改善造紙污泥脫水性條件對(duì)CST的影響

趙駿衡 金海蘭 李 堅(jiān)

(1.江原大學(xué)校山林環(huán)境科學(xué)大學(xué)造紙工學(xué)科，韓國春川，200－701;2.東北林業(yè)大學(xué)生物質(zhì)材料科學(xué)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江哈爾濱，150040)

制漿造紙廢水產(chǎn)生量大、污染物濃度高、含難分解性物質(zhì)，是造紙行業(yè)治污的重點(diǎn)和難點(diǎn)，在制漿造紙廢水排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格的今天［1］，對(duì)制漿造紙廢水進(jìn)行深度處理勢在必行。

制漿造紙廢水深度處理主要有混凝、吸附、生物處理、膜分離、高級(jí)氧化及生態(tài)處理等技術(shù)［2-3］。制漿造紙廢水處理一般是將其中的浮游物進(jìn)行分離，以回收為目的。適當(dāng)添加化學(xué)藥品將其中的浮游物進(jìn)行分離，可提高絮聚物的濾水性、沉淀性、強(qiáng)度等特性［4］。而廢水中的污泥處理占總處理費(fèi)用的1/4～1/2，提高污泥的濾水性可節(jié)省必要的能量，優(yōu)化廢水處理效率。高分子絮凝劑是影響污泥濾水性能的主要因素之一，通過觀察污泥的濾水性能，可確定適合的高分子絮凝劑。

通常，從污水處理廠出來的污泥含水率都非常高(98%左右)，因此，要實(shí)現(xiàn)污泥減量化、無害化、資源化等，對(duì)污泥進(jìn)行脫水處理是其中首要的核心環(huán)節(jié)，這就需要建立一個(gè)合理的污泥脫水性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。在對(duì)污泥的脫水性能進(jìn)行衡量時(shí)，通常采用污泥比阻 (SRF)［5-7］、毛細(xì)管吸水時(shí)間 (Capillary Suction Time，CST)［8-9］作為衡量污泥脫水性能的指標(biāo)，而在實(shí)際的污水處理過程中，一般采用含水率或含固率(DS)來衡量污泥的脫水性能［10-11］，同時(shí)結(jié)合水(BW)也是影響污泥脫水性能的關(guān)鍵因素之一，因此，BW也常被選作衡量污泥脫水性能的指標(biāo)［12-14］。衡量污泥脫水性能指標(biāo)的多樣化，嚴(yán)重影響了改善污泥脫水性能的各種新技術(shù)和新方法之間的相互參考比較及推廣應(yīng)用。

從本質(zhì)上說，CST反映了污泥中自由水的過濾性能，CST值越大，表明污泥的過濾脫水性能越差。SRF值是反映污泥過濾性能的綜合指標(biāo)，SRF值越大，則污泥越難過濾，其脫水性能也越差。SRF值與CST值有著顯著的相關(guān)性 (R=0.9450)，因此，在SRF值與CST值2個(gè)指標(biāo)之中選其一即可有效衡量污泥的脫水性能，其中CST值測定方法簡便，重復(fù)性好，且CST值的測定優(yōu)于SRF值，同時(shí)CST值考慮了污泥濃度的影響，可比性更強(qiáng)［15］。在美國，CST值的測定已被認(rèn)定為是一個(gè)特定的污泥脫水性測定方法［16］。

本實(shí)驗(yàn)以印刷紙、化妝紙、新聞紙的廢水為原料，采用CST值的測定方法評(píng)價(jià)了以上原料廢水造紙污泥的脫水性，通過討論攪拌條件、溫度、pH值、高分子絮凝劑對(duì)CST值的影響，評(píng)價(jià)了CST值的測定方法在改善污泥脫水性研究中的應(yīng)用。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

廢水取自化妝紙廠、新聞紙廠、印刷紙廠，其特性如表1所示。硫酸鋁用于廢水的pH值調(diào)節(jié)以及輔助絮聚，陽離子聚丙烯酰胺 (CPAM)和陰離子聚丙烯酰胺 (APAM)用作高分子絮凝劑。

表1 廢水特性

由表1可知，化妝紙和新聞紙廢水的CST值比印刷紙的高，由于化妝紙和新聞紙?jiān)现泻卸卫w維，導(dǎo)致污泥中的細(xì)小纖維含量較高，降低了污泥的脫水性能。

1.2 CST值的測定方法［17-19］

CST測定裝置的型號(hào)為304B，如圖1所示。CST值的測定是利用濾紙的毛細(xì)管吸引壓力 (P=15 kPa)，測定一定面積的濾紙吸收濾液至飽和的時(shí)間。濾液在濾紙中的擴(kuò)散速度與污泥的濾水性能密切相關(guān)，因此，測得的CST值可用來判定污泥脫水性能。CST值低，說明污泥脫水性良好;CST值高，污泥脫水性差。

