造纸工业废水Fenton氧化污泥脱水性能研究

造纸工业废水Fenton氧化污泥滤水性能研究蒋丽娜1黄飞霜2浦彧1某清峰3（1．柳州市环境保护监测站，柳州，545001；2．柳州两面针纸业有限公司，柳州，545011；3．柳州市融水苗族自治县环保局，柳州，545300）摘要：国家环保新标准颁布后Fenton氧化技术在处理难降解造纸工业废水中得到广泛应用，废水产生的Fenton氧化污泥通常难于脱水，造成其处理处置上的困难。从研究污泥的特性入手，对其脱水性能进行测定，为开发新型的预处理工艺来解决问题提供参考。关键字：造纸工业废水；污泥脱水；FentonTheFentonOxidizedSludgeDewateringPropertyinPaperMakingIndustryWastewaterJiangLina1，HuangFeishuang2，PuYu1，MouQingfeng3（1．LiuZhouCityEnvironmentalProtectionMonitoringStation，Liuzhou545001；2．LiuzhouLiangmianzhenPaperCo.,Ltd.，Liuzhou545011；3．LiuzhouRongshuiMiaoAutonomousCountyEnvironmentalProtectionBureau，Liuzhou545300）Abstract：Astheresultofthepromulgationofnewnationalstandardaboutenvironmentalprotection,Fentonoxidationtechnologyhasbeenwidelyused,especiallyinthetreatmentofrefractorywastewaterinpapermakingindustry.Fentonoxidizedsludge,producedbywastewater,isusuallyhardtodehydrate,whichcausesproblemsforthesubsequenttreatmentanddisposalofactivatedsludge.Startingfromthefeatureofsludge,itsdewateringperformanceisgoingtobeexaminedsoastoprovidethereferenceandsolvetheproblemofpretreatmentprocessdevelopmentmodel.Keywords：PaperMakingindustrywastewater;sludgedewatering;FentonFenton氧化技术是将亚铁盐和过氧化氢组合，利用Fe2+/H2O2体系在酸性条件下产生强氧化的氢氧自由基(OH•)把废水中的有机物分解氧化，进而降低废水中生物难分解的COD。2008年，随着国家颁布新的造纸工业废水排放标准，这种能有效的将造纸废水中难以生化降解的木质素、纤维等有机污染物氧化为易降解小分子或直接转化为CO2和H2O的技术，在造纸行业得到了广泛推广，由此也不可避免的产生大量含铁污泥。Fenton污泥在环保划分归类为危险固体废弃物，经带式机械脱水后仍有约80%的水分，造成后续处理的困难。污泥中含有较多的毒害有机物、重金属、致病微生物等有害物质，处理不当会对环境造成严重的二次污染风险。要解决Fenton污泥处理处置问题，需要对这种污泥的脱水性能进行研究，以确定最佳的脱水方案，使其达到相对稳定化状态，在此基础上再进一步将产量大、成分复杂的污泥，经过科学处理后使其减量化、无害化、资源化和稳定化[1]。1实验材料造纸工业废水Fenton氧化污泥取自柳州两面针纸业有限公司，废水经Fenton氧化塔反应后进入中和脱气池，取池子末段经调节pH值又没有投加PAM废水静置2h，倒出上层清水取沉淀污泥，即本次实验所需Fenton污泥。新鲜污泥采集后立即用塑料取样瓶密封贮存4℃冷藏冰箱中保存备用。污泥当天取回当天实验，实验在恒温污泥实验室进行，实验污泥温度保持在20℃。实验材料的平均理化性质如表1所示。表1实验污泥基本理化成分Table1Thebasicphysicalandchemicalcompositionofsludge干固体总重量/%固体颗粒密度/（g/cm3）粘度（10-3Pa·s）容重SVpH值2.471.429.31.0332%7.212实验主要仪器与药剂上海衡平仪器仪表厂生产的TZC-04型100g量程沉降天平，四川中浪科技有限公司NDJ-8S型数显粘度计，污泥比阻测定实验装置，秒表，量筒。实验药剂采用北京某化工厂的约800万分子量的阳离子聚丙烯酰胺（CPAM)，按0.1%浓度配制。3实验过程3.1污泥粒径分布利用斯托克斯定律研究污粒颗粒在水中运动所受到的阻力跟粒径、速度、流体的粘度关系，沉降天平自动绘制该种污泥的粒径分布曲线，对于污泥压滤滤布选择，改变污泥性质和提高污泥压滤滤水通道有着关键的参考作用。与粘滞力相比，忽略惯性力的情况下沉降未速不仅受粒度的影响，还受密度与表面形状的影响[2]。当用沉降天平进行测量时，在某种大粒径污泥含量大的情况下，对精度影响更大，需要大量的历史数据做参照才能做的比较精确。对于小粒径污泥颗粒而言，沉降加速度阶段很短，加速阶段所经历的距离也很小，因此小颗粒的加速度阶段可以忽略，近似地认为颗粒始终以稳定速度沉降。Fenton污泥中各种颗粒的粒径分布见图1，污泥的平均颗粒粒径为142.9µm，其中粒径＞100µm的颗粒占85.4%，粒径＞200µm的颗粒占8.4%，污泥的颗粒粒径主要在100-200µm之间，粒径分布统计如表2所示。