陽離子聚丙烯酰胺絮凝劑在污泥脫水工藝中的應(yīng)用研究

蔣秋靜

(太原市環(huán)境科學(xué)研究設(shè)計(jì)院,太原 030024)

近年來,污水處理中的污泥脫水主要采用絮凝沉淀法,處理中所采用的絮凝劑(Flocculation)又稱沉降劑,是一類可使液體中不易沉降的固體懸浮微粒凝聚、沉淀的物質(zhì)[1,2]。絮凝劑主要有無機(jī)絮凝劑和合成高分子絮凝劑兩大類[3]。有機(jī)高分子絮凝劑因其用量少、絮凝作用迅速等顯著特點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用[4]。陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)大分子鏈上所帶的正電荷密度高,水溶性好,絮凝能力強(qiáng),在污水處理中用量少,而且無毒、對(duì)環(huán)境無污染,因而它在水處理中污泥脫水方面的應(yīng)用越來越引起科研工作者的廣泛關(guān)注[5]。本實(shí)驗(yàn)從太原河西中北部污水凈化廠的污泥脫水機(jī)房提取污水樣,分析在不同的原水濁度、pH值和溫度條件下,陽離子聚丙烯酰胺投加量和攪拌時(shí)間對(duì)絮凝效果的影響。

1 實(shí)驗(yàn)裝置及分析方法

1.1 濁度標(biāo)準(zhǔn)液的配制

吸取5.00 mL的10 g/L硫酸肼溶液與5.00 mL的10 g/L的六次甲基四胺溶液于100 mL容量瓶中,混勻,在室溫(25±3)℃下反應(yīng) 24 h,用水稀釋至標(biāo)準(zhǔn)線,混勻,該溶液為濁度400度的儲(chǔ)備液。

1.2 濁度標(biāo)準(zhǔn)曲線的確定

分別吸取濁度標(biāo)準(zhǔn)溶液0,0.50,1.25,2.50,5.00,10.00,12.50 mL,置于7個(gè)50 mL比色管中,加水至標(biāo)線。搖后即得到濁度分別為0,4,10,20,40,80,100度的標(biāo)準(zhǔn)液。用 722型分光光度計(jì)在680 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度[6]。標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程為:吸光度=濁度×0.0022+0.0025,相關(guān)系數(shù)R2=0.9995。圖1為濁度標(biāo)準(zhǔn)曲線。

圖1 濁度標(biāo)準(zhǔn)曲線

1.3 污泥含水率的測(cè)定

將60 mL蒸發(fā)皿放在烘箱內(nèi),在105～110℃烘2 h,取出后放在干燥器內(nèi)冷卻0.5 h,記錄質(zhì)量m1,取污泥放入蒸發(fā)皿中,記錄質(zhì)量m2.用水浴鍋蒸干,然后放入105～110℃的烘箱內(nèi)烘2 h,取出后放在干燥器內(nèi)冷卻0.5 h,記錄質(zhì)量m3。污泥含水率wP的計(jì)算公式如下:

1.4 污泥有機(jī)物含量的測(cè)定

將測(cè)完含水率的樣品放在電爐上碳化,再放入600℃的高溫爐中灼燒0.5 h,然后冷卻或?qū)囟冉抵?10℃左右,取出放入105～110℃的烘箱烘2 h,再放入干燥器中干燥0.5 h,然后記錄質(zhì)量m4[7]。污泥中有機(jī)物含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的計(jì)算公式如下:

1.5 主要試劑和實(shí)驗(yàn)儀器

CPAM為化學(xué)純,相對(duì)分子質(zhì)量高達(dá)800萬,低電荷密度。8521型恒溫磁力攪拌器;pHS22C數(shù)顯型酸度計(jì);AL104電子天平;722型分光光度計(jì)。

1.6 原水水質(zhì)

實(shí)驗(yàn)用水為太原市河西北中部污水處理廠中進(jìn)入脫泥機(jī)房的污水,污泥平均含水率為93.8%～97.1%。每次以1000 mL生活污水作為水樣。第1組水樣上午8:30提取,第2組水樣中午11:30提取,第3組水樣下午14:30提取。表1為原水水質(zhì)指標(biāo)。

表1 原水水質(zhì)情況

2 結(jié)果與討論

2.1 CPAM投加量對(duì)絮凝效果的影響

在一天不同的時(shí)間段取水樣,分別為水樣1、水樣2和水樣3,每次取7份1000 mL水樣分別放置在燒杯中,CPAM投加量分別為0.1,0.3,0.6,1.0,3.0,6.0,10.0 mg,然后進(jìn)行攪拌,攪拌轉(zhuǎn)速為200 r/min,攪拌時(shí)間為4 min,攪拌后靜置沉淀,取上清液測(cè)定吸光度值。表2為CPAM投加量對(duì)礬花和上清液pH的影響,圖2所示為上清液濁度隨CPAM投加量的變化圖。

表2 CPAM投加量對(duì)礬花和上清液pH的影響

從表2可得到,CPAM的投加量對(duì)水樣的pH值沒有影響,但礬花隨著投加量的增加變化較大,CPAM的投加量越大,形成的礬花也越大越結(jié)實(shí),當(dāng)水樣中CPAM的質(zhì)量濃度為0.3 mg/L左右就能得到較好的礬花;但當(dāng)水樣中CPAM的質(zhì)量濃度大于1.0 mg/L,礬花變化較小。所以CPAM的質(zhì)量濃度應(yīng)在0.3～0.6 mg之間,既能得到較好的礬花,同時(shí)也能避免CPAM的浪費(fèi)。

