PAC和PAM在造纸废水处理中的应用

Posted 2023-01-12 水处理

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介绍了PAC和PAM在造纸废水处理中作用的原理及应用的种类，在造纸废水处理系统中使用的工段，小试和中试的方法。
美国将造纸工业废水列为六大工业公害之一，日本列为五大工业公害之一。国内造纸废水的处理近年来控制的更为严格。采用较常见的处理流程是物化处理，生化处理加深度处理。聚合氯化铝(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)用于造纸废水处理属于其中的混凝沉淀法，被称为废水处理的“黄金组合"，是造纸废水处理的重要方法，在造纸废水处理中有着广泛的工程应用。
1.造纸废水处理中使用PAC和PAM的原理及种类
PAC是无机高分子絮凝剂中技术最成熟，市场销售量最大的一种，是一种金属络合物，铝是中心离子，氢氧根及氯根为配位体，通过羟基而架桥聚合，产品分固体和液体俩种。
实验通式为AIn(OH)mCI(3n-m)，碱度(m/n)是水合AI3+的中和度，能够表示PAC的特性。PAC碱度在0.5～2.5，应用于造纸废水处理主要是中等碱度的PAC。生产PAC的方法有氯化铝与碱反应，氢氧化铝与盐酸反应等。例如：

PAC的水溶液是介于三氯化铝和氢氧化铝之间的水解产物，带有胶体电荷，因此对水中的悬浮物有极强的吸附性，从而达到絮凝水中悬浮物的目的。PAM是最早开发出的有机高分子絮凝剂，分子式为(C3H5NO)n，是由单体丙烯酰胺(AM)经自由基聚合而成。以丙烯为主要原料，与水按一定比例混合，在有铜催化剂的条件下，经过水合，提纯，聚合，干燥，粉碎等工序，便可生产出PAM。在制备中可引进不同的带电基团，故有阴离子型，阳离子型，两性及非离子型PAM产品。工业上将凡含有50%以上丙烯酰胺单体的聚合物，都泛称作聚丙烯酰胺(poiyacrylamide)。PAM根据分子质量可分为低分子量(100万以下)、中分子量(100万～1000万)、高分子量(1000万～1500万)、超分子量(1500万以上)。相对分子质量高(>700万)的PAM多用作造纸废水处理中的絮凝剂。
由于PAM分子链中含有一定数量的极性基团，它能通过吸附废水中悬浮的固体粒子，使粒子间架桥或通过电荷中和使粒子凝聚形成大的絮凝物，所以，它可以加速悬浮液中粒子的沉降，有非常明显的加快溶液澄清的效果。
2.PAC和PAM在造纸废水中应用的工段
PAC和PAM应用于造纸废水处理系统气浮池，一沉池，或三沉池深度处理。造纸废水通过斜网后，大的悬浮物得到去除，通过PAC和PAM的联合絮凝，进一步将其中的小悬浮物絮凝气浮或沉淀去除。
在废水污泥脱水中由于纤维表面带负电荷，所以必须用阳离子PAM。应用于造纸废水絮凝沉淀在实例中发现阳离子效果更佳，但阳离子市场价格是阴离子的二到三倍，故一般采用阴离子PAM。
PAC和PAM的投加点为PAC在提升泵前投加，通过水泵叶轮的剧烈螺旋搅拌作用，PAC与废水中的细小悬浮物充分混合，形成细小的絮体。为防止已经絮凝好的矾花被泵叶轮打碎，PAM加入泵后，将小絮体凝结形成粗大的絮体。也可在PAC和PAM投加点之间加入管道混合器，水流通过管道混合器产生分流、交叉混合和反向旋流三个作用，使加入的PAC迅速、均匀地扩散到整个水体中，达到瞬间混合的目的。之后废水再与PAM絮凝形成大的矾花。
3.PAC和PAM处理造纸废水的实验室小试
在实验室准备秒表，四个1L的烧杯和玻璃棒。将取得的造纸废水在四个烧杯中各加入1L，玻璃棒充分搅拌均匀，按处理废水现在实际的PAC用量，以0.8倍，1倍，1.2倍，1.4倍量尽可能同时加入废水中。同时快速搅拌15秒，模拟快混池的效果。静至沉淀半小时，观察四个烧杯中矾花的沉淀快慢，上清液的清澈程度，沉淀矾花的密实程度，及矾花间隙水的清澈程度，综合判断最佳的PAC投加量。在上述已投加过PAC的四个烧杯中，按处理废水现在实际的的PAM用量，以0.8倍，1倍，1.2倍，1.4倍量尽可能同时加入，同时按40转/分速度慢速搅拌2分钟，防止把矾花打碎，模拟慢混池效果，静置沉淀半小时，观察使用效果。通过仔细确认和反复调整确定最佳PAM加药量。
PAC和PAM在造纸废水处理中主要目的是去除其中的悬浮物，对COD的去除不是重点。去除COD主要依靠后续生化池的处理。
4.PAC和PAM处理造纸废水的现场小试
取两支100mL量筒或其他带刻度容器，在量筒中加入100mL废水，按较小加药量加入PAC，左手托住量筒底部，右手手掌按住量筒口，将量筒倒置反复摇匀混合，静止沉淀数分钟，观察絮凝效果。缓慢逐渐增大加药量，观察最佳效果。效果不错时，保留这支量筒中的废水以做对比，在另一只量筒中增大或减少药量，综合对比，确定最佳药量。
在确定最佳PAC加药量的废水中加入PAM，缓慢倒置数次量筒混合废水，并改变PAM加药量，观察絮凝效果，确定最佳PAM用量。
5.PAC和PAM处理造纸废水的现场中试
按小试确定的最佳用药量，计算日处理造纸废水水量需要的药品后配制药液投加。PAC按5%～10%浓度溶解。PAM溶解较困难，按0.1%～0.3%浓度溶解，溶解时缓慢加入PAM，按40转/分慢速搅拌半小时以上充分溶解使用。配好的PAM药液尽快使用，一周左右即失效。连续投加一天后，将一沉池的废水全部置换掉，观察实际的处理效果，决定是否按最佳药量投加。若效果不理想，可增加或减少加药量，继续使用一天后观察处理效果。
按最佳药量使用后，需及时观察对生化池是否产生影响。在实际运行中曾发生过投加PAC和PAM的物化段悬浮物和COD去除率明显提高，但生化池却发生运行故障，COD去除率下降，短期内爆发严重的污泥膨胀现象。分析原因可能是由于商品PAM中含有有毒的未聚合的丙烯酰胺单体，导致生化池活性污泥中毒引起。在造纸废水处理工程实际使用中，PAC用量一般不超过200mg/L，PAM用量一般不超过5mg/L。