改善造紙污泥脫水性條件對CST的影響

趙駿衡 金海蘭 李 堅

(1.江原大學校山林環(huán)境科學大學造紙工學科，韓國春川，200－701;2.東北林業(yè)大學生物質(zhì)材料科學與技術(shù)教育部重點實驗室，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)治污的重點和難點，在制漿造紙廢水排放標準日趨嚴格的今天［1］，對制漿造紙廢水進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行分離，以回收為目的。適當添加化學藥品將其中的浮游物進行分離，可提高絮聚物的濾水性、沉淀性、強度等特性［4］。而廢水中的污泥處理占總處理費用的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，要實現(xiàn)污泥減量化、無害化、資源化等，對污泥進行脫水處理是其中首要的核心環(huán)節(jié)，這就需要建立一個合理的污泥脫水性能評價標準。在對污泥的脫水性能進行衡量時，通常采用污泥比阻 (SRF)［5-7］、毛細管吸水時間 (Capillary Suction Time，CST)［8-9］作為衡量污泥脫水性能的指標，而在實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［12-14］。衡量污泥脫水性能指標的多樣化，嚴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，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個指標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，重復性好，且CST值的測定優(yōu)于SRF值，同時CST值考慮了污泥濃度的影響，可比性更強［15］。在美國，CST值的測定已被認定為是一個特定的污泥脫水性測定方法［16］。

本實驗以印刷紙、化妝紙、新聞紙的廢水為原料，采用CST值的測定方法評價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CST值的影響，評價了CST值的測定方法在改善污泥脫水性研究中的應用。

1 實驗

1.1 實驗原料

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原料中含有二次纖維，導致污泥中的細小纖維含量較高，降低了污泥的脫水性能。

1.2 CST值的測定方法［17-19］

CST測定裝置的型號為304B，如圖1所示。CST值的測定是利用濾紙的毛細管吸引壓力 (P=15 kPa)，測定一定面積的濾紙吸收濾液至飽和的時間。濾液在濾紙中的擴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，測定濾液通過感應器1到達感應器2的時間，就是CST值。具體計算見式 (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、感應器1半徑和感應器2半徑。

2 結(jié)果與討論

在研究攪拌條件、溫度、pH值對CST值的影響時，實驗原料為具有代表性的印刷紙廢水。

2.1 攪拌條件對CST值的影響

2.1.1 急速攪拌對CST值的影響

微細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，如果攪拌條件太劇烈，剪切力提高，凝聚的絮聚物又會被破壞，因此，凝聚時需要進行適當?shù)臄嚢瑁?1］。本實驗在印刷紙原廢水中添加一定量的絮凝劑之后，通過標準剪切攪拌器的攪拌，研究了攪拌速度和攪拌時間對CST值的影響，如圖2所示。

由圖2可知，在攪拌速度300 r/min、攪拌時間10 min的急速攪拌條件時，CST值最低，10 min后隨著時間的推移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、攪拌時間10 min為最佳急速攪拌條件。

圖2 急速攪拌對CST值的影響

2.1.2 緩慢攪拌對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，再進行30～110 r/min的緩慢攪拌，緩慢攪拌對CST值的影響見圖3。由圖3可知，當攪拌速度為50 r/min、攪拌時間15 min的緩慢攪拌條件時，CST值最低。

圖3 緩慢攪拌對CST值的影響

2.2 溫度和pH值對CST值的影響

圖4為印刷紙廢水溫度變化對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廢水黏度降低，提高了污泥的脫水性能。

圖4 溫度對CST值的影響

印刷紙廢水pH值對CST值的影響見圖5。由圖5可知，pH值為7左右時，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CST值的影響

圖5 pH值對CST值的影響

CPAM和APAM對各類廢水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，印刷紙廢水的脫水性最好，當CPAM用量為60 mg/L時，CST值最小，約為25 s;新聞紙廢水脫水性最差，當CPAM用量為40 mL/g時脫水性最好，其CST值約為35 s。

3 結(jié)論

毛細管吸水時間 (CST)測定方法能夠快速、準確地評價廢水固形物的脫水性能，在污泥脫水性控制中應用具有可行性。

3.1 攪拌條件對CST值的影響表明，印刷紙廢水先進行300 r/min、10 min的急速攪拌，再進行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，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。

［1］ QIAO Wei-chuan，HONG Jian-guo．The Feature of《Discharge Regulation of Water Pollutants of Pulp and Paper Industry》［J］．China Pulp ＆ Paper，2009，28(9):61．喬維川，洪建國．《制漿造紙工業(yè)水污染物排放標準》的特點及企業(yè)應對策略［J］．中國造紙，2009，28(9):61．

［2］ Li Zhiping，Liu Qianjun，Lin Qintie，et al．Papermaking wastewater treatment technology research［J］．Transactions of China Pulp and Paper，2010，25(1):102．李志萍，劉千鈞，林親鐵，等．造紙廢水深度處理技術(shù)的應用研究進展［J］．中國造紙學報，2010，25(1):102．

［3］ WANG Xiao-cong，GUO Xiao-wei，HU Wen-fei，et al．Advanced Treatment of Pulping and Papermaking Wastewater［J］．China Pulp＆ Paper，2012，31(12):45．王小聰，郭曉偉，胡文斐，等．制漿造紙廢水深度處理研究［J］．中國造紙，2012，31(12):45．

