摘要：聚合氯化鋁是一種目前較廣泛使用的混凝劑，它具有用量少、除濁高、對出水pH影響小等優(yōu)點，目前在國內(nèi)外廣泛應用于水處理上。在本文中，采用粒徑分析、電導率以及可見紫外光譜法對影響PAC混凝效果及不利因素進行了綜合的研究。結(jié)果表明：PAC可將原水中粒徑較小的懸浮物凝聚成大顆粒絮狀物而緩慢下沉， PAC投加量過多不僅影響絮凝效果，而且也造成因混凝劑無機離子的引入使原水電導率上升。由于通過絮凝劑的方式很難完全消除水中細小懸浮物，因此需要重視對后續(xù)水處理的過濾工藝。本方法對造紙原水凈化混凝段條件的控制將具有重要的指導意義。

造紙過程（制漿、洗滌、抄紙等）需要大量的用水，因此水的潔凈程度直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。如抄紙工段用水的濁度超標，會給成紙帶來壓花、斑點、塵埃等各種紙病，雜質(zhì)含量超標，會使成紙的物理強度下降，還會導致成紙施膠度下降進而使成本提高。很顯然，使用自來水的成本太高，國內(nèi)大多數(shù)紙廠是采用河水并對其進行適當?shù)膬艋幚怼Ｓ捎谔烊凰吹臐崈舫潭扰c地理位置、環(huán)境、氣候等因素密切相關，存在著諸多不確定的因素（如水中懸浮物和污染物含量的變化），因此，研究如何根據(jù)原水的實際情況及時調(diào)整凈化處理的工藝條件（如化學試劑的用量等），對于保證生產(chǎn)的正常進行、產(chǎn)品的質(zhì)量以及節(jié)省成本，將具有重要的指導意義。

目前主要的生產(chǎn)用水凈化工藝有諸多的處理步驟，如混凝法、膜過濾、厭氧或好氧生物處理、酶處理、氧化劑處理和多效蒸發(fā)法。其中，混凝法通常是水凈化處理的一個環(huán)節(jié)，它是通過添加絮凝劑的方式將原水中的細小懸浮物聚集成大的顆粒，進而加速懸浮物的沉積速度。在眾多的混凝劑中，聚合氯化鋁（PAC）的使用較廣泛。它是一種高性能無機高分子絮凝劑，分子式為Al_n(OH)_mCl_3n-m，與其他無機高分子混凝劑相比，具有分子結(jié)構(gòu)大，吸附能力強，混凝性能好，絮體大，絮體沉降速度快，投加量少，成本低等優(yōu)點，因此已在水和原水處理的實際應用中占有主要的地位（90%以上）。聚合氯化鋁的絮凝作用與許多因素有關，如溫度、pH值、水力條件、投藥量及時間等。在這些因素的研究中，投藥量的控制大多是根據(jù)濁度法觀察水的外觀程度，沒有考慮由于絮凝劑的加入而引人的其它物質(zhì)，特別是對紙機濕部有不利影響的陰離子。因此，有必要從水的表觀和內(nèi)在的潔凈程度來綜合評價絮凝工藝的優(yōu)劣。

在本文中，采用粒徑分析、電導率以及紫外可見光譜法（UV-vis）等手段對影響PAC混凝因素進行了研究。主要是通過考察原水經(jīng)PAC絮凝前后的粒徑分布、無機離子電導率、UV-vis光譜結(jié)合可見光譜光散射（濁度）的變化，探討PAC混凝的條件（如混凝時間、混凝劑的加入量）對給定原水處理效果的綜合影響。該研究可為造紙原水凈化混凝段條件的控制提供指導。

1、實驗

1.1實驗儀器

馬爾文激光粒度儀（MS2000），150A臺式電導率儀，5415R高速離心機，8453型紫外-可見分光光度計（美國Agilent公司），石英比色皿（光程10mm，美國Agilent公司），Delta 320型pH計（上海Mettler To-ledo公司）移液槍，25mL容量瓶若干。

1.2材料及試劑

造紙原水：取自東江湖水；

聚合氯化鋁（PAC）：固體，Al₂O₃含量（30±1）%，鹽基度45%-60%，配制成濃度1g/L的溶液；硫酸（1mol/L）和氫氧化鈉溶液（1mol/L）；

1.3操作方法

取造紙原水于燒杯，用硫酸或氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值。在25mL容量瓶加入一定量PAC混凝劑溶液，用造紙原水定容至刻度，搖動均勻。沉降一定時間后在清液的1/2處取樣，測定上清液的吸光度、粒徑分布和電導率。

2、結(jié)果與討論

2.1PAC對原水中懸浮物的粒徑分布的影響

為了凈化原水，通常要在水中加入一定劑量的混凝劑，使原水中不易沉淀的小粒徑膠體脫穩(wěn)而形成大粒徑的絮體，從而便于沉降處理。圖1是原水以及原水加不同量的絮凝劑在靜置25min后其上清液中的膠體粒徑的分布情況。

