FESE 前沿研究：一种新型造纸污泥基絮凝剂处理实际印染废水的絮凝性能

　　实际印染废水（PPDW）因其具有复杂性、毒性、致癌性和排放量大等缺点而引起了公众的广泛关注。如何妥善处理实际印染废水是一个亟待解决的核心问题。目前，物化与生化联用是应用最广泛的一种处理方法，混凝-絮凝工艺是常用的预处理工艺。混凝-絮凝工艺可以有效去除悬浮物和胶体物质，以此来降低废水的化学需氧量。因此，高效混凝-絮凝预处理能大大的提升后续生物处理的效率。混凝剂/絮凝剂的性能与其应用效率紧密关联。常用的水处理剂包括无机盐（主要是铝盐和铁盐）和有机聚合物（主要是聚丙烯酰胺（PAM）或聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDMDAAC））。然而，无机混凝剂污泥产生量大、絮体特性差、在去除水溶性有机污染物方面效率低。虽然添加有机絮凝剂可以在某些特定的程度上弥补无机混凝剂的缺陷，但常用的PAM和PDMDAAC存在不可生物降解以及原料不可再生的缺点。因此，研发新型、高效、环保的有机高分子絮凝剂具有极大的理论意义和应用价值。

　　本课题组在以往的研究中，以木浆造纸污泥中的木质素为原料合成了几种造纸污泥基絮凝剂（PSBFs）。木浆造纸污泥是一种固体废弃物，由于其含水量高，组分复杂，所以处理难度大。填埋和焚烧是目前常用的两种污泥处理处置方法，但它们效率低，容易对环境产生二次污染。木浆造纸污泥中富有丰富的纤维素、半纤维素和木质素。近期，一些木质素基的产品已成功开发并应用于不同的水或废污水处理工艺。目标产品在去除染料、粘土、高岭土颗粒和细菌等方面均有较好的效果。因此，设计开发木质素基絮凝剂具有广阔的发展前途，对固体废弃物的资源化具备极其重大意义。

　　在之前的研究中，我们制备了一系列木浆造纸污泥基絮凝剂，并将其用于模拟染料废水的脱色处理。研究表明，具有适当分子量和电荷密度的支链型絮凝剂对分散型及反应性染料的去除效果较好。然而，造纸污泥基絮凝剂在实际印染废水净化处理中的应用效果仍有待进一步探索。

　　因此，本课题在前期研究的基础上，选择了模拟染料废水净化处理中效能最好的造纸污泥基絮凝剂，并对其在实际印染废水净化处理中的应用进行了研究。采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、凝胶渗透色谱（GPC）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、热重分析（TGA）和颗粒电荷密度分析（PCD）等现代分析仪器及方法对目标产品做表征。此外，研究了目标产品单独使用、作为聚合氯化铝（PAC）助凝剂和处理PAC混凝出水时的絮凝性能。比较了PSBF、PAC和PAM在实际印染废水净化处理中的絮凝性能。采用三维荧光（EEM）分析法测定了混凝-絮凝处理前后水样的组分。通过改变PSBF和PAC的投加方式，考察了PAC和PSBF之间的相互作用，并研究了印染废水初始pH值对絮凝性能的影响。最后，分析了絮凝剂的性质与其色度、CODCr和浊度的去除效果之间的关系。

　　根据结果得出，单独使用PSBF时，对色度和CODCr的去除效果与PAC相近，但当印染废水的pH值高于7.0时，PSBF对污染物的去除效果优于PAC。当PSBF作为PAC的助剂时，可提高色度、CODCr和浊度的去除率，但PAC+PSBF体系的混凝效果略低于PAC+PAM体系。然而，当PSBF作为絮凝剂处理PAC体系的出水（PACPSBF）时，出水水质得到了大幅度改善。与PAC体系相比，PACPSBF体系对色度和CODCr的去除率分别增长了16.21%和13.26%。三维荧光测试根据结果得出，相较于PAC，PSBF可以更有效地去除色氨酸类污染物。考虑到后续生物反应器处理的pH要求，我们将实际印染废水的pH值调至7.0，研究PACPSBF二次混凝体系的混凝效果。结果表明，PACPSBF体系的色度、CODCr和浊度的最高去除率分别为90.17%、32.60%和82.50%

　　本研究设计开发的木浆造纸污泥基絮凝剂(PSBFs)具有广阔的发展前途。研究聚焦于PSBFs在实际印染废水净化处理中的应用（与工业混凝剂或絮凝剂比较以及主要去除的污染物），在此基础上提出的二次混凝-絮凝过程(PACPSBF)可有效去除实际印染废水中的腐殖酸类污染物、染料颗粒和色氨酸类污染物。PSBFs利用造纸污泥中的木质素对固体废弃物的资源化具备极其重大意义。

　　魏乐澜，女，23岁，西安建筑科技大学安德学院2019级环境科学与工程专业硕士生，导师为金鹏康教授，研究方向为水处理与资源化。

　　由教育部主管、高等教育出版社主办的《前沿》（Frontiers）系列英文学术期刊，于2006年正式创刊，以网络版和印刷版向全球发行。系列期刊包括基础科学、生命科学、工程技术和人文社会科学四个主题，是我国覆盖学科最广泛的英文学术期刊群，其中13种被SCI收录，其他也被A&HCI、Ei、MEDLINE或相应学科国际权威检索系统收录，具有一定的国际学术影响力。系列期刊采用在线优先出版方式，保证文章以最快速度发表。

　　高等教育出版社入选“中国科技期刊卓越行动计划”集群化项目。Frontier系列期刊中：13种被SCI收录；1种被A&HCI收录；6种被Ei收录；2种被MEDLINE收录；11种中国科技核心期刊；16种被CSCD收录。

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