废纸造纸废水处理污泥的有机—有机复合调质研究 4页

第29卷第1期中国给水排水Vo1．29No．12013年1月CHINAWATER&WASTEWATERJan．2013废纸造纸废水处理污泥的有机一有机复合调质研究吕文彬，朱小林，李继庚，彭志军，刘焕彬(1．华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室，广东广州510640；2．广州造纸股份有限公司，广东广州510281)摘要：采用阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)单独或与阴离子聚丙烯酰胺(APAM)、非离子聚丙烯酰胺(NPAM)复合对废纸造纸废水处理污泥进行调质，通过测定比阻以评估调质效果。结果表明：CPAM用于造纸污泥调质脱水时吸附架桥作用大于电中和；当与APAM或NPAM复合使用时均能节省CPAM的用量；与APAM复合时对脱水能力的改善效果要好于与NPAM复合时的，但在使用过量的情况下不利于污泥脱水，而此时使用NPAM带来的负面影响要小于使用APAM。关键词：造纸污泥；调质；有机高分子絮凝剂；比阻中图分类号：X703文献标识码：C文章编号：1000—4602(2013)01—0064—04DualPolymerConditioningofSludgefromWastewaterTreatmentinPaperMillsUsingWastePaperasRawMaterialsLYUWen—bin，ZHUXiao—lin，LIJi—geng，PENGZhi-jun，LIUHuan—bin(1．StateKeyLabofPulpandPaperEngineering，SouthChinaUniversityofTechnology，Guangzhou510640，China；2．GuangzhouPaperCo．Ltd．，Guangzhou510281，China)Abstract：Cationicpolyacrylamide(CPAM)wasusedseparatelyortogetherwithanionicpolyac—rylamide(APAM)andnon-ionicpolyacrylamide(NPAM)toconditionthepapermillsludge．Thespe—cificresistancetofiltration(SRF)ofthesludgewasmeasuredtoevaluatetheconditioningeffect．There—suhsshowedthatadsorptionandinterparticlebridgingplayedmoresignificantrolesthanelectricalneu—tralizationintheconditioninganddewateringofthepapermillsludgebyCPAM．ThedosageofCPAMcouldbereducedwhenusedwithAPAMorNPAM．APAMwasbetterthanNPAMinimprovingthedewa—terabilityofsludge，butdosageswhichexceededtheoptimumdoseproducedanadverseeffectonthede—waterability．TheadverseeffectofNPAMwassmallerthanthatofAPAM．Keywords：papermillsludge；conditioning；organicpolymerflocculant；specificresistancetofiltration(SRF)制浆造纸过程废水排放量大，废水须经处理才们的重视，对造纸污泥进行焚烧成为处置造纸污泥能排放，废水处理过程中也产生了大量污泥，这些污的重要方向之一。泥含水率高、流动性好、体积庞大，如何处置已成为造纸污泥有机物含量高、成分相对简单，是比较造纸企业普遍面临的难题。目前，造纸污泥基本上适合于焚烧的污泥之一。与填埋相比，焚烧可实现进行填埋处理，即含水率为96％～98％的污泥，加污泥的无害化、减量化以及资源化，能实现资源的最入调理剂调质，经机械压榨使其含水率降至70％～大化利用，但焚烧处置对污泥的处理要求更为严格，80％后外运填埋。污泥外运填埋不仅占据了大量的主要体现在焚烧要求更低的含水率以及消除焚烧过土地资源，渗滤液对地下水的污染也逐渐引起了人程中可能产生的不利影响。污泥采用无机药剂调质·64·n吕文彬，等：废纸造纸废水处理污泥的有机一有机复合调质研究第29卷第1期时，不仅产泥量大，而且影响污泥的热值，另外添加水性能就越差。的无机药剂在焚烧时可能对焚烧设备产生腐蚀。近污泥基础性指标的测量参照标准C_『／T221—年来，采用有机高分子絮凝剂调质取得了较快的发2005。测量污泥比阻时，每次取污泥100mL放入展，但有机高分子絮凝剂价格昂贵，加药成本相对较250mL烧杯中，加入调理剂，先快速搅拌30S，之后高。慢速搅拌60S，复合调质时先加CPAM，后加APAM笔者以广州造纸厂废水处理后混合污泥为研究或NPAM，试验压力采用0．035MPa，比阻测量参照对象，采用阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)单独或与阴文献l1J。