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(duì)出水pH影響小等優(yōu)點(diǎn)，目前在國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用于水處理上。在本文中，采用粒徑分析、電導(dǎo)率以及可見(jiàn)紫外光譜法對(duì)影響PAC混凝效果及不利因素進(jìn)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(guò)多不僅影響絮凝效果，而且也造成因混凝劑無(wú)機(jī)離子的引入使原水電導(dǎo)率上升。由于通過(guò)絮凝劑的方式很難完全消除水中細(xì)小懸浮物，因此需要重視對(duì)后續(xù)水處理的過(guò)濾工藝。本方法對(duì)造紙?jiān)畠艋炷螚l件的控制將具有重要的指導(dǎo)意義。
造紙過(guò)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(biāo)，會(huì)給成紙帶來(lái)壓花、斑點(diǎn)、塵埃等各種紙病，雜質(zhì)含量超標(biāo)，會(huì)使成紙的物理強(qiáng)度下降，還會(huì)導(dǎo)致成紙施膠度下降進(jìn)而使成本提高。很顯然，使用自來(lái)水的成本太高，國(guó)內(nèi)大多數(shù)紙廠(chǎng)是采用河水并對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?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(guān)，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(shí)際情況及時(shí)調(diào)整凈化處理的工藝條件（如化學(xué)試劑的用量等），對(duì)于保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行、產(chǎn)品的質(zhì)量以及節(jié)省成本，將具有重要的指導(dǎo)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(guò)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(gè)環(huán)節(jié)，它是通過(guò)添加絮凝劑的方式將原水中的細(xì)小懸浮物聚集成大的顆粒，進(jìn)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(wú)機(jī)高分子絮凝劑，分子式為Aln(OH)mCl3n-m，與其他無(wú)機(jī)高分子混凝劑相比，具有分子結(jié)構(gòu)大，吸附能力強(qiáng)，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(diǎn)，因此已在水和原水處理的實(shí)際應(yīng)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(guān)，如溫度、pH值、水力條件、投藥量及時(shí)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(méi)有考慮由于絮凝劑的加入而引人的其它物質(zhì)，特別是對(duì)紙機(jī)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(lái)綜合評(píng)價(jià)絮凝工藝的優(yōu)劣。
在本文中，采用粒徑分析、電導(dǎo)率以及紫外可見(jiàn)光譜法（UV-vis）等手段對(duì)影響PAC混凝因素進(jìn)行了研究。主要是通過(guò)考察原水經(jīng)PAC絮凝前后的粒徑分布、無(wú)機(jī)離子電導(dǎo)率、UV-vis光譜結(jié)合可見(jiàn)光譜光散射（濁度）的變化，探討PAC混凝的條件（如混凝時(shí)間、混凝劑的加入量）對(duì)給定原水處理效果的綜合影響。該研究可為造紙?jiān)畠艋炷螚l件的控制提供指導(dǎo)。
1、實(shí)驗(yàn)
1.1實(shí)驗(yàn)儀器
馬爾文激光粒度儀（MS2000），150A臺(tái)式電導(dǎo)率儀，5415R高速離心機(jī)，8453型紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)（美國(guó)Agilent公司），石英比色皿（光程10mm，美國(guó)Agilent公司），Delta 320型pH計(jì)（上海Mettler To-ledo公司）移液槍?zhuān)?5mL容量瓶若干。
1.2材料及試劑
造紙?jiān)喝∽詵|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?jiān)跓昧蛩峄驓溲趸c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?jiān)ㄈ葜量潭龋瑩u動(dòng)均勻。沉降一定時(shí)間后在清液的1/2處取樣，測(cè)定上清液的吸光度、粒徑分布和電導(dǎo)率。
2、結(jié)果與討論
2.1PAC對(duì)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(guò)濾。然而，如果過(guò)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(jià)的聚合正價(jià)離子對(duì)于中和粘土膠核的負(fù)荷以及粘土膠體雙電層的壓縮能力很大，利于混凝過(guò)程；若溶液中聚合正價(jià)離子過(guò)多，脫穩(wěn)的膠體會(huì)隨時(shí)發(fā)生膠體再穩(wěn)現(xiàn)象。因此，過(guò)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(guò)濾）工藝的功效。
