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［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］，同時結合水(BW)也是影響污泥脫水性能的關鍵因素之一，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，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?，在繼續(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。

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