离子聚丙烯酰胺(APAM)、非离子聚丙烯酰胺2结果与讨论(NPAM)复合调质，通过测量不同调质方案的比阻2。1CPAM用量与比阻的关系来比较脱水能力的差异，并从脱水效果及加药成本试验过程中，当加入CPAM时，即使加入量较方面综合考虑，找到最佳的调质方法。少也能看到明显的絮聚，而且随着加药量的增加，絮1试验材料与方法团大，泥水分离明显，滤水速度也越来越快。比阻随1．1试验材料加药量的变化趋势见图1。可知，少量的CPAM就广州造纸股份有限公司是一家以废纸为原料生能大幅度地降低比阻，随着投加量的增加，变化趋势产新闻纸的大型造纸企业。其废水处理能力达逐渐变缓。30000m／d，处理流程为：废纸脱墨废水经内循环3．5。(IC)厌氧反应器处理后，与造纸废水、生活污水及∞3．0g2其他生产废水一起进入SBR好氧生物处理系统，然．5后经三级气浮处理后达标排放。处理过程中产生的：2．01．5初沉池污泥与剩余活性污泥经浓缩池浓缩后，送至1．O污泥脱水单元进行脱水处理。O102O304050试验用污泥取自污泥混合池，其中活性污泥约CPAM／(mg·L)占20％，取样污泥经2～3h沉降后取浓缩泥进行试图1CPAM的投加量与比阻的关系验。废纸造纸污泥有机物含量高，主要是一些细小Fig．1RelationshipbetweenCPAMdosageandspecific纤维、填料以及少量的活性污泥。由于污泥颗粒小、resistancetofiltration(SRr)比表面积大、水合程度高，而且污泥颗粒本身带负电在不同加药量下滤液体积随时间的变化如图2荷，彼此互相排斥，再加上水合作用的附着水，进一所示。图2中曲线较直观地反映了不同加药量时污步阻碍了颗粒之间的结合，最终形成一个稳定的分泥的脱水能力。从图2中各曲线起点可以看出在不散系统，使得脱水性能较差。样泥外观为深灰色，流同加药量下重力脱水的程度，即加药量越大，在重力动性较好，味微臭，其基本性质如下：含固量为脱水段脱水越多，在图中反映为曲线起点越高。真3．64％、pH值为7．88、有机物含量为47．19％、电导空抽滤的快慢可从各条曲线的斜率看出，加药量越率为2．87mS／cm、Zeta电位为一27．3mV。大，脱水越快，曲线的斜率也越大。CPAM、APAM：相对分子质量为1200×10，离子度为20％，配制成0．1％备用；NPAM：相对分子质量为1200X10。1．2试验仪器101A一3型烘箱、SX3—4—10型马福炉、GF一200型分析天平、SHZ—D(Ⅲ)型真空泵、PHS一25C型pH计、SZP06型Zeta电位仪。1．3试验方法图2滤液体积随时间的变化污泥比阻值常用来衡量污泥脱水的难易程度，Fig．2Variationoffiltratevolumewithtime一般比阻越小则污泥的脱水性能就越好，相反则脱电导率及Zeta电位与CPAM投加量的关系如·65·n第29卷第1期中国给水排水图3所示。可知，电导率随CPAM投加量的增加而量为20mg／L、APAM投加量为10mg／L时，比阻最不断减小，而Zeta电位随CPAM投加量的增加则不小值为1．01X10m／kg；当CPAM投量为30mg／L、断增加。电导率与Zeta电位最初变化较大，尤其是APAM投加量为10mg／L时，比阻最小值为0．87×CPAM投加量在0～10mg／L之间时，之后的变化则10m／kg；当CPAM投加量为40mg／L、APAM投量相对较小。为5mg／L时，比阻最小值为0．61×10m／kg。l_91．71．51．301．1骂0．9O．70．5图3电导率、Zeta电位与CPAM投加量的关系图4CPAM与APAM复合使用与比阻的关系Fig．3RelationshipofconductivityandZetapotentialFig．4ChangesofSRFwhenusingCPAMwithAPAMtoCPAMdosageCPAM与APAM联合用于污泥调质脱水时，结合图1中比阻的变化趋势可知，污泥在没有CPAM覆盖在污泥颗粒表面形成正电荷补丁，并通加药时处于比较分散、稳定的状态，难以脱水；加药过架桥作用形成初级絮体，正电荷补丁为APAM提后，即使加药量较小也能显著地影响污泥的电荷量，供结合点，APAM与正电荷补丁结合，但分子链的其提高污泥的脱水能力。他部分受正电荷周围负电荷的排斥，迫使APAM分另外，当CPAM投加量为50mg／L时，电导率降子链向周围伸展，并吸附到其他颗粒表面的正电荷为2．47mS／cm，比阻降为0．98X10m／kg，而此时补丁上，起到桥连作用，使得絮聚能力大大增强。但污泥的Zeta电位为一23．3mV，仍为负值，这说明当APAM的投加超过一定量时，正电荷补丁被CPAM用于污泥调质脱水是电中和与吸附架桥综合APAM饱和吸附，此时加入的APAM并未与污泥颗作用的结果，而且吸附架桥起主要作用。CPAM通粒结合，而是处于游离状态。过电中和与吸附架桥，使原来分散、稳定的胶体系统APAM投加过量使得比阻开始上升，污泥脱水脱稳，电中和作用使污泥颗粒电荷减少，从而减少了能力不断下降，造成这种现象的原因主要有两个：一污泥颗粒之问的斥力，压缩表面的双电层，大量游离方面，游离的APAM带负电，与周围带负电的污泥水被释放出来，同时，污泥颗粒通过高分子链的架桥颗粒相互排斥，使污泥胶体颗粒之间更加分散、稳作用而絮聚，形成大的絮团，进一步促进了污泥与水定；另一方面，过量的APAM使污泥的粘度增大，造分的分离。