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                陽離子瓜爾膠與聚丙烯酰胺聯合調理污泥

                發布日期:2015-03-15 22:03:17
                陽離子瓜爾膠與聚丙烯酰胺聯合調理污泥和污泥
                陽離子瓜爾膠與聚丙烯酰胺聯合調理污泥,中國城市污水處理 廠日處理污水的能力己超過1.1x10s m3,城市污水處理率達到82.6%,產生的污泥量突破3x107t (以 含水率80%計)。隨著環保要求的提高,污水處理 量進一步加大,產生的污泥越來越多,污泥中含有 大量重金屬、病毒、寄生蟲卵等有害物質,如果處 理和處置不當,將造成嚴重的二次污染[1-2]。
                在污泥處理中,聚丙烯酰胺(PAM)作為常用 絮凝劑來改善污泥的沉降和脫水性能,其作用機理 主要是對污泥顆粒產生吸附架橋作用,快速形成大 的絮體,便于分離,但PAM脫水過程中會部分水 解成丙烯酸等有毒單體,如果加入過量,容易給污 泥處理和處置帶來負面影響,不符合環保要求[3-6]。
                陽離子瓜爾膠(CGG)是對瓜爾膠進行氨基化 陽離子改性得到的一種天然絮凝劑。天然改性絮凝 劑相對人工合成高分子絮凝劑有著來源豐富、無毒、 收稿日期:2013-03-08;修改稿日期:2013-05-07。
                基金項目:廣東省科技計劃項目(2009B030802054)。
                第一作者及聯系人:李玉瑛(1971—),女,副教授,博士,研宄方向 為環境污染控制。E-mail wyuchemlyy@126.com。
                易降解等優點,已在廢水處理領域有了一定的應 用[7-10]。本文作者采用CGG調理污泥旨在探究天然 改性絮凝劑在污泥處理當中的應用,為天然絮凝劑 在水處理方面的應用提供一定的參考。
                本試驗研究了投加PAM、CGG后,對污泥脫 水性和沉降性的影響,并確定了兩種絮凝劑的最佳 投加量與混合投加順序。
                1材料與方法
                1.1污泥來源及性質
                污泥取自于江門市文昌沙水質凈化廠濃縮污 泥,污泥取回后,經50目孔徑篩過濾后使用。污泥 基本性質見表1。
                表1污泥基本性質
                pH值污泥濃度 /g-L-1CST
                /s污泥
                含水率/%濾餅離心 含水率/%上清液 透光率/%
                6.8649.847095.088.328.9
                1.2藥品與儀器
                陽離子瓜爾膠(C-14-S,工業品,河北天時化 工有限公司);聚丙烯酰胺(相對分子質量>500萬, AR,天津市大茂化學試劑廠);AnKe DL-5-B離心 機(上海安亭科技儀器廠);DAG-9053A型電熱恒 溫鼓風干燥箱(上海精密實驗設備有限公司); ZR4-6混凝試驗攪拌機(深圳市中潤水工業技術發 展有限公司);J-11-09-011 723可見分光光度計(上 海菁華科技儀器有限公司)。
                1.3試驗步驟
                取1L污泥,在相同攪拌速度和時間條件(先 快速 350 r/min、60 s,后慢速 60 r/min、10 min)下,
                分別投加不同量的PAM和CGG,確定兩種藥品的 最佳投加量。在確定最佳投加量的基礎上,考察兩 種藥劑以不同投加量、不同投加順序復合調理污泥 的效果。
                1.4分析方法
                1.4.1污泥毛細吸水時間(CST)