［4］ Cho Jun Hyung．Study on wastewater of paper mill for coagulant characteristics forest science research［J］．Kangwon National University，1998，14:101．

［5］ Li Kai，Ye Zhiping，Li Huanwen，et al．Study of surfactants CTAC on activated sludg's dewaterability and mechanism ［J］．Journal of South China Normal University(Natural Science Edition)，2010，2(2):76．李 愷，葉志平，李煥文，等．表面活性劑CTAC對活性污泥的脫水性能及其機理研究［J］．華南師范大學學報(自然科學版)，2010，2(2):76．

［6］ Ren Bozhi，Hou Baolin，Yang Yanling．A Study on the Improvement in Dewatering of Sewag Sludge by Adding Fly Ash［J］．Environmental Science＆ Technology，2010，33(12F):184．任伯幟，侯保林，楊艷玲．粉煤灰改善污水污泥脫水性能的實驗研究環(huán)境科學與技術(shù)［J］．環(huán)境科學與技術(shù)，2010，33(12F):184．

［7］ Liu Fenwu，Zhou Lixiang．Enhancing dewaterability of municipal sewage sludge through the combined approaches of bioleaching and Fenton reaction［J］．Acta Scientiae Circumstantiae，2009，29(5):974．劉奮武，周立祥．不同能源物質(zhì)配合及化學強化對生物瀝浸法提高城市污泥脫水性能的效果［J］．環(huán)科學學報，2009，29(5):974．

［8］ Zhu Rui，Wu Min，Yang Jian，et al．Influences of Extracellular Polymeric Substances(EPS)on Dewaterability of Thickened Sludge［J］．Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis，2010，46(3):385．朱 睿，吳 敏，楊 健，等．濃縮污泥中胞外聚合物組分與脫水性的關(guān)系［J］．北京大學學報(自然科學版)，2010，46(3):385．

［9］ Dai Weiliang．Dewatering Performance of Sludge from Zhuyuan Second Wastewater Treatment Plant in Shanghai［J］．China Water ＆Wastewater，2009，25(21):62．戴維良．上海市竹園第二污水處理廠污泥脫水性能的研究［J］．中國給水排水，2009，25(21):62．

［10］ Li Tong，Li Jun，Liu Weiyan，et al．Experimental Research on Sludge Dewatering by Screw Press Dehydrator［J］．China Water ＆Wastewater，2009，25(11):66．李 佟，李 軍，劉偉巖，等．螺旋壓榨式脫水機對污泥脫水的試驗研究［J］．中國給水排水，2009，25(11):66．

［11］ Xie Xiaoqing，Huang Zhenyi，Dai Lanhua，et al．Study on deep dewatering and recycling of municipal sludge in Xiamen［J］．China Water＆ Wastewater，2010，26(5):138．謝小青，黃珍藝，戴蘭華，等．廈門市污泥深度脫水處理及資源化利用研究［J］．中國給水排水，2010，26(5):138．

［12］ He Wenyuan，Yang Haizhen，Gu Guowei．Acid treatment of waste activated sludge for better dewaterability［J］．Environmental Pollution ＆ Control，2006，28(9):680．何文遠，楊海真，顧國維．酸處理對活性污泥脫水性能的影響及其作用機理［J］．環(huán)境污染與防治，2006，28(9):680．

［13］ JIN B，WILI～N B M，LANT P．Impacts of morphological，physical and chemical properties of sludge flocs on dewaterability of activated sludge［J］．Chemical Engineering Journal，2004，98:115．

［14］ VAXELAIRE J，C ～ZAC，P．Moisture distribution inactivated sludges:a review［J］．Water Research，2004，38:2215．

［15］ Fang Jingyu，Ma Zengyi，Yan Jianhua，et al．Comparative investigation of parameters for determining the dewaterability of activated sludge［J］．Energy Engineering，2011，4:51．方靜雨，馬增益，嚴建華，等．污泥脫水性能指標的比較分析［J］．能源與環(huán)境，2011，4:51．

［16］ APHA．Standard methods for the examination of water and wastewater，19th ed［M］．Baltimore，MD，USA:American Public Health Association，1995．

［17］ Cho Jun Hyung，Lee Sung Ho，Lim Taek jun．Studies on the determination of optimal flocculation condition in wastewater of recycled paper［J］．Korea Tappi，2001，33(3):91．

［18］ Seo J W，Song T J，Park J W，et al．Characteristics of sludge dewaterability and viscosity with polymer flocculant addition［J］．Journal of KSEE，1996，18(12):1609．

［19］ Scholz M．Review of Recent Trends in Capillary Suction Time(CST)Dewaterability Testing Research［J］．Industrial and Engineering Chemistry Research，2005，44(22):8157．

［20］ Derek B Purchas．Solid/Liquid Separation Equipment Scale-up［M］．Michigan:Uplands Press Ltd，1977．

［21］ Cho I H，Yoon T I，Lee M J，et al．A study on the determination of floc break up condition for the floc strength evalution［J］．Journal of KSEE，1992，14(3):185．