阳离子瓜尔胶与聚丙烯酰胺联合调理污泥

发布日期:2015-03-15 22:03:17
阳离子瓜尔胶与聚丙烯酰胺联合调理污泥,中国城市污水处理 厂日处理污水的能力己超过1.1x10s m3,城市污水处理率达到82.6%,产生的污泥量突破3x107t (以 含水率80%计)。随着环保要求的提高,污水处理 量进一步加大,产生的污泥越来越多,污泥中含有 大量重金属、病毒、寄生虫卵等有害物质,如果处 理和处置不当,将造成严重的二次污染[1-2]。
在污泥处理中,聚丙烯酰胺(PAM)作为常用 絮凝剂来改善污泥的沉降和脱水性能,其作用机理 主要是对污泥颗粒产生吸附架桥作用,快速形成大 的絮体,便于分离,但PAM脱水过程中会部分水 解成丙烯酸等有毒单体,如果加入过量,容易给污 泥处理和处置带来负面影响,不符合环保要求[3-6]。
阳离子瓜尔胶(CGG)是对瓜尔胶进行氨基化 阳离子改性得到的一种天然絮凝剂。天然改性絮凝 剂相对人工合成高分子絮凝剂有着来源丰富、无毒、 收稿日期:2013-03-08;修改稿日期:2013-05-07。
基金项目:广东省科技计划项目(2009B030802054)。
第一作者及联系人:李玉瑛(1971—),女,副教授,博士,研宄方向 为环境污染控制。E-mail wyuchemlyy@126.com。
易降解等优点,已在废水处理领域有了一定的应 用[7-10]。本文作者采用CGG调理污泥旨在探究天然 改性絮凝剂在污泥处理当中的应用,为天然絮凝剂 在水处理方面的应用提供一定的参考。
试验研究了投加PAM、CGG后,对污泥脱 水性和沉降性的影响,并确定了两种絮凝剂的最佳 投加量与混合投加顺序。
1材料与方法
1.1污泥来源及性质
污泥取自于江门市文昌沙水质净化厂浓缩污 泥,污泥取回后,经50目孔径筛过滤后使用。污泥 基本性质见表1。
表1污泥基本性质
pH值污泥浓度 /g-L-1CST
/s污泥
含水率/%滤饼离心 含水率/%上清液 透光率/%
6.8649.847095.088.328.9
1.2药品与仪器
阳离子瓜尔胶(C-14-S,工业品,河北天时化 工有限公司);聚丙烯酰胺(相对分子质量>500万, AR,天津市大茂化学试剂厂);AnKe DL-5-B离心 机(上海安亭科技仪器厂);DAG-9053A型电热恒 温鼓风干燥箱(上海精密实验设备有限公司); ZR4-6混凝试验搅拌机(深圳市中润水工业技术发 展有限公司);J-11-09-011 723可见分光光度计(上 海菁华科技仪器有限公司)。
1.3试验步骤
取1L污泥,在相同搅拌速度和时间条件(先 快速 350 r/min、60 s,后慢速 60 r/min、10 min)下,
分别投加不同量的PAM和CGG,确定两种药品的 最佳投加量。在确定最佳投加量的基础上,考察两 种药剂以不同投加量、不同投加顺序复合调理污泥 的效果。
1.4分析方法
1.4.1污泥毛细吸水时间(CST)
分别取20 mL调理后的污泥和未处理污泥倒入 直径为20 mm的有机玻璃圆柱,两块有机玻璃板之 间的Whatman色谱纸将水分从污泥中吸收,记录色 谱纸湿润半径达到2 cm时所需时间,即为CST[11]。 1.4.2污泥离心含水率和上清液透光率
分别取一定量调理后的污泥和未处理污泥倒入 离心筒中,在2000 r/min下离心30 min,将离心后 污泥上清液倒入比色皿中,用分光光度计在600 nm 下测得其透光率,再将离心筒中的泥饼取出,在 105 °C恒温烘箱内烘干至恒重,冷却后称重,计算 出滤饼含水率[12_13]。
1.4.3污泥沉降比(SV)
分别取100 mL经药剂调理过的污泥和未处理 污泥倒入100 mL量筒中,静置30 min后记录污泥 沉降体积占原混合液的体积分数,即为SV。
2结果与分析
2.1最佳投加量的确定
本试验考察两种絮凝剂混合使用的效果,首先 确定两种药剂的最佳投加量。在此基础上,考察不 同体积分数的药剂联合处理污泥效果。
2.1.1 PAM最佳用量的确定
PAM调理污泥时,PAM用量对污泥脱水效果 的试验结果如图1。阳离子瓜尔胶与聚丙烯酰胺联合调理污泥,从图1中看出,当PAM投加量 大于120 mg/L时,CST比原污泥的470 s有大幅降 低,在56?90 s之间,并且投加量超过240 mg/L 后,CST变化很小。污泥经调理之后,离心含水率 均得到降低,当污泥投加量为240 mg/L时最低为 85.75%,之后随着投加量的增加而逐渐增大。综合
考虑,确定PAM最佳投加量为240 mg/L。
2.1.2 CGG最佳用量的确定
CGG相对分子质量大于20万,是通过瓜尔胶 分子链引入阳离子基团,从而获得一定的正电性。 阳离子瓜尔胶在污水处理中的研究已有报道,其絮 凝性机理主要有两个方面:一方面是电中和产生的 凝聚作用;另一方面是通过悬浮物之间的交联吸附 作用[14]。