2.2PAC的電導(dǎo)率
PAC是無(wú)機(jī)離子，其中的陰離子是氯離子。當(dāng)其正離子與懸浮物形成大的沉積物而被濾出后，無(wú)機(jī)陰離子仍然留在水中。原水中無(wú)機(jī)陰離子含量增多，不僅對(duì)造紙?jiān)O(shè)備的腐蝕作用大，也會(huì)導(dǎo)致造紙助劑分子表面上的正電荷跟漿料上的負(fù)電荷接觸機(jī)率大大減少?gòu)亩档土酥鷦┑男Ч黾恿思?xì)小纖維等的損失，同時(shí)增加了白水處理的負(fù)荷。由于原水中的電導(dǎo)率與水中的無(wú)機(jī)離子的濃度相關(guān)，因此可用電導(dǎo)率進(jìn)行評(píng)價(jià)。
由圖2可知，原水中本身就含有一定量的無(wú)機(jī)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(dǎo)率都與PAC的加入量成正比關(guān)系。因此，在絮凝劑添加時(shí)需要考慮由于PAC無(wú)機(jī)陰離子引人而對(duì)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(xì)小的懸浮物通過(guò)高速離心可以顯著去除而使得電導(dǎo)率也大幅度下降。該結(jié)果說(shuō)明在原水處理工藝中，沉降后的過(guò)濾工藝優(yōu)劣，也直接關(guān)系到紙機(jī)用水的質(zhì)量，即：后續(xù)過(guò)濾工藝的優(yōu)劣直接影響到水的表觀澄清度，也關(guān)系到水中無(wú)機(jī)離子的含量。
2.3以紫外-可見(jiàn)光譜評(píng)價(jià)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(jiàn)光譜，由圖可知聚合氯化鋁本身在紫外波長(zhǎng)范圍（小于400nm）有吸收光譜。一般認(rèn)為，氯離子在更低的波長(zhǎng)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(xiàn)。通常，懸浮物在溶液中對(duì)人射光的散射的結(jié)果在紫外-可見(jiàn)光譜中成基線(xiàn)上移的現(xiàn)象，即濁度測(cè)量的基本原理。因此，我們也可以通過(guò)PAC處理水樣的紫外-可見(jiàn)光譜的變化，綜合評(píng)價(jià)其處理的效果。
2.3.1沉淀時(shí)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(shí)間下，不同的PAC混凝劑的加入量對(duì)濁度的影響如圖5所示。由圖可知，對(duì)于給定的水樣，當(dāng)PAC混凝劑的加入量為20mg/L時(shí)其濁度較小，濁度去除率達(dá)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(shuō)明，從表觀的水體澄清（即濁度）角度而言，PAC對(duì)懸浮物的沉淀有個(gè)較佳的加入量。
由圖5還可以看出，盡管通過(guò)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(dá)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(duì)后續(xù)過(guò)濾工藝加以重視。
2.3.2對(duì)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(jiàn)光譜，其中插入圖為投加不同量PAC后原水的紫外-可見(jiàn)導(dǎo)數(shù)光譜（單位波長(zhǎng)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(zhǎng)處的光譜吸收，其單位波長(zhǎng)變化率與原水在該波長(zhǎng)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(huì)引入了這些對(duì)工藝不利的無(wú)機(jī)離子。因此，選擇合理的PAC投加量可減少這些無(wú)機(jī)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(jī)運(yùn)行中由于水質(zhì)問(wèn)題而產(chǎn)生的故障以及產(chǎn)品質(zhì)量的問(wèn)題，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，提高紙廠(chǎng)運(yùn)行的效率和在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。
3、結(jié)論
本文主要是通過(guò)把原水的粒徑分布、電導(dǎo)率和低波長(zhǎng)的無(wú)機(jī)離子的光譜與可見(jiàn)波長(zhǎng)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(guò)量加入PAC對(duì)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(dá)到100%的效果），反而會(huì)由于PAC的加入，增加了溶液中的無(wú)機(jī)離子（與電導(dǎo)率成正比關(guān)系）；后續(xù)過(guò)濾工藝的優(yōu)劣直接影響到水的表觀澄清度，也與水中無(wú)機(jī)離子含量密切相關(guān)。