0102030405060708090100101001000Fenton污泥粒径（µm）累计质量百分数（%）图1污泥颗粒粒径累积分布Fig.1Sizedistributionofcumulativevolumepercent表2污泥粒径分布统计1）/µmTable2Statisticalsizedistributionofgranules/µm平均粒径ｄ10ｄ25ｄ50ｄ75ｄ90142.988.3116.5134.1149.5179.21)ｄ10为污泥中累计质量百分数为10%时颗粒的最大直径，余同。3.2污泥粘度液体在流动时，在其分子间产生内摩擦的性质，称为液体的粘性，粘性的大小用粘度表示，是用来表征液体性质相关的阻力因子。对于Fenton污泥这种触变型非牛顿流体，剪切应力与剪切速率之间不存在线性关系，通常我们把剪切应力与剪切速率的比值称为表观粘度。单纯研究污泥的粘度是没有意义的，通常粘度与污泥浓度和温度之间存在有一定的关联关系，分别在10、20和30℃三个不同的恒定温度下，测定0.11-2.47%共九组不同浓度的粘度数据，并绘制成曲线，粘度、浓度和温度三者的关系见图2。由此可以得出，Fenton污泥的浓度影响粘度比温度影响粘度要大，随着浓度的提高粘度升高得越快，在1.5%以上浓度粘度随着浓度的提高增加得越快；温度影响粘度基本呈平行关系，温度低粘度大。这对压滤设备的选型，特别在处理高浓度的污泥的工艺设计，及管道输送设备的选择提供精确的参考依据。0.000.501.001.502.002.503.00024681012粘度（10-3Pa•s）浓度%10℃20℃30℃图2不同浓度和温度影响粘度曲线Fig.2Differentconcentrationandtemperatureaffecttheviscositycurve3.3污泥比阻3.3.1实验装置本实验装置如图3所示，主要组成为：布氏漏斗、Ф200mm抽滤筒、100mL量筒、真空缓冲瓶、水力循环真空泵。通过调节抽滤筒和真空缓冲瓶之间的闸阀，实现稳定压力和压力调节，过滤出的滤液用量筒收集不会堵塞气管，真空缓冲瓶能够实现实验过程压力相对平稳，确保实验连续稳定进行。图3Fenton污泥比阻测定实验装置Fig.3Experimentsetupformeasuringspecificresistanceofsludge3.3.2实验方法取100mLFenton污泥倒入比阻测定实验装置的布氏漏斗中（实验前先铺一张直径为110mm略小于漏斗内径的滤纸，其面积测量为0.0095m2，周边用水湿润），依靠重力过滤约1min（记录量筒中的滤液量，在分析时减去此值），然后在35kPa真空度下进行固定压力抽滤，每隔10s记录一次滤液体积V值，待过滤速度减慢后，可每隔30s或60s记录滤液体积，直到滤饼破裂，真空度破坏或持续过滤20min结束。首先对取回的污泥进行空白试验，测得污泥的空白比阻值r=4.58×109s2/g。一般认为比阻值在109～1010s2/g的污泥为难过滤性的污泥，比阻值在（0.5～0.9）×109s2/g的污泥为中等过滤性的污泥，比阻值小于0.4×109s2/g的污泥为容易过滤性的污泥，Fendon污泥的比阻值在难过滤性的污泥范围内。借鉴处理其他污泥的经验，投加混凝剂可以改善污泥的脱水性能[3]，减小污泥的比阻值。在实际生产中压滤低浓度污泥的比较少，高浓度污泥是脱水的重点,因此取粘度大于2×10-3Pa•s的三组污泥作为实验对象，浓度分别为1.53%、2.05%、2.47%，在每组污泥中按污泥绝干量从500ppm到5000ppm加入阳离子聚丙烯酰胺（CPAM)，加入量和比阻曲线见图4。0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.00.51.01.52.03.03.54.05.0CPAM投加量/103ppm绝干泥比阻r/109s2/g1.53%2.05%2.47%图4各浓度污泥随CPAM投加量的变化Fig.4ChangesintheconcentrationofthesludgewiththedosageofCPAM对于不同浓度的污泥，CPAM的投加有一个最佳的投加值，当投加量小于该值时随着CPAM的投加，比阻越来越小，滤水性越来越好；当投加量超过该值时随着CPAM的增加，比阻越来越大，滤水性变差。4结论4.1单纯的Fenton污泥粒径小，平均颗粒粒径仅有142.9µm，能够直接通过过滤介质的孔道，很难在过滤介质表面形成“架桥”。床层形成后，细小的颗粒填进大颗粒间的空隙，阻塞滤饼的滤水通道。过滤过程滤浆浓度逐步变高，粘度也急速增加，特别是在1.5%以后增加得特别快。4.2投入适量的CPAM可对Fenton污泥进行改性，改性后的污泥可以降低污泥的比阻值，提高滤水性能，最佳的CPAM投入量不能超过3500ppm。4.3实际表明，造纸工业废水Fenton氧化污泥可以通过对污泥的改性达到提高滤水性的目的，选择合适的改性剂可以达到事半功倍的效果。参考文献[1]尹军，谭学军．污水污泥处理处置与资源化利用[M]北京：化学工业出版社，2004．11．[2]Grotenhuis，JTC，Kissel，etal．RoleofsubsrateconcentrationinparticlesizedistributionofmethanogenicgranularsludgeinUASBreactors[J]．WatRes，1991，25(1)：21-27．[3]徐晓军，化学絮凝剂作用原理[M]北京：科学出版社，2005