造纸工业废水Fenton氧化污泥滤水性能研究

Posted 2023-01-12 工业废水

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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解决问题提供参考。
[关键字]造纸工业废水；污泥脱水；Fenton
[中图分类号]X793[文献识别码]A[文章编号]2095-3518(2013)08-93-02
Fenton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&#8901；)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.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于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。

2.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与粒径、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速度不仅受粒度的影响，还受密度与表面形状的影响。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142.9&micro；m，其中粒径>100&micro；m的颗粒占85.4%，粒径>200&micro；m的颗粒占8.4%，污泥的颗粒粒径主要在100-200&micro；m之间，粒径分布统计如表2所示。

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。
3.3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。

3.3.2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。借鉴其他污泥的经验，投加混凝剂可以改善污泥的脱水性能，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。

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
(1)单纯的Fenton污泥粒径小，平均颗粒粒径仅有142.9&micro；m，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。
(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。
(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。