郭鴻志，龔新懷，吳宗華

(1.福建師范大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，福建 福州 350117;2.武夷學(xué)院 生態(tài)與資源工程學(xué)院，福建 武夷山 354300;3.福建省高分子材料重點實驗室，福建 福州 350117)

隨著國家對造紙廢水排放的限制越來越嚴(yán)格，多數(shù)企業(yè)采用造紙水高度循環(huán)利用的工藝以滿足排放標(biāo)準(zhǔn)對廢水總量和質(zhì)量的要求［1-2］。在造紙用水高度循環(huán)系統(tǒng)中，微細纖維的絮凝分離是關(guān)鍵之一。傳統(tǒng)的聚合氯化鋁(PAC)/陰離子型聚丙烯酰胺(A-PAM)二元絮凝劑具備用量小、絮凝作用大等優(yōu)點，但在高度循環(huán)系統(tǒng)中，無機離子的不斷積累不僅影響抄紙工藝的順利進行，也造成設(shè)備的嚴(yán)重腐蝕。開發(fā)適用于造紙用水高度循環(huán)的絮凝劑成為亟待解決的技術(shù)難題。

本研究應(yīng)用超分子復(fù)合法的原理，開發(fā)了系列氧化淀粉(OS)與陽離子聚合物(YJ)的復(fù)合物絮凝劑，對廢水中的微細纖維具有優(yōu)良的絮凝作用，且適量的絮凝廢渣回用在抄紙漿料中，還提高紙張的機械強度，為絮凝廢渣的利用開辟了一條新路徑。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

造紙廢水，取自某企業(yè)的造紙用水循環(huán)度達95%的廢水集積池，性質(zhì)見表1;紙漿，取自該企業(yè)的漿池，打漿度為33°SR;PAC、陰離子型聚丙烯酰胺(A-PAM，水解度為30%，相對分子質(zhì)量為1 200萬)、陽離子聚合物YJ1 和YJ2(其相對分子質(zhì)量分別為40 萬和100 萬)均為工業(yè)品;氧化淀粉，自制［3］。

PHB-8 型筆式pH 計;ZBY149-83 電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱;QZ-201 型散射式濁度儀;WZL-300 紙張拉力儀;DYSY-21 壓縮實驗儀。

表1 造紙廢水的基本性質(zhì)Table 1 The fundamental nature of paper-making wastewater

1.2 OS/YJ 復(fù)合物的制備

稱取一定量的YJ 和OS 于燒杯中，加適量水，置于90 ℃的水浴鍋中攪拌糊化，攪拌速度為25 r/min。30 min 后取出，自然冷卻到室溫，配制成10 g/L 的復(fù)合物溶液。

1.3 廢水的絮凝實驗

1.3.1 添加OS/YJ 復(fù)合物 取250 mL 造紙廢水，攪拌下加入OS/YJ 復(fù)合物，快速攪拌1 min，再慢速攪拌4 min，靜置30 min 后測定濁度。

1.3.2 添加PAC/A-PAM 取250 mL 造紙廢水，依次加入PAC 和A-PAM，快速攪拌1 min，再慢速攪拌4 min，靜置30 min 后測定濁度。

1.4 絮凝廢渣回用抄紙

稱取定量絮凝廢渣，替代再生纖維抄紙，并測定紙張的抗張強度和環(huán)壓強度。

1.5 分析方法

1.5.1 廢水的pH 值 參照GB/T 6920—1986 測定。

1.5. 2 廢水的固體懸浮物濃度 參照GB/T 11901—1989 測定。

1.5.3 廢水的陰、陽離子需求量 參照文獻［4］測定。

1.5.4 廢水的濁度 參照GB/T 13200—1991 測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 PAC/A-PAM 的絮凝效果

用濁度表征絮凝劑對廢水的絮凝效果。

2.1.1 OS/YJ 復(fù)合物的絮凝效果 用系列OS/YJ復(fù)合物考察了廢水濁度與SS 含量的關(guān)系，結(jié)果見圖1。

圖1 OS/YJ 處理時廢水濁度與SS 關(guān)系Fig.1 Relation between turbidity and SS with OS/YJ disposed

由圖1 可知，在OS/YJ 復(fù)合物用量為100 mg/L條件下，隨著復(fù)合物中YJ2 含量的增加廢水的SS 和濁度呈先下降后上升的趨勢，在YJ2 含量比30%時，SS 和濁度最小，廢水濁度變化規(guī)律與SS 含量基本一致。

2.1.2 PAC/A-PAM 二元絮凝劑的絮凝效果

PAC/A-PAM 二元絮凝劑的絮凝效果，結(jié)果見圖2。

圖2 PAC 和A-PAM 用量對絮凝效果的影響Fig.2 Effects of PAC-APAM’s dose on the flocculant performance

由圖2 可知，PAC 或A-PAM 單獨添加時，廢水的濁度均隨絮凝劑用量的增大而減小。當(dāng)PAC 和A-PAM 先后添加時，絮凝效果比單獨使用時的效果大，在PAC 和A-PAM 的用量分別為100 mg/L 和8 mg/L 時，廢水的濁度最小，表明PAC/A-PAM 二元絮凝劑對該廢水有較好的絮凝效果。