由圖可知：原水中懸浮物顆粒分布的平均粒徑較小（不利于沉降）。投加適量PAC（20mg/L）后可使原水中懸浮物顆粒分布的平均粒徑增加，有利于沉降和過濾。然而，如果過量加入PAC（50mg/L）后，反而使懸浮物顆粒分布的平均粒徑趨于變小，不利于懸浮物的沉降。這是由于鋁鹽高價的聚合正價離子對于中和粘土膠核的負荷以及粘土膠體雙電層的壓縮能力很大，利于混凝過程；若溶液中聚合正價離子過多，脫穩(wěn)的膠體會隨時發(fā)生膠體再穩(wěn)現(xiàn)象。因此，過量加入沉淀劑不僅造成的水處理成本的提高，也影響到水體澄清（沉降、過濾）工藝的功效。

2.2PAC的電導率

PAC是無機離子，其中的陰離子是氯離子。當其正離子與懸浮物形成大的沉積物而被濾出后，無機陰離子仍然留在水中。原水中無機陰離子含量增多，不僅對造紙設備的腐蝕作用大，也會導致造紙助劑分子表面上的正電荷跟漿料上的負電荷接觸機率大大減少從而降低了助劑的效果，增加了細小纖維等的損失，同時增加了白水處理的負荷。由于原水中的電導率與水中的無機離子的濃度相關，因此可用電導率進行評價。

由圖2可知，原水中本身就含有一定量的無機離子，加入PAC后不論是經(jīng)靜置20min后還是高速離心后的水樣中的電導率都與PAC的加入量成正比關系。因此，在絮凝劑添加時需要考慮由于PAC無機陰離子引人而對后續(xù)工藝產(chǎn)生的不利影響。由圖我們還可以看出，水中細小的懸浮物通過高速離心可以顯著去除而使得電導率也大幅度下降。該結(jié)果說明在原水處理工藝中，沉降后的過濾工藝優(yōu)劣，也直接關系到紙機用水的質(zhì)量，即：后續(xù)過濾工藝的優(yōu)劣直接影響到水的表觀澄清度，也關系到水中無機離子的含量。

2.3以紫外-可見光譜評價PAC處理水樣的效果

圖3示意了不同濃度的聚合氯化鋁紫外-可見光譜，由圖可知聚合氯化鋁本身在紫外波長范圍（小于400nm）有吸收光譜。一般認為，氯離子在更低的波長范圍有紫外吸收，在250-400nm之間的吸收是氫氧化鋁正離子的貢獻。通常，懸浮物在溶液中對人射光的散射的結(jié)果在紫外-可見光譜中成基線上移的現(xiàn)象，即濁度測量的基本原理。因此，我們也可以通過PAC處理水樣的紫外-可見光譜的變化，綜合評價其處理的效果。

2.3.1沉淀時間和用量的影響

在前期的研究中，人們發(fā)現(xiàn)聚合氯化鋁處理原水絮凝在pH=8.0左右較為理想。由圖4所示，在該pH條件下原水在420nm的吸光度（濁度）在添加聚合氯化鋁（20mg/L）后可顯著下降，并在靜止20min后已基本趨于穩(wěn)定。

在該給定的時間下，不同的PAC混凝劑的加入量對濁度的影響如圖5所示。由圖可知，對于給定的水樣，當PAC混凝劑的加入量為20mg/L時其濁度較小，濁度去除率達到90%，而繼續(xù)增加PAC混凝劑的用量反而使?jié)岫壬仙＿@一結(jié)果和上面圖1中懸浮物粒徑分布的現(xiàn)象是相吻合的。這說明，從表觀的水體澄清（即濁度）角度而言，PAC對懸浮物的沉淀有個較佳的加入量。

由圖5還可以看出，盡管通過聚合氯化鋁混凝劑的加人入可顯著提高水的表觀澄清的程度，但要想使其濁度為0（即達到100%的效果），靠自然沉降的澄清方法是不可能的。因此，需要對后續(xù)過濾工藝加以重視。

2.3.2對PAC處理水體紫外光譜的分析

圖6是投加不同量PAC后原水的紫外-可見光譜，其中插入圖為投加不同量PAC后原水的紫外-可見導數(shù)光譜（單位波長的變化率）。結(jié)合圖3和圖6可以看出，由于氯離子和氫氧化鋁正離子在（200-250）nm波長處的光譜吸收，其單位波長變化率與原水在該波長范圍的變化率是不吻合的。這也就從光譜上證明了PAC的添加會引入了這些對工藝不利的無機離子。因此，選擇合理的PAC投加量可減少這些無機離子不必要的引入，得到造紙用水所需的更潔凈的水質(zhì)，以減少紙機運行中由于水質(zhì)問題而產(chǎn)生的故障以及產(chǎn)品質(zhì)量的問題，進而實現(xiàn)節(jié)能減排，提高紙廠運行的效率和在市場上的競爭力。

3、結(jié)論

本文主要是通過把原水的粒徑分布、電導率和低波長的無機離子的光譜與可見波長的濁度吸收相結(jié)合的方法，探討了PAC混凝較佳條件的選擇和優(yōu)化。研究表明：過量加入PAC對懸浮物的沉淀不利，造成混凝效果降低；盡管PAC混凝劑的加入可顯著提高水的表觀澄清程度，但靠自然沉降的澄清方法不能使其濁度為0（即達到100%的效果），反而會由于PAC的加入，增加了溶液中的無機離子（與電導率成正比關系）；后續(xù)過濾工藝的優(yōu)劣直接影響到水的表觀澄清度，也與水中無機離子含量密切相關。