中纖板廢水是典型的高SS、高COD、高色度的廢水，混凝是比較合適的預處理工藝。國內外關于中纖板廢水處理方面的文獻中，絕大部分都是用混凝工藝作為預處理〔1-2〕，但報道的重點一般都是生物處理階段或整個工藝流程，對于混凝工藝只是提及，并未做深入研究。事實上，混凝階段是整個工藝中成本最高、污染物去除效率也最高的階段，因此有必要對該階段進行深入研究。
筆者研究以對中纖板廢水中SS 和COD 的去除效果為主要依據，旨在篩選出處理中纖板廢水最合適的混凝劑并確定最優的混凝工藝，為該工藝的現場應用提供理論數據。
1 實驗內容與方法
1.1 廢水水質
筆者實驗用水取自江蘇某木業公司中纖板生產線廢水。取來的廢水均經過24 h 以上靜沉，取上層廢水進行實驗研究，主要水質指標為：pH 4.8~5.0；COD 7 000~10 000 mg/L；SCOD 6 000~9 000 mg/L；SS3 000~4 000 mg/L；B/C 為0.2~0.3。
1.2 實驗方法與步驟
混凝實驗采用燒杯實驗的方法。在進行混凝實驗前，各混凝劑聚合硫酸鐵（PFS）、聚合氯化鋁（PAC）、聚合氯化鋁鐵（PAFC）、三氯化鐵（FeCl3）均配制成5%溶液，助凝劑聚丙烯酰胺（PAM）配制成0.1%溶液，根據投加體積折算成投加量。具體操作方法和步驟如下：（1）取200 mL 中纖板廢水，調節pH。（2）以250 r/min，攪拌30 s，將廢水混勻。（3）在廢水中投加混凝劑（PFS、PAC、PAFC、FeCl3）后，以200r/min 快速攪拌1 min。（4）在廢水中投加助凝劑PAM 后，以40 r/min 慢速攪拌10 min。（5）沉淀不同時間后，取上清液測各水質指標。
1.3 檢測指標與分析方法
實驗中主要檢測指標與分析方法：SS，重量法（GB 11901—1989）；COD，快速消解分光光度法（HJ/T399—2007）；SCOD，將廢水經中速定量濾紙過濾后測濾液的COD；pH，玻璃電極法（GB/T 6920—1986）。
主要儀器：pHs-3C pH 計（上海雷磁儀器廠），JJ-4A 六聯電動攪拌器（金壇榮華儀器制造有限公司），CR2800-01 COD 消解儀（上海瀾銳儀器科技有限公司），722N 可見光分光光度計（上海精密科學儀器有限公司），Nano 系列納米粒度和Zeta 電位儀（英國馬爾文儀器有限公司）。
2 實驗結果與討論
2.1 混凝劑篩選
選取了較為常見的幾種混凝劑，在廢水COD6 700 mg/L，不調節廢水pH 的情況下，進行混凝實驗，考察混凝劑種類對中纖板廢水混凝效果的影響，結果見圖1。
從圖1 可以看出，3 種高分子絮凝劑（PAC、PFS、PAFC）處理效果明顯優于無機鹽混凝劑（FeCl3）。且對COD 的去除率沒有明顯差別，在投加量達到1 g/L時，COD 去除率均可達到50%左右。但考慮到廢水處理后可能回用到木片水洗單元，而PFS 和PAFC處理后的出水中可能含有Fe2+和Fe3+使水產生色度，進而影響木片顏色，筆者研究后續混凝實驗選擇PAC 作為混凝劑進行混凝劑工藝的優化。
2.2 廢水pH 對混凝效果的影響
廢水pH 通常是混凝實驗中需要考慮的重要因素。pH 影響著污染物的存在形態和表面性質，也影響著混凝劑的水解平衡和產物存在形態和時間。在同樣的混凝條件下，不同廢水pH 可能會對處理效果產生很大影響〔3〕。實驗調節中纖板廢水pH至不同數值后，進行PAC 混凝實驗，結果見圖2。
從圖2 可以看出，當廢水pH 在5 左右時，SS 和COD 去除率分別達到最高值99%和50%。pH 增大，SS 和COD 去除率緩慢下降，到pH 為9 以后，下降趨勢更為明顯。中纖板廢水本身的pH 就是在5 左右，因此該實驗結果可以避免今后混凝實驗中調節pH 的麻煩，直接用中纖板廢水進行混凝研究。但目前用PAC 作為混凝劑處理廢水的報道中〔4〕，最佳的pH 均在偏堿性范圍內。這可能是因為PAC 水解過程中會不斷產生H+，因此需要廢水中有足夠的堿來中和；另一方面，當廢水pH 為7~8 時，PAC 的水解產物以Al13形態存在，而Al13一直被認為是PAC 中促進絮凝的最佳成分〔5〕。因此偏堿性的廢水有利于PAC 充分水解和Al13發揮最佳的混凝效果。
