造紙廢水處理中的絮凝劑研究進展
2012-02-20 來源: 徐金霞 點擊次數：30
關鍵字： 造紙廢水 仿酶一絮凝 絮凝劑
當單獨使用絮凝劑不能取得良好效果時，可投加某些助凝劑。助凝劑可以調節或改善混凝的條件，例如當采用硫酸亞鐵作混凝劑時可加氯氣將亞鐵Fe2+氧化成Fe3+。助凝劑也可用以改善絮凝體的結構，利用高分子助凝劑的強烈吸附架橋作用，使細小松散的絮聚體變得粗大而緊密，常用的有聚丙烯酰胺、活化硅酸、海藻酸鈉【5】。
4仿酶一絮凝劑
4．1仿酶簡介
在制漿與洗、選、漂過程中及造紙工段所排放廢水的總和統稱為綜合廢水。綜合廢水中難以處理的物質主要來自難降解的水溶性木素，由于仿酶體系對木素有較強的氧化作用，故可以用來降解造紙廢水中的可溶性木素I6]。
仿酶就是從天然酶中揀選出起主導作用的一些因素，如活性中心結構、疏水微環境、與底物的多種非共價鍵相互作用及其協同效應等，用以設計合成既能表現酶的優異功能又比酶簡單、穩定得多的非蛋白質分子或分子集合體。模擬酶對底物的識別、結合及催化作用。仿酶催化不僅兼具酶催化與化學催化兩者的優點，而且是實現綠色化學目標直接而有效的途徑【7】。仿酶能使木素和多糖發生縮合反應和降解。其中縮合反應是仿酶絮凝的基礎，該反應可使造紙廠廢水中的水溶性難降解的多酚類化合物(主要為木素)與多糖一起成為高分子量的疏水性質而析出或絮凝沉淀。仿酶降解制漿造紙廢水中難降解可溶性木素是紙漿脫木質素的一種很有前景的方法【8】。
4．2銅系仿酶一絮凝及其應用
銅一胺配合物能夠在一氯甲烷存在和室溫條件下引起4種木素結構模型物的反應，氧化的方式同漆酶的相似，銅一胺配合物能夠模仿漆酶催化木素的氧化降解反應。Cu2+／H2O2-一毗啶這種仿酶體系可以產生氧的活化中心，而該活化中心具有一定的脫木質素能力。李錦、楊海濤等人用Cu一吡啶、Cu一胺模擬木素過氧化酶對造紙廠綜合廢水進行了快速絮凝處理。實驗表明，經過仿酶處理后廢水的COD去除率比未用仿酶處理的提高了30％～34％，從而說明水中的可溶性木素、多酚類物質及部分多糖在仿酶體系的氧化作用下，相當一部分發生縮合反應而更容易通過絮凝劑絮凝析出I81。
4．3鐵系仿酶一絮凝及其應用
相比銅系仿酶而言，鐵系仿酶在處理廢水絮凝方面優勢更大。近期研究多的鐵系仿酶主要是Fe—EDTA、Fe—CA配合物等。Fe—cA仿酶能催化木素之間以及木素和碳水化合物之間的聚合反應，導致反應產物分子量變大，水溶性降低，部分能直接沉淀或部分能在后續混凝處理中沉淀。帥興華、謝益民等人研究先用Fe—CA／H2O2構成的復合體來處理造紙中段廢水，然后加入混凝劑硫酸鋁產生絮體，最后加入絮凝劑改性聚丙烯酚胺，使得廢水中的有機物質主要是可溶難降解的木素組分沉降下來，從而減少污染負荷，有利于進一步生化處理[9]。
4．4仿酶一絮凝應用的條件
對不同造紙廢水而言，仿酶體系的種類，絮凝劑的類型、添加方式及用量，H2O2的用量，廢水的曝氣時間、攪拌強度及沉淀時間，成本核算等無一不是必須考慮的因素。
采用Fe—CA系統可以很好的處理木素含量較高的制漿造紙中段廢水，COD去除率可達65％。研究表明，Fe—CA體系處理廢水的最佳條件為：用量10g／m3廢水，原水pH值需調至中性，廢水溫度不低于30℃【10】。在鐵系仿酶條件下，可以催化H2O2裂解C—C聯結的木素模型化合物，這有利于酶對木素降解。值得注意的是在反應過程中，鐵仿酶配合物能氧化5-5’聯結和二苯基甲烷結構，但當用鐵卟啉作催化劑時，由于在鐵卟啉存在的情況下，H2O2：容易發生均裂形成羥基自由基，降解產物容易發生重新聚合，使木素中出現一些聚合結構【11】。仿酶用量較少時廢水處理效果不明顯，當超過了一個合適添加量時效果增加幅度不大，對任何一種仿酶而言，總是存在一個最佳投入量。溫度對仿酶絮凝效果的影響較為復雜。一般溫度升高反應速率加快，但當溫度太高時，比如Fe—CA仿酶中就會產生大量的HO·自由基，主要對廢水中有機物進行自由基裂解，而自由基縮合反應的比例減少，影響有機物的共聚沉淀，實驗表明絮凝溫度可在20°C～30°C，30°C時效果較好【10】。pH值對絮凝效果有著很大的影響，它能改變膠體微粒表面電性和雙電層的厚度組成，從而影響混凝劑在微粒上的吸附，它不僅影響仿酶絮凝劑以及H2O2的作用效果等，而且影響仿酶絡合物的穩定性。絮凝劑濃度是影響其效果的一個重要因素。通過研究不同量PFS處理廢水試驗，可以看出隨著PFS量的增加，絮凝效果變好，出現一個最佳值后絮凝效果變差。當絮凝劑過量時，水解產生的多核絡合物雖增多，但不能無限地增加交聯架橋的機會，絮體之間就不能很好地發揮網捕作用，從而影響其處理效果舊攪拌強度是絮凝過程中的一個重要的水力條件，它主要由攪拌速度和攪拌時間控制。在攪拌速度一定時，絮凝效果由攪拌時間決定。攪拌不充分時，絮體不能充分接觸，而攪拌時問太長時，絮體又被打破，處理效果不好。
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