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的助凝效果及處理低濁水的適應性。結果表明，當原水濁度為21.8NTU，聚合氯化鋁投加量為10mg/L時，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，且出水的多數水質指標已能滿足GB 5749-2006要求，可以作為一種多功能的凈水助凝劑。
低濁水處理是自來水廠的難題。增加加藥量能夠提高處理效果，同時也會產生金屬離子超標等問題，采用新型絮凝劑的處理效果雖然優于傳統藥劑，但有成本較高和存在二次污染等原因導致應用受限。相比之下，添加助凝劑的方法則更加簡單，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，產量正逐年增加。但其多用于生產低端紙品，因而一些學者將廢紙應用于制備吸附劑、吸水樹脂和復合材料等以實現高值化利用。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，研究其對聚合氯化鋁的助凝效果及處理低濁水的適應性，以期為解決低濁水處理問題提供參考，也為拓寬廢紙漿應用領域開拓新思路。現將結果分析如下：
一、廢紙漿投加量的影響
當原水濁度為21.8NTU，研究單獨使用聚合氯化鋁時，聚合氯化鋁投加量對混凝沉淀處理效果的影響，結果如表1所示。
表1聚合氯化鋁投加量對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，當投加量為40mg/L時，濁度較低為2.35NTU，而后繼續增加投加量，由于加藥量過大導致膠體再穩定，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廢紙漿對聚合氯化鋁的助凝效果，選擇聚合氯化鋁投加量為10mg/L，在相同實驗條件下研究廢紙漿與聚合氯化鋁配合使用時，廢紙漿投加量對混凝沉淀處理效果的影響，結果如表2所示。
表2廢紙漿投加量對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，當廢紙漿投加量為20mg/L，相應濁度為2.89NTU，相比單獨使用聚合氯化鋁的出水濁度（5.48NTU）降低47%；當投加量為30mg/L時，濁度較低，為2.59NTU，與單獨使用30mg/L聚合氯化鋁的處理效果相當（相應濁度為2.58NTU），而后繼續增加投加量，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，增加絮體粒徑，增強絮體的網捕、吸附和沉降性能，起到絮體結構改良劑和吸附劑的作用。而當廢紙漿投加量過大時，反而會阻礙膠體與聚合氯化鋁之間、膠體與膠體之間的相互作用，導致處理效果變差。因此，廢紙漿對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濟成本，適宜的廢紙漿投加量為20mg/L。
二、廢紙漿投加時間點的影響
實踐證明，聚丙烯酰胺作為助凝劑使用時，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，需要進一步研究。當原水濁度為7.33NTU，聚合氯化鋁、廢紙漿投加量分別為10、20mg/L時，研究廢紙漿的投加時間點對混凝沉淀處理效果的影響，結果表明，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，較高的轉速產生的水力剪切作用能夠將相互纏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。
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。該過程反應速度快，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揮網捕作用去除水中的膠體和微小絮體。相比之下，中速攪拌既要承擔凝聚作用，提高脫穩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節。因此，中速攪拌作用強度相比快速和慢速更值得研究。
當原水濁度為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處理效果的影響，改變中速攪拌速度分別為100、150、200r/min，結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時處理效果較好，此時出水濁度為2.29NTU。
中速攪拌時較低轉速下的處理效果好，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速度，而過大的轉速產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，由于混凝反應過程（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，轉速100r/min時的G為80.8s-1、而轉速50r/min的G僅為28.6s-1，故中速攪拌不宜選擇50r/min的轉速。因此，廢紙漿作為助凝劑與聚合氯化鋁配合使用時，適宜的中速攪拌速度為100r/min。
四、原水濁度對處理效果的影響
當聚合氯化鋁、廢紙漿投加量分別為10、20mg/L時，研究廢紙漿與聚合氯化鋁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10mg/L聚合氯化鋁的處理效果相比較結果如圖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。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，膠體顆粒的數量較多，相比之下聚合氯化鋁的投加量僅為10mg/L，用量不足，其壓縮雙電層和電中和作用能力有限，因而導致處理效果下降。同時，投加廢紙漿對聚合氯化鋁具有穩定的助凝效果，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聚合氯化鋁處理低濁水的助凝效果。
五、原水pH的影響
當原水濁度為12.06NTU、聚合氯化鋁、廢紙漿投加量分別為10、20mg/L時，研究原水pH的變化對混凝沉淀處理效果的影響，結果如表3所示。
表3pH對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pH為8時去除率較高，而后繼續增加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，進而影響廢紙漿與聚合氯化鋁配合使用的處理效果。
當pH較低時，H+含量高，阻礙鋁的水解反應過程，導致形成的絮體較少，處理效果差；而當pH較高時，又會導致絮體溶解生成Al(OH)4-，絮凝效果減弱。pH的變化也會影響廢紙漿的性質，堿性環境能使纖維素潤脹，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，但可能導致部分纖維素溶解，對水質產生不利影響。因此，廢紙漿與聚合氯化鋁配合使用處理低濁水時，弱堿性水質能夠取得更好的處理效果。
六、出水的衛生可靠性
廢紙漿助凝劑可提高濁度處理效果，但所含的雜質也可能對水質產生其他影響，因此有必要檢測其他水質指標，以便評價廢紙漿的作用效果和水質的衛生可靠性。
當原水濁度為18.48NTU、聚合氯化鋁、廢紙漿投加量分別為10、20mg/L時，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指標，與單獨使用10mg/L聚合氯化鋁的出水、與原水和GB 5749-2006的限值進行參照。結果如表4所示。
表4各水樣的水質情況
| 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O2計，總硬度以CaCO3計，低于檢測限的采用“＜檢測限值”方式標注。
由表4可見，使用廢紙漿助凝劑相比單獨使用聚合氯化鋁，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構、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。而出水的其他水質指標與原水水質相當，且除濁度外的其他檢測指標均已經能夠滿足GB 5749-2006的要求，說明廢紙漿助凝劑的使用不會對水質產生不利影響，具有較好的衛生可靠性。
七、結論
以廢紙漿作為助凝劑，通過混凝沉淀實驗研究其對聚合氯化鋁的助凝效果及處理低濁水的適應性，得到以下結論：
1、廢紙漿對聚合氯化鋁處理低濁水具有較好的助凝作用，當原水濁度為21.8NTU、聚合氯化鋁投加量為10mg/L時，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，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，出水的多項水質指標符合GB 5749-2006的要求，可作為一種衛生可靠的凈水藥劑使用。