圖2 上清液濁度隨CPAM投加量的變化圖

從圖2可以得到,水樣1的曲線隨著CPAM投加量的增加,曲線急劇下降,水樣的濁度變化幅度較大,當(dāng)投加量為0.3 mg/L時(shí),濁度達(dá)到最小值;繼續(xù)投加CPAM,水樣的濁度值變化不大。水樣2的濁度隨著CPAM投加量的增加急劇降低,在0.3 mg/L時(shí)濁度達(dá)到最小值;但繼續(xù)投加CPAM,水樣的濁度值反而增大;當(dāng)投加量達(dá)到1.0 mg/L以后,繼續(xù)投加CPAM,濁度值不再變化。水樣3的濁度值也隨著CPAM投加量的增大而迅速減小,在投加量為0.6 mg/L時(shí)濁度值最小;繼續(xù)投加CPAM,水樣的濁度值變化不大。說明CPAM作為絮凝劑,能夠快速高效地絮凝沉淀污水中的懸浮顆粒物,但當(dāng)投加量達(dá)到一定的值時(shí),形成的礬花過于結(jié)實(shí)粗大,易造成大量的污泥沉積,影響了絮凝沉淀的繼續(xù)進(jìn)行。結(jié)合污水處理廠運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性來說,CPAM的最佳投加量應(yīng)為大于0.3 mg/L,但不應(yīng)超過0.6 mg/L。

2.2 攪拌時(shí)間對(duì)CPAM絮凝效果的影響

下午14:30取6份1000 mL的污水水樣于6個(gè)燒杯中,分別加入0.45 mg CPAM 絮凝劑,然后分別攪拌1,2,3,4,5,6 min,測(cè)試攪拌時(shí)間對(duì)絮凝效果的影響,總反應(yīng)時(shí)間為6 min。取其上清液,測(cè)其濁度和pH值。表3為攪拌時(shí)間對(duì)礬花和上清液pH的影響。

表3 攪拌時(shí)間對(duì)礬花和上清液pH的影響

從表3可知,隨著攪拌時(shí)間的延長(zhǎng),礬花從開始的細(xì)小逐漸變大,當(dāng)攪拌4 min的時(shí)候,形成了大而結(jié)實(shí)的礬花,這是因?yàn)閿嚢柙黾恿诵跄齽〤PAM與水樣中顆粒物的碰撞機(jī)會(huì),隨著攪拌時(shí)間的延長(zhǎng),顆粒物與絮凝劑逐漸形成較大的絮體。但繼續(xù)攪拌,礬花逐漸變小,在攪拌時(shí)間為6 min的時(shí)候,礬花變得細(xì)小。這說明攪拌時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)把形成的大絮體攪碎,繼續(xù)攪拌,大而結(jié)實(shí)的礬花絮體變成細(xì)小的顆粒,不利于絮凝沉淀反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行。在攪拌的過程中,攪拌時(shí)間對(duì)pH值的變化沒有影響。

圖3為攪拌時(shí)間對(duì)上清液濁度的影響。從圖3可以看出,隨著CPAM 絮凝劑的加入,水樣的濁度值明顯下降,在攪拌了4 min后濁度值達(dá)到最小,這說明絮凝劑已經(jīng)和水樣中的大部分顆粒物碰撞形成了共沉淀。但繼續(xù)攪拌濁度值變大,說明過度的攪拌使已形成的絮體被攪碎成微小顆粒物,不利于絮凝反應(yīng)。所以攪拌4 min即總反應(yīng)時(shí)間的2/3左右,能獲得最佳絮凝效果。

圖3 攪拌時(shí)間對(duì)上清液濁度的影響

2.3 最佳工況下污泥脫水效果

太原市河西北中部污水處理廠采用的是臥式離心機(jī),用CPAM調(diào)理污泥。根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出的最佳工況,選擇CPAM 投加量 0.3～0.6 mg/L、攪拌時(shí)間為總反應(yīng)時(shí)間的2/3左右為反應(yīng)條件。4月份沒有加CPAM絮凝劑時(shí)進(jìn)泥含水率97.3%,進(jìn)泥有機(jī)物平均含量62.1%,泥餅平均含水率為78.7%,泥餅有機(jī)物平均含量為60%(有機(jī)物含量以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì))。5月份添加CPAM絮凝劑后對(duì)污泥含水率和有機(jī)物含量進(jìn)行測(cè)定,見圖4。

圖4 5月份進(jìn)泥和泥餅含水率及有機(jī)物含量變化圖

根據(jù)圖4可知,添加CPAM 絮凝劑后,進(jìn)泥平均含水率為95.6%,泥餅平均含水率為75.6%,比4月份不添加CPAM絮凝劑時(shí)含水率降低,提高了泥餅的含固率,可以減少污泥堆置的占地面積。5月份進(jìn)泥中有機(jī)物平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為61.6%,泥餅有機(jī)物平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%,與4月份相比有機(jī)物含量基本沒有變化,表明CPAM絮凝劑的投加對(duì)泥餅有機(jī)物的含量沒有影響。采用CPAM作為污泥脫水工藝的絮凝劑,對(duì)污泥的脫水效果較好,降低了運(yùn)行成本。

3 結(jié)論

1)CPAM在生活污水的污泥脫水處理時(shí)最佳投加量是0.3～0.6 mg/L。

2)CPAM在對(duì)污泥進(jìn)行脫水時(shí)最佳攪拌時(shí)間為4 min,即總反應(yīng)時(shí)間的2/3。

3)將實(shí)驗(yàn)得到的最佳反應(yīng)條件運(yùn)用到實(shí)際污泥脫水工藝中,得到的泥餅含水率降低,提高了泥餅的含固率,可以減少污泥堆置的占地面積。

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