pac與apam聯(lián)用在污泥處理中的應(yīng)用

pac與apam聯(lián)用在污泥處理中的應(yīng)用

造紙泥漿是造紙廠在處理后排放的終端產(chǎn)品。為了降低沉積物含水量，減少沉積物體積，必須將沉積物脫水。發(fā)達(dá)國(guó)家從20世紀(jì)60年代開(kāi)始,就對(duì)大量生產(chǎn)的城市污泥進(jìn)行有關(guān)安全處理和處置方面的研究。各個(gè)國(guó)家自身情況不一致,通過(guò)科研與實(shí)踐,逐步建立了其相應(yīng)的污泥處理和處置方法,主要有以下四種方法:衛(wèi)生填埋、土地利用、焚燒和投海。從近年來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看,有機(jī)高分子絮凝劑的應(yīng)用效果較好,如陽(yáng)離子聚丙烯酰胺(CPAM)。本文擬用陰離子聚丙烯酰胺(APAM)與聚合氯化鋁(PAC)聯(lián)合使用,將CPAM脫水機(jī)理分成兩個(gè)步驟,使用正交實(shí)驗(yàn)法與CPAM調(diào)質(zhì)進(jìn)行對(duì)比,找到最佳調(diào)質(zhì)方案。1材料和方法1.1預(yù)處理+濃縮泥某典型生產(chǎn)包裝用紙與新聞紙紙廠,廢紙脫墨廢水經(jīng)IC(內(nèi)循環(huán))厭氧反應(yīng)器厭氧處理后,與造紙廢水、生活廢水及其它生產(chǎn)廢水一起進(jìn)入SBR好氧生物處理系統(tǒng),然后經(jīng)三級(jí)氣浮處理后達(dá)標(biāo)排放。處理過(guò)程中產(chǎn)生的初沉池污泥與剩余活性污泥經(jīng)濃縮池,其中活性污泥約占20%,取樣污泥經(jīng)2～3小時(shí)沉降后取濃縮泥進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。CPAM,相對(duì)分子質(zhì)量1000±50萬(wàn),離子度10%～15%,配制成0.1%濃度備用;APAM,相對(duì)分子質(zhì)量1000～1200萬(wàn),離子度15%,配制成0.1%濃度備用,三氧化二鋁含量為28%,配制成5%濃度備用。1.2u3000酸、水、3-10型烘箱:101A-3型;馬弗爐:SX3-4-10型分析天平:GF-200型;真空泵:SHZ-D(Ⅲ)型;pH計(jì):PHS-25型;Zeta電位儀:SZP06型。1.3污泥基礎(chǔ)物性國(guó)內(nèi)外常用來(lái)衡量污泥脫水性能指標(biāo)為污泥比阻SRF(specificresistancetofiltration)。污泥比阻定義為是:在一定壓力下,單位過(guò)濾面積干重的濾餅所具有的阻力。他在數(shù)值上等于粘滯度為1時(shí),濾液通過(guò)單位質(zhì)量的濾餅產(chǎn)生單位濾液流率所需要的壓差。污泥比阻越大,污泥的脫水性能越差,反之,污泥脫水性能就越好。根據(jù)卡門(mén)(Carman)過(guò)濾基本方程式:R=2pA2μ?bω×1012(1)R=2pA2μ?bω×1012(1)式中:P—脫水過(guò)程中得推動(dòng)力(N/m2);對(duì)于真空過(guò)濾脫水P為真空形成得負(fù)壓;對(duì)于壓濾脫水P為濾布施加到污泥層上的壓力;A—過(guò)濾面積(m2);μ—濾液粘度(N?s/m2);ω—單位體積濾液所產(chǎn)生的干污泥質(zhì)量(kg/m3);b—比阻測(cè)定中的一個(gè)斜率系數(shù)(s/m6),其值取決于污泥的性質(zhì);R—比阻值(m/kg)污泥基礎(chǔ)物性的測(cè)量參照標(biāo)準(zhǔn)CJ/T221-2005。測(cè)量污泥比阻時(shí),每次取污泥100mL,放入250mL燒杯中,加入調(diào)理劑,復(fù)合調(diào)質(zhì)時(shí)先加無(wú)機(jī)藥劑,后加有機(jī)藥劑,實(shí)驗(yàn)壓力采用0.035MPa,確定藥品投加量,快轉(zhuǎn)速度,慢轉(zhuǎn)速度,轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間最優(yōu)值。