【研究】表面活性剂CTAB用于造纸污泥脱水

       

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研究表明,在污泥脱水过程中,采用阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)能够明显地改变污泥的沉降性能和过滤速度,但是效果往往会是虽然过滤速度很快,但是最终泥饼的含水率还是很高。经分析可知,这主要是在污泥菌胶团和高分子聚合物进行吸附、架桥等反应之前,污泥颗粒与颗粒之间的间隙水合毛细管水无法被除去,被包裹在形成的沉降物当中。出现了对污泥的脱水过程来说相互矛盾的两方面,一是沉降速度和过滤速度加快,而另一面是最终污泥的含水率高,给最终处理和利用带来了很多的麻烦。于是,能不能在高分子聚合物和污泥颗粒发生絮凝作用之前,使污泥颗粒之间的粘附作用降低,更多的水分被释放出来。而要使泥水体系中污泥颗粒之间及其颗粒和水分子之间的界面张力减少,可以加入表面活性剂。由于污泥颗粒本身带负电荷,所以带正电荷的阳离子表面活性剂对降低界面张力具有良好作用。

本文基于此,探索了阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)单独作用及其与阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)复合作用时的工艺条件。

1 原料、试剂

污泥:取自西安市某造纸厂废水处理站经过二级处理后的泥水混合物,其特性如表1所示:

试剂:十六烷基三甲基溴化铵(CTAB),固含量≥99%。CPAM,固含量≥98%,分子量1400万~1600万,离子度≥35%。

2 确定正交实验影响因素的方法

在污泥脱水过程中,影响其脱水性能的因素重要有,泥水体系的pH值、体系所处的环境温度、向污泥中投加的表面活性剂的量、污泥中颗粒的组成状态及其分布对污泥的类型、表面活性剂加入到泥水体系中的方式及其搅拌强度等因素都会对其脱水性能产生影响等。因试验中的污泥是同时取自同一造纸废水处理之后的沉淀池,可以忽略污泥自身性能的影响。由正交试验表设计L9(3

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)正交实验确定最佳工艺条件。

3 单独投加阳离子表面活性剂CTAB对污泥脱水的影响

主要从投加表面活性剂的量(用表面活性剂与干污泥的比值表示,简称为表面活性剂/干污泥)体系所处的温度T及其pH值三方面来考虑其对造纸污泥脱水性能的影响。由初步探索可知,当表面活性剂单独作用时,污泥脱水性能较好时存在最佳剂量。如图1所示,可知当CTAB的量为0.10:1时,最终泥饼的含水率降至72.59%。

严格控制实验操作条件,从加入表面活性剂之后泥水体系在具塞量筒中停止沉降的时间、处理后的泥水在真空泵上抽滤时得到50ml滤液的时间、滤液的投射比及其抽滤后留在滤布上的泥饼的含水率这四个方面来考虑污泥的脱水性能的好坏。

由实验结果可知:当在泥水体系中加入阳离子表面活性剂CTAB的剂量为表面活性剂/干污泥为0.1:1,操作体系的温度为10℃、pH为9时,污泥的脱水速度最快;当表面活性剂/干污泥为0.15:1,操作体系的温度为25℃、pH为7时,最终泥饼的含水率最低,为70.71%,比空白样降低了13.5%。

4 CTAB和CPAM复合作用的工艺条件

CPAM已经被广泛应用于造纸污泥的处理。而CTAB对污泥脱水性能的影响我们也得到了初步的探讨。能否将两者结合起来利用,充分发挥CTAB降低泥水体系的界面张力作用和CPAM能使分散的污泥颗粒通过吸附架桥作用,进一步提高污泥的脱水性能,并降低药品的消耗,对工厂效益的提高具有积极意义。

当在泥水体系中采用同时投加CTAB和CPAM,两者的比值为1:1,体系的温度在0℃左右、pH为7时,泥水在抽滤时有较快的过滤速度;当采用先加入CTAB再加CPAM,两者的比值为2:1,体系的温度在0℃左右,pH为9时,最终得到的泥饼的含水率最低为70.78%,和表面活性剂单独作用时效果基本相同。

5 采用CTAB处理造纸污泥时药品的经济费用

CTAB和CPAM都是常见的药品,将两者复合作用,虽然对最终泥饼的含水率没有进一步降低,但是药品的总消耗费用有所降低。据市场价可知CTAB的价格是30元/kg。而CPAM的价格是20元/kg。通过经济核算可知,

单独投加表面活性剂是的费用:1000×4.12%×0.1×30=123.6(元);

单独投加CPAM进行污泥脱水时的费用:1000×4.12%×100×2‰×20=164.8(元);

采用这两种药品进行复合作用处理污泥,因为CTAB的剂量减少一半,按CPAM的剂量为脱水效果最好时的比例为2:1时计算可知,总的药品费用为0.5×123.6+0.25×164.8=103元。

由此可见处理单位浓缩污泥,采用CTAB和CPAM复合作用比单独投加CPAM节省61.8元,比单独投加CTAB时节省20.6元,节省了药品的费用,对工厂实际生产有重要意义。

6 结论

6.1 采用投加CTAB的剂量为表面活性剂/干污泥为0.1:1,操作体系的温度为10℃、pH为9时,污泥的脱水速度较快;当表面活性剂/干污泥为0.15:1,操作体系的温度为25℃、pH为7时,最终泥饼的含水率最低,为70.71%,比空白样降低了13.5%。

6.2 当在泥水体系中采用同时投加CTAB和CPAM时,当两者的比值为1:1,在合适的条件下,泥水在抽滤时有较快的过滤速度;采用先加入CTAB再加CPAM、两者的比值为2:1,最终得到的泥饼的含水率最低为70.78%,和表面活性剂单独作用时效果基本相同。

6.3 采用CTAB和CPAM复合作用,可以比单独投加CPAM和CTAB节省药品的费用。