成脱水困难’。2．2复合使用CPAM~I：IAPAM与比阻的关系2．3复合使用CPAM和NPAM与比阻的关系当CPAM与APAM联合用于污泥调质时，在相CPAM与NPAM联合用于污泥调质时，在相同同CPAM投加量下，比阻随APAM投加量的增加先的CPAM投加量下，比阻随着NPAM投加量的增加下降至最低点然后再上升。在相同APAM投加量先下降至最低点然后再上升(见图5)。此时没有加下，比阻在每条曲线达到最低点之前随CPAM投加药的空白样的比阻为4．21×10他m／kg；当CPAM的量的增加而减小。各条曲线的最低点随着CPAM投加量为10mg／L、NPAM的投加量为15mg／L时，投加量的增加而依次减小，而且达到最低点时比阻最小值为1．87×10m／kg；当CPAM的投加量APAM的投加量也是逐渐减小的(见图4)。没有加为20mg／L、NPAM的投加量为10mg／L时，比阻最药的空白样的污泥比阻为3．23×10m／kg；当小值为1．65×10m／kg；当CPAM的投加量为30CPAM投加量为10mg／L、APAM投加量为15mg／Lmg／L、NPAM的投加量为5mg／L时，比阻最小值为时，比阻最小值为1．02×10m／kg；当CPAM投加1．48×10m／kg。·66·n吕文彬，等：废纸造纸废水处理污泥的有机一有机复合调质研究第29卷第1期参考文献：[1]章非娟，徐竟成．环境工程实验[M]．北京：高等教育出版社，2006．[2]徐晓军．化学絮凝剂作用原理[M]，北京：科学出版社，2005．[3]ChenLC，ChenCY，ChuCP，eta1．Conditioninganddewatefingofpulpandpapersludge[J]．DryingTechn—O5l0152ONPAM／(mg·L)ol，2002，20(4／5)：967—988．[4]HakkarainenK，SillanpaaM．Flocculationinpaperand图5CPAM与NPAM复合使用时比阻的变化pulpmillsludgeprocess[J]．ResJChemEnviron，Fig．5ChangesofSRFwhenusingCPAMwithNPAM2007，11(3)：96—103．CPAM与NPAM复合使用时，对应着一定[5]郑怀礼，李林涛，蒋绍阶，等．CPAM调质浓缩污泥脱CPAM投加量的每一条曲线都有一个最低点，即存水的影响因素及其机理研究[J]．环境工程学报，在着最佳的NPAM投加量，在最佳投加量之前，比2009，3(6)：1099—1102．阻随NPAM投加量的增加而减小，达到最佳投加量[6]袁园，杨海真．污泥化学调理和机械脱水方面的研究后，比阻随NPAM投加量的增加而增大，这与CPAM进展[J]．上海环境科学，2003，22(7)：499—503．和APAM复合使用的情况比较类似。但是比较图[7]MikkelsenLH，KeidingK．Effectsofsolidsconcentra—tiononactivatedsludgedefloeeul~ion，conditioningand4、5可以看出，两者存在不同的地方，主要体现在图dewatering[J]．WaterSciTechnol，2001，44(2／3)：4175中曲线较图4中曲线变化相对要平缓，包括最佳—425．加药量之前的比阻下降阶段和之后的比阻上升阶[8]ChangGR，LiuJC，LeeDJ．Co—conditioninganddewa—段。造成这种差别的原因主要体现在两个方面：一teringcharacteristicsofactivatedsludge[J]．WaterSci方面，NPAM与CPAM之间的架桥作用主要通过氢Technol，2001，42(9)：127—134．键作用发生，而氢键作用的强度要小于APAM与[9]何北海，胡芳，赵丽红．造纸过程的胶体与界面化学CPAM之间的静电作用力，使得NPAM在与CPAM[M]．北京：化学工业出版社，2009．复合使用时絮体相对较小，强度也相对较弱；另一方[10]FanA，TurrUNJ，SomasundaranP．Astudyofdualpol·面，当投加量超过最佳量后，NPAM此时对污泥颗粒ymerflocculation[J]．ColloidsSurf：A，2000，162(1／的分散作用则要较APAM小得多，从而使得使用3)：141—148．APAM时比阻的上升比较明显¨。3结论①CPAM用于造纸污泥调质脱水时是电中和与吸附架桥综合作用的结果，其中吸附架桥起主要作用。②CPAM与APAM或NPAM复合使用时均能改善污泥的脱水性能，即在相同脱水效果下可以节省CPAM的用量；在复合使用时APAM与NPAM均有最佳投加量，而且最佳投加量与CPAM的投加量有关，当超过最佳投加量后，污泥脱水性能趋于恶作者简介：吕文彬(1986一)，男，湖北赤壁人，化。硕士，研究方向为制浆造纸过程的节能减③在与CPAM复合调质时，APAM对脱水能排。力的改善效果要优于NPAM，但是在投加过量的情E—mail：lvwenbin．com@qq．COB况下，使用NPAM时的负面影响较APAM小。收稿日期：2012—06—18·67·