1.4正交試驗(yàn)法本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的正交試驗(yàn),選用L8(27),探討因素見(jiàn)交互作用,通過(guò)計(jì)算極差方法進(jìn)行討論。2結(jié)果與討論2.1火炬樹(shù)基本性質(zhì)混合污泥的外觀為深灰色,流動(dòng)性較好,味臭,其基本性質(zhì)如下:固含量3.50%～3.90%,pH值7.22～8.32,有機(jī)物含量48.26%。2.2關(guān)于陽(yáng)離子聚吡咯mcm的實(shí)驗(yàn)研究2.2.1投加量影響+轉(zhuǎn)速?gòu)膱D2可以看出,當(dāng)濃度0.1%CPAM投入時(shí),污泥比阻不斷下降,當(dāng)?shù)竭_(dá)140mg/L出現(xiàn)最低值,投加量超過(guò)140mg/L時(shí),污泥比阻增加。分析其原因,剛加入的CPAM,在攪拌機(jī)的作用下,分子鏈迅速伸長(zhǎng),與污泥顆粒發(fā)生電中和、吸附等作用,形成較大絮體,使得污泥比阻迅速下降,當(dāng)加入的量過(guò)多時(shí),過(guò)多的CPAM對(duì)已形成絮體起保護(hù)作用覆蓋在其表面上,這時(shí)微粒不會(huì)再通過(guò)架橋連接絮凝,顆粒間還會(huì)發(fā)生排斥,絮凝失穩(wěn),使得污泥比阻上升。選擇投加量為14mL進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。同樣對(duì)轉(zhuǎn)速,持續(xù)時(shí)間進(jìn)行相同探討,找出單因素最佳值,見(jiàn)圖4和圖5。由各因素探討,得出該方法下最佳調(diào)質(zhì)方案為:CPAM投加量為14mL,快攪拌速度為200rpm,快轉(zhuǎn)時(shí)間為30s,慢轉(zhuǎn)時(shí)間為1min。2.2.2污泥脫水實(shí)驗(yàn)的影響因素更從正交實(shí)驗(yàn)表極差分析可得,某些兩因素的組合對(duì)實(shí)驗(yàn)影響大于單因素的,如:投加量與快轉(zhuǎn)攪拌速度極差大于單因素快攪拌速度。在由此可證明,污泥脫水性能的影響因素不是獨(dú)立存在的,是相互作用的,在探討污泥脫水實(shí)驗(yàn)上,我們更應(yīng)該注意相互因素的影響力。結(jié)合正交實(shí)驗(yàn)分析表,得出該實(shí)驗(yàn)的最佳方案為CPAM投加量為14mL,快攪拌速度為250rpm,快轉(zhuǎn)時(shí)間為15s,慢轉(zhuǎn)時(shí)間為1min。2.2.3最佳配合比的確定在投加量與慢轉(zhuǎn)時(shí)間上相同,兩者差異在于快攪拌速度和快攪拌時(shí)間上,正交實(shí)驗(yàn)最佳值的攪拌速度快,但是攪拌時(shí)間短,這樣避免的分子鏈被切割的可能性,使得分子鏈伸展得到最大化;而每個(gè)單因素最佳組合的污泥脫水值高于后者,由機(jī)理解釋可能是因?yàn)榭燹D(zhuǎn)時(shí)間較長(zhǎng),部分分子鏈被切斷導(dǎo)致而成。由此可證明,在探討多因素影響實(shí)驗(yàn)下,正交實(shí)驗(yàn)對(duì)因素間相互作用有改進(jìn)。2.3apam投加量對(duì)污泥脫水效果的影響仿照2.2實(shí)驗(yàn)步驟與思路,分別對(duì)APAM和PAC調(diào)質(zhì)條件探討,見(jiàn)下表,往加入了鋁鹽的污泥水中,再投入APAM藥劑,觀察其污泥比阻值,也得到較低阻值,因此可以確定這種方法的可行性。在確定投加量的PAC溶液里,PAC藥劑首先與污泥顆粒結(jié)合,使得形成表面帶有正電的大顆粒,之后在APAM長(zhǎng)分子鏈上進(jìn)行架橋作用和去水合作用,形成大絮團(tuán),并析出較多表面吸附水。