量來(lái)處理造紙黑液，調(diào)節(jié)pH，測(cè)其上清液的COD值，結(jié)果如圖4所示．當(dāng)pH＝6．8時(shí)，COD值最低，效果最佳．

2．4氧化效果分析按1．3．4所述方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，用10％的過(guò)硫酸銨氧化處理復(fù)合絮凝后的造紙黑液，其氧化效果如圖5所示．當(dāng)過(guò)硫酸銨的加入量為6mL時(shí)，上清液COD值最低為203mg•L－1．隨著過(guò)硫酸銨加入量的增大，COD值幾乎不變．

2．5超濾膜效果分析

按1．3．5所述，采用自制的超濾膜離心機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖6所示．對(duì)于每20g樹(shù)脂纖維，當(dāng)聚乙烯醇的含量為4％時(shí)，經(jīng)超濾處理后溶液中殘余的濾渣固含量最少，且上清液的COD值最低為86mg•L－1．主要因其孔徑大小接近于超濾膜孔徑（0．05μm－1nm），遠(yuǎn)大于水分子而小于造紙纖維的孔徑．

3結(jié)論

針對(duì)西安兄弟紙業(yè)有限公司提供的造紙黑液，采用復(fù)合絮凝—化學(xué)氧化—超濾技術(shù)相結(jié)合的方法進(jìn)行處理研究．實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：經(jīng)處理后測(cè)其上清液，使COD由102984mg•L－1降至86mg•L－1，去除率為99．92％．黑液經(jīng)處理可以循環(huán)利用，節(jié)約了大量水資源，并有效地保護(hù)了自然生態(tài)環(huán)境．