但實驗中的最佳混凝pH 卻是在偏酸性環境中，原因值得進一步分析。大部分混凝實驗中，并不考慮廢水本身pH 的變化對廢水脫穩性能的影響，只考察混凝劑能充分水解的pH 范圍，并以此來確定最佳的混凝pH。對于成分復雜的工業廢水，不同pH 時，廢水中的成分、脫穩性能、粒度分布可能產生較大變化〔6〕。比如在堿性條件下，中纖板廢水中的木質素大分子逐漸降解，以木素鈉鹽（R-ONa）形式存在，完全溶于廢水中，呈親水膠體〔7〕，導致廢水中SS和SCOD 上升。實驗調節中纖板廢水pH 后，測定廢水中的Zeta 電位值和粒度分布情況，結果見表1 和圖3。
表1 不同pH 中纖板廢水的Zeta 電位值
從表1 可以看出，在pH 為4~10 的測定范圍內，廢水的Zeta 電位均為負值，說明廢水中的膠粒帶負電荷。隨著pH 升高，Zeta 電位絕對值呈升高趨勢，距離等電點的距離越來越遠，膠體脫穩也越來越困難，因此廢水pH 越高，混凝效果越差。從圖3可以看出，當廢水pH 從4 升高至10，粒度分布曲線逐漸向左移動，表明廢水中膠體和顆粒物的粒徑逐漸減小。而過于細小的粒徑無疑增大了混凝的難度，也不利于絮體沉降。
綜合以上分析，PAC 混凝中纖板廢水的最佳pH 并不在PAC 水解的最佳pH 范圍，而在酸性范圍達到最高去除率，原因主要是中纖板廢水本身的性質隨pH 變化而變化造成的。而目前的中纖板廠的廢水處理站在用PAC 進行混凝處理前，均加片狀氫氧化鈉或石灰調節廢水pH 為堿性，認為PAC 會在堿性范圍內達到最佳混凝效果。但通過上述一系列實驗，從現象和機理上均證明了對于中纖板廢水，用PAC 混凝的最佳pH 為5，即廢水原來的pH，因此完全可以不用調節pH 進行PAC 混凝。該結論對于提高對中纖板廢水的混凝效果和降低處理成本均有重要意義。
2.3 PAC 投加量對混凝效果的影響
混凝劑的投加量是影響混凝效果的最重要因素。筆者實驗用廢水取自實際生產廢水，因生產工藝和取水時間不能保證每次都相同，導致每批實驗用水的水質有所波動，僅以COD 10 000 mg/L左右，SS3 800 mg/L 左右的廢水，在不調節pH 的情況下，進行PAC 投加量的實驗，結果見圖4。
從圖4可以看出，PAC 對中纖板廢水的混凝效果非常明顯。當PAC 投加量在0~1.5 g/L 時，SS、COD和SCOD 的去除率幾乎呈線性增長。在投加量為1.5g/L 時，COD 去除率接近50%并趨于穩定，此時SS去除率達84%、SCOD 的去除率接近22%，且還有上升趨勢；在PAC 投加量達2 g/L 時，SS 去除率接近100%，SCOD 的去除率接近30%。繼續增加PAC 投加量，SS、COD 和SCOD 的去除率均增加有限。這是因為投加量過大，膠粒表面被PAC 分子所飽和，已無吸附點位而失去架橋作用，而且膠粒被PAC 包裹會帶上正電荷，進而導致膠粒間因帶同種電荷相互排斥，又重新處于穩定的分散狀態。根據實驗，確定對于該濃度中纖板廢水，PAC 的最佳投加量為2 g/L。
還可以看出，PAC 對于SS 的去除顯然比對COD 和SCOD 的去除更加有效。這也體現了PAC 的絮凝機理，主要是對帶負電荷的膠粒起到作用，因此對SS 去除率很高。PAC 對于SCOD 的去除，主要是混凝形成的絮體對溶解性有機物的吸附去除，吸附作用有限，因此對SCOD 的去除也有限。PAC 對COD的去除，則一方面是由于混凝作用對膠粒狀態的有機物的混凝去除，另一方面是混凝形成的絮體對溶解性有機物的吸附去除，兩種作用兼而有之。中纖板廢水中，SCOD 占COD 成分的90%左右，由于PAC對SCOD 的去除效率有限，導致對COD 的去除效率也有限。可以推斷，PAC 的投加量主要是和廢水中SS 直接相關，而不是和COD 直接相關。根據筆者實驗結果，在1 L中纖板廢水中投加2 g PAC，能將廢水中的SS 從3 860 mg/L，降低至32 mg/L，達到最好效果。相當于每去除1 g SS，消耗PAC 0.52 g。在后續實驗中，對于不同濃度的中纖板廢水，測定SS 后，按上述結論投加PAC。
