聚氯化铝在造纸工业废水处理中的应用研究

关键词：聚氯化铝；造纸工业废水；絮凝剂；混凝沉淀；废水处理

1. 引言

造纸工业是国民经济的重要支柱产业，但其生产过程中产生的废水具有水量大、污染物浓度高、成分复杂等特点。造纸废水主要来源于制浆、漂白、抄纸等工序，含有大量木质素、纤维素、半纤维素、树脂酸、染料及氯化物等污染物，其COD（化学需氧量）、BOD（生化需氧量）、SS（悬浮物）和色度均较高，若未经有效处理直接排放，将对水环境造成严重破坏。

目前，造纸废水处理的主要技术包括物理法（沉淀、气浮）、化学法（混凝、氧化）和生物法（活性污泥、厌氧处理）。其中，化学混凝法因其操作简便、成本低、效率高而被广泛应用。聚氯化铝（聚氯化铝）作为一种高效的无机高分子絮凝剂，因其优异的混凝性能、较宽的pH适应范围以及较低的残渣量，在造纸废水处理中展现出显著优势。

2. 聚氯化铝（聚氯化铝）的特性及作用机理

2.1 聚氯化铝的化学组成与结构

聚氯化铝（Polyaluminum Chloride,）是一种无机高分子絮凝剂，其化学通式为$A{l}_2(OH{)}_{n}C{l}_{6-n}$ₘ，其中n=1~5，m≤10。与传统铝盐（如硫酸铝、氯化铝）相比，聚氯化铝具有更高的聚合度和更稳定的化学结构，其水解产物以中等聚合度铝（Alb）和高聚合度铝（Alc）为主，能够提供更强的电中和能力和吸附架桥作用。

2.2 聚氯化铝的混凝机理

聚氯化铝在造纸废水处理中的作用机理主要包括以下几个方面：

1. 电中和作用：聚氯化铝水解后产生带正电荷的聚合铝离子（如$A{l}_{13}{O}_4(OH{)}_{24}(H_{2}O{)}_{12}$⁷⁺），能够中和废水中胶体颗粒（如木质素、纤维素）表面的负电荷，降低其Zeta电位，使胶体脱稳并聚集。

2. 吸附架桥作用：聚氯化铝的高分子链能够吸附多个胶体颗粒，形成较大的絮体，加速沉降。

3. 网捕卷扫作用：聚氯化铝形成的氢氧化铝凝胶在沉降过程中可网捕细小悬浮物，提高去除率。

3. 聚氯化铝在造纸废水处理中的应用

3.1 去除悬浮物（SS）和胶体物质

造纸废水中含有大量纤维、填料（如CaCO₃、高岭土）和胶体物质，聚氯化铝通过电中和及吸附架桥作用，可有效去除SS，使废水浊度显著降低。研究表明，在pH=6.0~8.0范围内，聚氯化铝投加量为50~150 mg/L时，SS去除率可达90%以上。

3.2 降低COD和BOD

造纸废水的COD主要来源于木质素、半纤维素和有机添加剂，聚氯化铝可通过混凝作用去除部分溶解性有机物。实验表明，聚氯化铝与PAM（聚丙烯酰胺）联用时，COD去除率可提高至70%~85%，BOD去除率可达60%~75%。

3.3 脱色作用

造纸废水（尤其是制浆和漂白废水）通常具有较深的色度，主要来自木质素衍生物和染料。聚氯化铝可通过破坏发色基团和吸附作用降低色度。研究显示，在pH=7.0左右，聚氯化铝对色度的去除率可达80%~90%。

3.4 去除毒性物质（如AOX）

漂白废水中的可吸附有机卤化物（AOX）具有高毒性和难降解性，聚氯化铝可通过混凝沉淀部分去除AOX，再结合高级氧化技术（如臭氧氧化）可进一步提高处理效果。

4. 聚氯化铝的应用优化

4.1 较佳投加量的确定

聚氯化铝的投加量直接影响处理效果，过量投加可能导致胶体再稳或污泥量增加。通常通过烧杯试验确定较佳投加量，造纸废水处理中聚氯化铝的适宜投加范围为50~200 mg/L。

4.2 pH调控

聚氯化铝在pH=6.0~8.0时效果较佳，酸性或强碱性环境均会影响其混凝性能。可通过投加NaOH或H₂SO₄调节pH。

4.3 与其他药剂联用

• 聚氯化铝+PAM：PAM作为助凝剂，可增强絮体强度，提高沉降速度。

• 聚氯化铝+氧化剂（如H₂O₂、O₃）：适用于高浓度有机废水，可提高COD和AOX去除率。

5. 实际应用案例

某造纸厂采用“聚氯化铝混凝+气浮+生化处理”工艺处理废水，具体流程如下：

1. 预处理：筛网过滤+调节池（均质均量）

2. 混凝气浮：聚氯化铝投加量100 mg/L，PAM 0.5 mg/L，pH=7.0

3. 生化处理：活性污泥法进一步降解有机物

处理效果：

6. 结论与展望

聚氯化铝（聚氯化铝）在造纸废水处理中表现出优异的混凝性能，能有效去除SS、COD、色度及AOX，且成本较低、操作简便。未来研究可聚焦于：

1. 改性聚氯化铝的开发（如复合絮凝剂、纳米聚氯化铝）以提高去除效率；

2. 与膜技术联用，以实现深度处理和水回用；

3. 污泥减量化与资源化，降低处理成本。

随着环保法规的日益严格和可持续发展要求的提高，聚氯化铝在造纸工业废水处理中的应用前景将更加广阔。