圖中可可觀察到,污泥的阻值隨著APAM投加量呈先減小后上升的趨勢(shì),量少,則導(dǎo)致污泥與鋁鹽結(jié)合顆粒污泥有絮聚支鏈依托;而量過(guò)大,會(huì)使系統(tǒng)呈負(fù)電性,顆粒之間排斥,導(dǎo)致絮體失穩(wěn),阻力加大,其表現(xiàn)為濾紙被抽破現(xiàn)象。根據(jù)上表,選擇APAM添加量為70mg/L。兩種藥劑聯(lián)合使用,從正交直觀分析表得出,聯(lián)用系統(tǒng)中,PAC投加量與APAM投加量對(duì)實(shí)驗(yàn)影響大,因?yàn)閷?shí)驗(yàn)機(jī)理電中和、架橋的步驟分為兩部分,實(shí)驗(yàn)的最終效果依靠?jī)烧咄都恿科渥饔?。APAM的投加量對(duì)系統(tǒng)影響大,因此加入的APAM不應(yīng)該過(guò)量,否則,容易使污泥比阻變大。交互作用影響不大。從表中看出,兩者的轉(zhuǎn)速與時(shí)間在合理范圍內(nèi),對(duì)污泥的阻值影響不大,因此,只要合理控制,污泥脫水性能較好。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)下表:由正交實(shí)驗(yàn)表中可看出,APAM投加量與PAC投加量對(duì)實(shí)驗(yàn)影響最大,其次交互作用(APAM投加量×APAM快轉(zhuǎn)速度與快轉(zhuǎn)時(shí)間)影響次之,根據(jù)相應(yīng)機(jī)理分析可得,如果PAC投加量過(guò)少,則與污泥顆粒形成帶正電荷的顆粒少,使得APAM的作用效果不能發(fā)揮到最大值;當(dāng)APAM加入量少,使得鋁鹽與污泥顆粒形成的正電荷固體得不到絮聚,也影響污泥濾水阻值。從兩者交互作用表,歸納其最佳投加方案:APAM投加方式最佳為投加量7mL,快轉(zhuǎn)速度250rpm,快轉(zhuǎn)時(shí)間40s,慢轉(zhuǎn)時(shí)間1min。在投加量與慢轉(zhuǎn)時(shí)間上,兩者差異在于PAC快攪拌時(shí)間上的不同,PAC快轉(zhuǎn)時(shí)間的增長(zhǎng),有利于更多鋁鹽與污泥顆粒進(jìn)行充分的電荷中和反應(yīng),為后續(xù)APAM分子對(duì)其吸附捕獲提供更好的條件。由此可證明,污泥脫水性能的影響因素在該方法中不是獨(dú)立存在的,是相互作用的,在探討污泥脫水實(shí)驗(yàn)上,并不是單純的將每個(gè)因素的最佳值組合就可以得到最佳污泥脫水效率,應(yīng)該全面綜合考慮。2.4兩種輸入方案的比較2.4.1終污泥阻值比較單獨(dú)使用CPAM藥劑和APAM+PAC兩種調(diào)質(zhì)方式最終污泥阻值為:污泥的基本性質(zhì)為:含固率3.33%,pH值7.17,有機(jī)物含量41.17%。由圖6可見(jiàn),APAM與PAC聯(lián)合調(diào)質(zhì)方法,到比CAPM調(diào)質(zhì)比阻低,具有技術(shù)可行性。2.4.2藥品成本和成本以污泥固含量平均值計(jì)算,污泥平均濃度為3.2%按照100mL污泥使用14mL濃度為0.1%的藥劑,單獨(dú)使用CPAM的藥品成本為109.375元/噸干污泥,聯(lián)合使用PAC+APAM時(shí),每100mL污泥使用PAC(3%)4mL,APAM(0.1%)7mL,藥品成本為89.3(元/噸干污泥);價(jià)格為CPAM成本80%,由此可見(jiàn),使用無(wú)機(jī)與有機(jī)高分子聯(lián)用的方案,在污泥成本上能夠節(jié)約20%左右,并且有較高的經(jīng)濟(jì)效益。3pac與無(wú)機(jī)高分子的聯(lián)用有機(jī)高分子陽(yáng)離子聚丙烯酰胺脫水性能顯著,投入的過(guò)程與污泥顆粒迅速發(fā)生電中和、吸附架橋、去水化作用等。在投加量為0.45%左右便能取得很好的污泥脫水效果,但是存在成本過(guò)高問(wèn)題。同時(shí),在實(shí)驗(yàn)操作各個(gè)因素中,除了投加量極差最大之外,因素間的交互作用影響突出,比其單因素影響力大。投加量與時(shí)間的交互作用影響大,說(shuō)明了污泥顆粒與藥劑接觸時(shí)間對(duì)污泥脫水影響大,如