                分別取20 mL調理后的污泥和未處理污泥倒入 直徑為20 mm的有機玻璃圓柱,兩塊有機玻璃板之 間的Whatman色譜紙將水分從污泥中吸收,記錄色 譜紙濕潤半徑達到2 cm時所需時間,即為CST[11]。 1.4.2污泥離心含水率和上清液透光率
                分別取一定量調理后的污泥和未處理污泥倒入 離心筒中,在2000 r/min下離心30 min,將離心后 污泥上清液倒入比色皿中,用分光光度計在600 nm 下測得其透光率,再將離心筒中的泥餅取出,在 105 °C恒溫烘箱內烘干至恒重,冷卻后稱重,計算 出濾餅含水率[12_13]。
                1.4.3污泥沉降比(SV)
                分別取100 mL經藥劑調理過的污泥和未處理 污泥倒入100 mL量筒中,靜置30 min后記錄污泥 沉降體積占原混合液的體積分數,即為SV。
                2結果與分析
                2.1最佳投加量的確定
                本試驗考察兩種絮凝劑混合使用的效果,首先 確定兩種藥劑的最佳投加量。在此基礎上,考察不 同體積分數的藥劑聯合處理污泥效果。
                2.1.1 PAM最佳用量的確定
                PAM調理污泥時,PAM用量對污泥脫水效果 的試驗結果如圖1。陽離子瓜爾膠與聚丙烯酰胺聯合調理污泥,從圖1中看出,當PAM投加量 大于120 mg/L時,CST比原污泥的470 s有大幅降 低,在56?90 s之間,并且投加量超過240 mg/L 后,CST變化很小。污泥經調理之后,離心含水率 均得到降低,當污泥投加量為240 mg/L時最低為 85.75%,之后隨著投加量的增加而逐漸增大。綜合
                考慮,確定PAM最佳投加量為240 mg/L。
                2.1.2 CGG最佳用量的確定
                CGG相對分子質量大于20萬,是通過瓜爾膠 分子鏈引入陽離子基團,從而獲得一定的正電性。 陽離子瓜爾膠在污水處理中的研究已有報道,其絮 凝性機理主要有兩個方面:一方面是電中和產生的 凝聚作用;另一方面是通過懸浮物之間的交聯吸附 作用[14]。
                圖2為不同濃度CGG調理污泥的結果。從圖2 中可見,在投加不同量的CGG后,CST都有所降 低,當投加量為900 mg/L時最低為154 s,此后隨 投加量的增加而增大。污泥的離心含水率和SV先 減小后增大,其中SV在投加量為900 mg/L時出現 最小值93.88°%,離心含水率則在550?900 mg/L之 間比較低,均在85°%以下,當投加量大于900 mg/L 后,離心含水率和SV均增大。污泥離心上清液的 透光率一定程度可以反映絮凝劑作用于污泥的效 果。當投加量低于750 mg/L,透光率低于原污泥, 之后先增大后減小,在900 mg/L投加量時最大為 63.9%。原因可能是當投加量低時,藥劑由于與污 泥的中和作用形成一種更難分離的膠體顆粒,致使 透光率下降,當超過一定投加量,污泥形成相對較 大的顆粒,便于離心分離,從而透光率上升。綜合 考慮,確定CGG最佳投加量為900 mg/L。
                2.2兩種藥劑協同調理污泥
                本試驗在確定CGG和PAM最佳投加量后,著 重考察兩種藥劑混合調理污泥的效果。試驗中投加 方式分為3種:①先投加CGG,快速攪拌后再投加 PAM,表示為CGG+PAM;②先投加PAM,快速攪 拌后加CGG,表示為PAM +CGG;③混合CGG和 PAM后,同時投加,表示為CGG.PAM。兩種藥劑 的投加量見表2。
                2.2.1復合藥劑對污泥脫水性的影響
                本研究采用CST和離心污泥含水率作為脫水 性指標,其中CST測定具有操作簡單,時間短,重 復性好等優勢,是評價污泥脫水性的重要指標。