2.2 OS/YJ 復(fù)合物的組成和絮凝效果

在OS/YJ 復(fù)合物用量為100 mg/L 的條件下，考察了氧化度不同的3 種氧化淀粉與不同量的陽離子聚合物YJ1 和YJ2 所形成的復(fù)合物的絮凝效果，結(jié)果見圖3、圖4。

圖3 OS/YJ1 的組成與絮凝效果Fig.3 Effects of OS/YJ1’s ratio on the flocculant performance

圖4 OS/YJ2 的組成與絮凝效果Fig.4 Effects of OS/TJ2’s ratio on the flocculant performance

由圖3 可知，OS 的氧化度對復(fù)合物的絮凝效果影響較小，但YJ1 含量的影響大。在m(OS)∶m(YJ1)=7∶3 時，復(fù)合物的作用效果最大，其后增大YJ1 的用量，廢水濁度反而增大。這可能是YJ1 用量大于最佳配比后，廢水呈陽電性，增加了微細纖維之間的排斥分散。

YJ2 與YJ1 為同系物，但YJ2 的相對分子質(zhì)量比YJ1 的大。

由圖4 可知，OS/YJ2 復(fù)合物的絮凝效果比OS/YJ1 的好，且m(OS)∶m(YJ1)=8∶2 至6∶4 內(nèi)，廢水濁度變化小。此外，在OS/YJ2 復(fù)合物中，氧化程度高的OS3 所形成的復(fù)合物的絮凝作用最大。

2.3 OS/YJ 復(fù)合物的用量與絮凝效果

基于前述的研究結(jié)果，制備了m(OS)∶m(YJ)=7∶3 的復(fù)合物，考察了其用量與絮凝效果的關(guān)系，結(jié)果見圖5、圖6。

圖5 OS/YJ1 復(fù)合物的用量與絮凝效果Fig.5 Effects of OS/YJ1’s dose on the flocculant performance

圖6 OS/YJ2 復(fù)合物的用量與絮凝效果Fig.6 Effects of OS/YJ2’s dose on the flocculant performance

由圖5 可知，YJ1 與3 種氧化淀粉組成的復(fù)合物對廢水的處理效果基本相同，均在用量為100 mg/L時，廢水的濁度最小，降至60 NTU。

由圖6 可知，氧化淀粉的氧化度對OS/YJ2 復(fù)合物的絮凝效果影響較大，OS3/YJ2 的作用效果最好，在用量為100 mg/L 時，廢水濁度為40 NTU，接近PAC/A-PAM 二元絮凝劑的作用效果。

2.4 OS3/YJ2 絮凝廢渣的回用性能

在用水高度循環(huán)抄紙系統(tǒng)中，絮凝廢渣的再利用是企業(yè)減少排放，降低造紙成本的重要途徑［2］。本研究所涉及的抄紙系統(tǒng)將絮凝廢渣用于掛面箱板紙的生產(chǎn)。為了考察OS3/YJ2 復(fù)合物與PAC/APAM 二元絮凝劑的絮凝廢渣替代纖維的可行性，測定了廢渣添加量對紙張抗張強度及環(huán)壓強度的影響，結(jié)果見表2。紙張定量為120 g/m2。

表2 絮凝廢渣替代量對紙張強度的影響Table 2 Effects of circulation content of flocculation residue on paper strength

由表2 可知，PAC/A-PAM 二元絮凝劑所形成的廢渣用于抄紙時，紙張抗張強度和環(huán)壓強度均隨添加量的增大而下降。OS3/YJ2 復(fù)合物的絮凝廢渣在替代量小于4%時，紙張強度不僅不下降反而增大。在替代量為2%時，紙張抗張強度增加近8%，紙張環(huán)壓強度增加11%，表明OS3/YJ2 的絮凝廢渣可作為強度劑來提高箱板紙和瓦楞紙的紙張強度。

上述研究結(jié)果表明，OS3/YJ2 復(fù)合物和PAC/APAM 二元絮凝劑在用量為100 mg/L 時，絮凝效果最大，且基本相同。OS3/YJ2 的使用成本雖大于PAC/A-PAM 的，但無機離子含量遠小于后者。使用OS3/YJ2 復(fù)合物可解決用水高度循環(huán)抄紙系統(tǒng)中無機離子積累的問題。此外，OS3/YJ2 絮凝廢渣替代紙漿的經(jīng)濟效果可補償其使用成本的增加。

3 結(jié)論

(1)OS3/YJ2 復(fù)合物對高度循環(huán)造紙廢水的絮凝效果大，用量為100 mg/L 時絮凝效果最好。

(2)OS/YJ 復(fù)合物中OS 的氧化度對絮凝作用的影響較小，而YJ 的相對分子質(zhì)量的影響大。

(3)用OS3/YJ2 形成的絮凝廢渣替代2%纖維時，紙張的抗張強度增加8%，環(huán)壓強度增加11%。

［1］ 盧玉棟，曾祥庚，陳少平.箱紙板生產(chǎn)用水高度循環(huán)對AKD 施膠的影響［J］.中國造紙學(xué)報，2011(3):9-11.

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［3］ 龔新懷，吳宗華.芭蕉芋氧化淀粉的制備與性質(zhì)［J］.造紙科學(xué)與技術(shù)，2009(5):50-53.

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