圖1 CST測定裝置

由圖1可知，往內(nèi)徑1.5 cm的濾液管內(nèi)滴入6 mL的濾液，測定濾液通過感應(yīng)器1到達(dá)感應(yīng)器2的時(shí)間，就是CST值。具體計(jì)算見式 (1)［20］。

式中，Va為單位面積濾紙的濾液飽和量;r*為電阻率的倒數(shù);C*為固形物濃度;Ra0、Ra1、Ra2分別為濾液管半徑、感應(yīng)器1半徑和感應(yīng)器2半徑。

2 結(jié)果與討論

在研究攪拌條件、溫度、pH值對(duì)CST值的影響時(shí)，實(shí)驗(yàn)原料為具有代表性的印刷紙廢水。

2.1 攪拌條件對(duì)CST值的影響

2.1.1 急速攪拌對(duì)CST值的影響

微細(xì)絮聚物成為巨大絮聚物，需要增加絮聚物之間的接觸。而通過攪拌增加接觸次數(shù)時(shí)，如果攪拌條件太劇烈，剪切力提高，凝聚的絮聚物又會(huì)被破壞，因此，凝聚時(shí)需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄嚢瑁?1］。本實(shí)驗(yàn)在印刷紙?jiān)瓘U水中添加一定量的絮凝劑之后，通過標(biāo)準(zhǔn)剪切攪拌器的攪拌，研究了攪拌速度和攪拌時(shí)間對(duì)CST值的影響，如圖2所示。

由圖2可知，在攪拌速度300 r/min、攪拌時(shí)間10 min的急速攪拌條件時(shí)，CST值最低，10 min后隨著時(shí)間的推移CST值沒有明顯的變化?？梢姡诶^續(xù)急速攪拌意義不大，所以，攪拌速度300 r/min、攪拌時(shí)間10 min為最佳急速攪拌條件。

圖2 急速攪拌對(duì)CST值的影響

2.1.2 緩慢攪拌對(duì)CST值的影響

印刷紙廢水在300 r/min的速度下急速攪拌10 min之后，再進(jìn)行30～110 r/min的緩慢攪拌，緩慢攪拌對(duì)CST值的影響見圖3。由圖3可知，當(dāng)攪拌速度為50 r/min、攪拌時(shí)間15 min的緩慢攪拌條件時(shí)，CST值最低。

圖3 緩慢攪拌對(duì)CST值的影響

2.2 溫度和pH值對(duì)CST值的影響

圖4為印刷紙廢水溫度變化對(duì)CST值的影響。由圖4可知，隨著溫度上升，CST值逐漸降低，這是由于溫度上升時(shí)廢水黏度降低，提高了污泥的脫水性能。

圖4 溫度對(duì)CST值的影響

印刷紙廢水pH值對(duì)CST值的影響見圖5。由圖5可知，pH值為7左右時(shí)，CST值最低，說明中性條件可改善造紙污泥的脫水性能。

2.3 高分子絮凝劑對(duì)CST值的影響

圖5 pH值對(duì)CST值的影響

CPAM和APAM對(duì)各類廢水CST值的影響分別見圖6和圖7。由圖6和圖7可知，CPAM提高造紙污泥脫水性優(yōu)于APAM。其中在使用CPAM時(shí)，印刷紙廢水的脫水性最好，當(dāng)CPAM用量為60 mg/L時(shí)，CST值最小，約為25 s;新聞紙廢水脫水性最差，當(dāng)CPAM用量為40 mL/g時(shí)脫水性最好，其CST值約為35 s。

3 結(jié)論

毛細(xì)管吸水時(shí)間 (CST)測定方法能夠快速、準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)廢水固形物的脫水性能，在污泥脫水性控制中應(yīng)用具有可行性。

3.1 攪拌條件對(duì)CST值的影響表明，印刷紙廢水先進(jìn)行300 r/min、10 min的急速攪拌，再進(jìn)行50 r/min、15 min的緩慢攪拌，造紙污泥的脫水性最佳。

3.2 提高廢水溫度，廢水黏度降低，印刷紙廢水的CST值逐漸減小，可改善造紙污泥的脫水性能。廢水pH值為7左右時(shí)，印刷紙廢水CST值最低，說明中性條件可改善造紙污泥的脫水性能。

3.3 CPAM提高造紙污泥脫水性優(yōu)于APAM。其中，印刷紙廢水的脫水性最好，而新聞紙廢水脫水性最差。

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