                圖3為復合藥劑調理污泥后對CST的影響。從 圖3中可以看出,當PAM投加量大于60 mg/L或 CGG投加量大于300 mg/L時,CST都明顯降低。 其中,PAM和CGG投加量分別為150 mg/L和900 mg/L時,3種不同投加順序的CST都比較低。在復 合藥劑投加量較小時,投加方式有一定的影響,當 超過一定投加量后,影響變小。分析認為,污泥中 顆粒大多帶有負電荷,當加入陽離子藥劑后,吸
                圖2 CGG投加量對污泥沉降性和脫水性的影響
                附負電荷膠粒,通過電中和、壓縮雙電層、交聯吸 附等作用后,膠體脫穩,加入PAM后,膠體通過吸附架橋作用形成大的顆粒,從而增強了脫水效果。
                圖4為復合藥劑對污泥離心含水率的影響。由 圖4中可以看出,投加方式對污泥含水率的影響較 大。投加方式為PAM+CGG時,污泥離心含水率相 對較低;此投加方式下,當PAM、CGG投加量分 別為60 mg/L、300 mg/L時,污泥離心含水率最小 為84.57%。本試驗中,CST與污泥離心含水率之間 沒有必然的正線性相關性,與劉歡等[15]的結論相 符。劉歡等研究表明,CST與污泥比阻有正線性相 關性,CST能很好地反映板框壓濾脫水和真空抽濾
                脫水效果,但不能很好地預測離心脫水效果。
                2.2.2復合藥劑對污泥沉降性的影響
                圖5為復合藥劑對污泥SV的影響結果。從圖 5中看出,投加方式對污泥沉降性影響較大,當投 加方式為CGG+PAM時,SV相對較低。此投加方 式下,CGG投加量達到900 mg/L后,SV均低于 84%。復合藥劑的投加量相對于投加方式的影響較 小。這是因為吸附架橋起主要作用,當膠粒顆粒脫 穩后能夠形成大的顆粒,從而能夠固液分離,有很 好的沉降效果;而如果PAM的吸附架橋作用后, 再加入陽離子藥劑,經過攪拌破壞了已經形成的大 的絮體;其次,陽離子藥劑與污泥顆粒的接觸面積 減小,不能完全發揮其電中和和交聯吸附作用,致 使沉降效果下降。
                2.2.3復合藥劑對污泥上清液透光率的影響
                圖6為復合藥劑對污泥上清液透光率的影響。 從圖6中得知,復合藥劑的投加方式和投加量對上 清液透光率都有很大的影響。投加方式為 CGG.PAM時,污泥上清液透光率較高,基本都大 于75%。說明當兩種藥劑混合同時使用時,具有電
                中和作用和凝聚作用,能更好地吸附污泥顆粒,使 上清液中污泥顆粒減少,透光率升高。當PAM和 CGG投加量分別為150 mg/L和900 mg/L時,上清 液透光率都超過了 90%。
                3結論
                通過研究CGG和PAM對污泥沉降性和脫水性 的影響,得到以下結論。
                (1)CGG能夠提高污泥的脫水性和沉降性, 投加量為900 mg/L時,陽離子瓜爾膠與聚丙烯酰胺聯合調理污泥,效果較好。但單獨使用CGG 不能大幅提高脫水和沉降性能,兩種藥劑復合使用 時,有很好效果。
                (2)當CGG與PAM復合調理污泥時,兩種 藥劑的投加順序和投加量對污泥脫水性和沉降性影 響很大。PAM和CGG投加量分別為150 mg/L和 900 mg/L,投加方式為先加CGG,攪拌后加PAM, 污泥脫水和沉降效果較好。并且,復合藥劑調理污 泥時,能夠減少PAM的用量,比單獨使用時減少 了 33.3%。
                (3)CGG在污泥調理方面有不錯的效果,其 來源廣泛、無二次污染的特性,使得有一定的應用 空間,但受價格的影響,制約了其作為絮凝劑在水 處理方面的應用,隨著生產擴大、工藝的改進,提 高取代度和電荷密度,勢必會縮減其成本并可以獲 得更高效的絮凝性,有廣闊的應用前景。
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