图2为不同浓度CGG调理污泥的结果。从图2 中可见,在投加不同量的CGG后,CST都有所降 低,当投加量为900 mg/L时最低为154 s,此后随 投加量的增加而增大。污泥的离心含水率和SV先 减小后增大,其中SV在投加量为900 mg/L时出现 最小值93.88°%,离心含水率则在550?900 mg/L之 间比较低,均在85°%以下,当投加量大于900 mg/L 后,离心含水率和SV均增大。污泥离心上清液的 透光率一定程度可以反映絮凝剂作用于污泥的效 果。当投加量低于750 mg/L,透光率低于原污泥, 之后先增大后减小,在900 mg/L投加量时最大为 63.9%。原因可能是当投加量低时,药剂由于与污 泥的中和作用形成一种更难分离的胶体颗粒,致使 透光率下降,当超过一定投加量,污泥形成相对较 大的颗粒,便于离心分离,从而透光率上升。综合 考虑,确定CGG最佳投加量为900 mg/L。
2.2两种药剂协同调理污泥
本试验在确定CGG和PAM最佳投加量后,着 重考察两种药剂混合调理污泥的效果。试验中投加 方式分为3种:①先投加CGG,快速搅拌后再投加 PAM,表示为CGG+PAM;②先投加PAM,快速搅 拌后加CGG,表示为PAM +CGG;③混合CGG和 PAM后,同时投加,表示为CGG.PAM。两种药剂 的投加量见表2。
2.2.1复合药剂对污泥脱水性的影响
本研究采用CST和离心污泥含水率作为脱水 性指标,其中CST测定具有操作简单,时间短,重 复性好等优势,是评价污泥脱水性的重要指标。
图3为复合药剂调理污泥后对CST的影响。从 图3中可以看出,当PAM投加量大于60 mg/L或 CGG投加量大于300 mg/L时,CST都明显降低。 其中,PAM和CGG投加量分别为150 mg/L和900 mg/L时,3种不同投加顺序的CST都比较低。在复 合药剂投加量较小时,投加方式有一定的影响,当 超过一定投加量后,影响变小。分析认为,污泥中 颗粒大多带有负电荷,当加入阳离子药剂后,吸
图2 CGG投加量对污泥沉降性和脱水性的影响
附负电荷胶粒,通过电中和、压缩双电层、交联吸 附等作用后,胶体脱稳,加入PAM后,胶体通过吸附架桥作用形成大的颗粒,从而增强了脱水效果。
图4为复合药剂对污泥离心含水率的影响。由 图4中可以看出,投加方式对污泥含水率的影响较 大。投加方式为PAM+CGG时,污泥离心含水率相 对较低;此投加方式下,当PAM、CGG投加量分 别为60 mg/L、300 mg/L时,污泥离心含水率最小 为84.57%。本试验中,CST与污泥离心含水率之间 没有必然的正线性相关性,与刘欢等[15]的结论相 符。刘欢等研究表明,CST与污泥比阻有正线性相 关性,CST能很好地反映板框压滤脱水和真空抽滤
脱水效果,但不能很好地预测离心脱水效果。
2.2.2复合药剂对污泥沉降性的影响
图5为复合药剂对污泥SV的影响结果。从图 5中看出,投加方式对污泥沉降性影响较大,当投 加方式为CGG+PAM时,SV相对较低。此投加方 式下,CGG投加量达到900 mg/L后,SV均低于 84%。复合药剂的投加量相对于投加方式的影响较 小。这是因为吸附架桥起主要作用,当胶粒颗粒脱 稳后能够形成大的颗粒,从而能够固液分离,有很 好的沉降效果;而如果PAM的吸附架桥作用后, 再加入阳离子药剂,经过搅拌破坏了已经形成的大 的絮体;其次,阳离子药剂与污泥颗粒的接触面积 减小,不能完全发挥其电中和和交联吸附作用,致 使沉降效果下降。
2.2.3复合药剂对污泥上清液透光率的影响
图6为复合药剂对污泥上清液透光率的影响。 从图6中得知,复合药剂的投加方式和投加量对上 清液透光率都有很大的影响。投加方式为 CGG.PAM时,污泥上清液透光率较高,基本都大 于75%。说明当两种药剂混合同时使用时,具有电
中和作用和凝聚作用,能更好地吸附污泥颗粒,使 上清液中污泥颗粒减少,透光率升高。当PAM和 CGG投加量分别为150 mg/L和900 mg/L时,上清 液透光率都超过了 90%。
3结论
通过研究CGG和PAM对污泥沉降性和脱水性 的影响,得到以下结论。
(1)CGG能够提高污泥的脱水性和沉降性, 投加量为900 mg/L时,阳离子瓜尔胶与聚丙烯酰胺联合调理污泥,效果较好。但单独使用CGG 不能大幅提高脱水和沉降性能,两种药剂复合使用 时,有很好效果。
(2)当CGG与PAM复合调理污泥时,两种 药剂的投加顺序和投加量对污泥脱水性和沉降性影 响很大。PAM和CGG投加量分别为150 mg/L和 900 mg/L,投加方式为先加CGG,搅拌后加PAM, 污泥脱水和沉降效果较好。并且,复合药剂调理污 泥时,能够减少PAM的用量,比单独使用时减少 了 33.3%。
(3)CGG在污泥调理方面有不错的效果,其 来源广泛、无二次污染的特性,使得有一定的应用 空间,但受价格的影响,制约了其作为絮凝剂在水 处理方面的应用,随着生产扩大、工艺的改进,提 高取代度和电荷密度,势必会缩减其成本并可以获 得更高效的絮凝性,有广阔的应用前景。
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