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化学原理在造纸废水处理中的应用


    摘 要:本文介绍了化学原理在造纸废水处理的应用,讨论了基于絮凝、氧化还原等原理的造纸废水的具体处理方法,絮凝法中探究了不同絮凝剂作用的化学原理以及应用,氧化还原法中介绍了不同的工艺技术。

    关键词:造纸废水;絮凝法;氧化还原法

    造纸工业废水大量排出,并且具有复杂的组分,特别是含有大量难以降解的有机物质,例如木质素、半纤维素和单糖。它容易造成严重的环境污染,是一种高浓度有机废水,并且非常难处理。生物降解性差,毒性高,气味重,泡沫多。[1]

    处理废水的方法根据原理大体上分为以下三种,它们是物化处理法、化学处理法和生物处理法。本文主要通过化学反应探讨化学原理在造纸废水处理中的应用,包括絮凝法,氧化还原法等。

    1·絮凝法

    化学絮凝法通过向废水中添加絮凝剂使悬浮颗粒或胶体在水中附聚形成絮凝物,并将絮凝物与废水分离以除去污染物并净化废水。化学絮凝法具有较高的色度和浊度去除率,是一种经济、实用、简便、有效的污水处理技术,广泛应用于造纸工业废水处理中。我们在探究絮凝法用来处理造纸废水中时,怎么样选择絮凝剂是很重要的。

    1.1 无机絮凝剂

    无机絮凝剂有传统无机絮凝剂和无机高分子絮凝剂两大类。传统的无机絮凝剂主要是指硫酸铝、氯化铁这些分子量很低的化合物,其作用机理为在静电力的作用下金属阳离子与带负电荷的胶体结合从而使得胶体表面的一部分电荷被中和进而使胶体表面的扩散层被压缩,由于范德华力沉降下来;无机高分子絮凝剂对传统铁盐、铝盐絮凝剂进一步研究得来,如聚合氯化铝(PAC)、聚合磷酸铝(PAP)等,增强了絮凝能力和絮凝效果且价格低。刘晓红,严开奇等人制备了聚硅酸铝铁(PAFSC)絮凝剂,用于处理造纸废水,絮凝效果好 [2]。

    1.2 有机絮凝剂

    有机絮凝剂通过许多链节按照顺序链节成线性分子,链节与链节之间通过共价键连接在一起。有机絮凝剂有两种,一类为合成高分子,一类为天然改性高分子。合成有机高分子絮凝剂有聚丙烯酰胺(PAM)等,它利用吸附桥接原理,可以很好的去除色度和浊度;天然改性的有机聚合物絮凝剂包括淀粉衍生物,纤维素衍生物等,并且絮凝剂中含有大量活性集团如 OH-等,性能较高,价格低且易生物降解,避免了二次污染。刘军海等人把玉米淀粉和丙烯酰胺做为原料,制成淀粉接枝丙烯酰胺聚合物 (S-g-PAM) 高分子絮凝剂,把制成的絮凝剂用来处理造纸废水,具有良好的处理效果 [3]。

    微生物絮凝剂也是一种天然有机高分子絮凝剂,在处理造纸废水时高效、可生物降解、安全。微生物絮凝剂的机理如下。一是吸附架桥机理,认为它们是通过氢键和离子键与悬浮物结合,形成较为紧密的絮凝体从而沉淀分离。二是电性中和机理,认为带正电的的微生物絮凝剂靠近带负电的胶体粒子时发生正负电荷抵消,胶体本身是不稳定的,通过两者之间的自由碰撞和分子间作用力,他们最终形成一个整体。最后沉淀分离。李文鹏等以微生物絮凝剂 LBF 处理造纸废水,COD、SS、色度去除率分别为 39%、87%、71%,有较好的处理效果 [4]。

    由于造纸原料不同,造纸废水中的成分也很复杂,所以在选择絮凝剂的时候要根据水质的具体情况进行分析。实际处理中,单一的絮凝剂具有一定的局限性,复合型絮凝剂可以进一步提高净水能力,在造纸废水处理中应用十分广泛。

    2·氧化还原法

    造纸废水的主要化学原理是氧化还原。使污染物在处理过程中被氧化或者被还原,有机物分解为无害的物质,使污水得到处理。造纸废水处理中常用的方法包括超临界水氧化,湿式空气氧化和电化学等。

    2.1 超临界水氧化法

    当水处于超临界状态时其基本性能会发生很多改变,进而表现出类似非极性有机化合物的性质,在这个时候水可以和有机物、氧气等物质互溶,有机物就能在氧气充足的均相反应。最后,有机物被氧化为 N2、H2O、CO2 以及其他等无害物质。因此,超临界水氧化法技术在分解有机物等方面具有高效,快速的优势,经济上合理,对环境有利。

    该技术在欧洲、美国、日本等发达国家已经取得了很好的研究成果并应用于造纸废水处理中,我国仍然处于中试阶段。

    戴航等在一定条件下通过超临界水反应系统 TOC 去除率达到将近百分之百,证明超临界水氧化在处理造纸废水中有很好的效果 [5]。

    2.2 湿式空气氧化法

    湿式空气氧化法(WAO)是一种废水处理方法,在液相水存在通过高温和高压氧化处理液体中悬浮或溶解的有机物质。在高温和高压下,使用空气或氧气作为氧化剂将有机物质氧化成液相中的水蒸气和二氧化碳以去除有机物。WAO 是 1944 年由 F.J.ZimmermannLlu 提出的。

    但是,由于投资和运营成本过高,反应条件苛刻等问题,大规模推广时仍存在一些的局限性。

    2.3 电化学法

    电化学法即利用电化学原理,利用可溶性金属做电极,通电之后可溶性金属电极在水中产生金属离子的水解,聚合,生成一系列起凝聚作用的水解产物,并且通过氧化还原反应,破坏有机物的结构,去除其生物毒性。废水的电化学处理具有多种功能,具有体积小,占地面积小,操作灵活等优点,但需要大量电能和高成本。

    时峰等人利用电化学的相关组合工艺的实验结果表明,COD,色度,氨氮达到废水排放标准 [6]。

    3·总结

    化学方法在造纸废水处理中起着重要的作用,但造纸废水的成分比较复杂,处理的难度比较大,仅仅使用一种方法很难达到预期的处理效果。这需要在实际造纸废水处理过程中将化学方法与物理方法,生物方法等相结合,充分考虑各种处理方法的优缺点。根据具体的生产状况,选择最佳的处理方案,实现实用性和经济性的统一。

参考文献:

[1]陈得重 .制浆造纸废水处理的发展现状及趋势 [J].云南化工 ,2018(03).

[2] 刘晓红 , 荀开昺 , 杨方麒等 . 含铝废渣制备聚硅酸铝铁絮凝剂处理造纸废水 [J]. 无机盐工业 ,2016,V48(03):63-65.

[3] 刘军海 , 李志洲 , 王俊宏等 . 改性淀粉絮凝剂处理造纸废水效果研究 [J]. 水处理技术 ,2016(10):80-83.

[4] 李文鹏 , 任晓莉 , 项学敏等 . 微生物絮凝剂对造纸废水的处理效果研究 [J]. 工业水处理 ,2013,33(11):13-16.

[5] 戴航 , 黄卫红 , 钱晓良等 . 超临界水氧化法处理造纸废水的初步研究 [J]. 工业水处理 ,2000,20(08):23-25.

[6] 时锋 , 施英乔 , 丁来保等 . 电化学 - 固定床深度处理造纸废水 [J].江苏造纸 ,2012(04):43-47.

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