2.4 沉淀時間對混凝效果的影響
混凝后的沉淀時間取決于絮體沉降速度的快慢，該指標決定了沉淀構筑物的大小，對于工藝的實際應用有重要意義。實驗從污染物去除效率和沉淀污泥體積的角度，考察了PAC 混凝中纖板廢水最佳的沉淀時間，結果見圖5。
液中的SS 和COD 已經保持穩定，不再變化。沉淀時間對SS 和COD 的去除率幾乎沒有影響，SS 去除率一直接近100%，COD 去除率一直在50%左右波動。而沉淀污泥的體積隨著沉淀時間的延長逐漸減小的趨勢卻非常明顯，在60 min 之內幾乎呈線性下降，到180 min 時，污泥體積由最初的850 mL 減小到350 mL，被壓縮得非常致密。由實驗結果，當沉淀時間達到180 min，污泥的沉降、壓縮才比較完全，這個結論與相關報道基本一致〔8〕，即在中纖板廢水處理工程中建造混凝沉淀池時，池的體積宜按停留時間3 h 設計，這樣混凝污泥含水率降低，出水也更加穩定。
2.5 助凝劑PAM 投加量對混凝效果的影響
在無機混凝劑混凝過程中，一般添加有機高分子助凝劑來提高水處理效果。目前應用最廣泛的高分子助凝劑是PAM。筆者實驗使用相對分子質量為1 000 萬的陰離子型PAM 進行助凝實驗（PAC 按最佳投加量投加），考察PAM 投加量對混凝效果的影響，結果發現0~20 mg/L 的助凝劑PAM 投加量對中纖板廢水中SS 和COD 的去除效果幾乎沒有影響，相關報道中也有類似的結論〔9〕。原因主要是陰離子型助凝劑和廢水中膠粒帶同種電荷，無法進行壓縮雙電層和電性中和作用，其絮凝機理主要是：在混凝后期絮體長大的過程中，促進絮體聚集成較大的粒子，使之迅速沉淀�；谶@樣的分析，實驗又考察了不同PAM 投加量下絮體的沉降速度，結果見圖6。
從圖6 可以看出，隨著PAM 投加量的加大，絮體的沉降速度加快，尤其在較短的沉淀時間內，這種趨勢更加明顯。PAM 的投加雖然不能進一步提高SS和COD 的去除率，但可以明顯提高絮體的沉降速度，縮短沉降時間，減小沉淀池體積。對于實驗用中纖板廢水，投加5 mg/L 左右的PAM 就可以將沉淀時間由180 min 縮短為110 min 以內，且沉淀110 min后污泥體積減小10%以上，可以明顯減小沉淀池容積和沉淀污泥體積，為混凝后的污泥處理帶來便利。由筆者實驗結果，建議工程中PAM 的投加量為5mg/L 左右。具體參見http://m.bnynw.com更多相關技術文檔。
3 結論
（1）通過篩選，確定了中纖板廢水混凝預處理中適用的混凝劑為PAC。
（2）當中纖板廢水pH 為5 左右，即不調節廢水pH 時，PAC 混凝中纖板廢水的效果最好。該pH 范圍內，PAC 雖不能充分水解，但中纖板廢水本身在pH 為5 左右時，其成分和所含膠粒的脫穩性能較堿性條件更利于混凝過程。
（3）對于實驗用中纖板廢水，PAC 投加量達到2g/L 時，SS、COD 和SCOD 的去除率分別接近100%、50%和30%。PAC 對帶負電荷的膠粒（即SS）的去除最為有效，推斷PAC 投加量主要是與廢水中SS 直接相關，并且對于不同濃度中纖板廢水，按m（PAC）∶m（SS）=0.52來進行PAC 投加。
（4）沉淀時間對SS 和COD 的去除率并無太大影響，但適當的沉淀時間可以使混凝污泥進一步壓實，減少后續污泥處理的困難，且出水更加穩定、清澈。建議工程中混凝沉淀池的水力停留時間為180 min。
（5）助凝劑PAM 的投加對混凝效果幾乎沒有影響，但可以有效地促進絮體的增大，增加絮體沉降速度和減小污泥體積。投加5 mg/L PAM 可以將沉淀時間由180 min 縮短為110 min 以內，且使污泥體積減小10%以上。
