摘要:本文研究了在再生纸污泥脱水中用阴离子聚丙烯酰胺代替阳离子聚丙烯酰胺的可能性。探讨了阴离子聚丙烯酰胺的加入量,醚化剂的加入量,停留时间,ｐＨ值等因素对污泥脱水性能的影响。实验室工作和中试证明;经过改进,加入适量醚化剂,采用缓冲的方法,用阴离子聚丙烯酰胺可以达到和阳离子聚丙烯酰胺十分接近的效果,这样可以大大节约成本,取得较好的经济效益。综合经济因素和污泥脱水效果因素,本实验确定了阴离子聚丙烯酰胺的最佳用量,醚化剂和阴离子聚丙烯酰胺用量的最佳配比,最佳停留时间,ｐＨ值等因素。
关键词:阴离子聚丙烯酰胺;絮凝剂;醚化剂;污泥脱水
在再生纸生产过程中,因纸张来源不同,回收过程复杂多样,所以在再生产过程中会产生大量的污泥。其污泥组成的主要成分为原纸生产中加入的填料、原纸上的印刷油墨、循环及推放过程中黏附的杂物等,成分非常复杂。生产过程中的中先将有用的造纸纤维与以上污泥进行分离,分离得到的污泥,其含水率往往在99%左右,通常加入有机高分子絮凝剂,使污泥中固相物质絮凝成为较大颗粒,实现污泥脱水。使用絮凝剂后,污泥的脱水性能絮凝剂的使用成本是生产厂家最为关注的问题。本试验中处理的废水是山东凤凰纸业再生纸生产中产生的污泥,主要汇集于沉淀池和气浮池。本试验的目的是改变絮凝剂配制槽中的絮凝剂类型,用阴离子聚丙烯酰胺加入醚化剂,改善其絮凝效果,以替代价格远高于它的阳离子聚丙烯酰胺。其基本工艺流程如图1所示。
1 试验原料、仪器、药剂与方法
1 1 试验原料
实验所用污泥:取自凤凰纸业的沉淀池和造纸废水气浮后所得的污泥。
1 2 试验仪器与药剂仪器:
液压滤水仪(凤凰纸业自造),旋转式粘度剂,酸度计,ｐＨ值计,秒表等。药剂:阳离子聚丙烯酰胺、阴离子聚丙烯酰胺、3-氯-2羟丙基三甲基氯化铵(简称醚化剂)
1 3 试验方法
取阴离子聚丙烯酰胺ＰＡＭ0.500ｇ加入200ｍＬ水,共做五份。用玻璃棒搅拌使其均匀,静置24ｈ,使其充分溶解。(或将其先溶于乙醇,然后溶于水可迅速溶解)将醚化剂稀释10倍,浓度为4.2%。分别向阴离子聚丙烯酰胺ＰＡＭ中加入其加入量的3%、5%、6%、7%、10%的醚化置24ｈ,使其充分溶解。(或将其先溶于乙醇,然后溶于水可迅速溶解)将醚化剂稀释10倍,浓度为4.2%。分别向阴离子聚丙烯酰胺ＰＡＭ中加入其加入量的3%、5%、6%、7%、10%的醚化剂,搅伴均匀,测其ｐＨ值及粘度值。取上述溶液的一半,用酸调ｐＨ值,使ｐＨ值与车间的阳离子聚丙烯酰胺的ｐＨ值相同。取车间污泥(未处理)分别取50ｍＬ,按3%加入量加入上述阴离子聚丙烯酰胺ＰＡＭ混合液中,静置不同的时间。然后加水至1000ｍＬ,分别在不同的醚化剂加入量条件下作脱水试验,对滤水时间及滤水体积进行测定。
2 结果与讨论
2 1 实验原理聚丙烯酰胺(ＰＡＭ)是一种线型高分子化合物,通常由丙烯酰胺单体聚合而成,按其基本结构特性可分为非离子型、阴离子型、阳离子型和阴阳离子型。阳离子聚丙烯酰胺带正电,污泥胶体带负电,在絮凝过程中可通过吸附电中和及吸附架桥两种作用使带负电荷的胶体颗粒和其他污染物质脱稳从而得到去除,故加入阳离子聚丙烯酰胺使污泥胶体颗粒絮凝沉降。阴离子聚丙烯酰胺在水溶液中带负电荷,加入带正电的醚化剂后,在负离子表面形成正离子层,从而整体带正电。但醚化后的阴离子聚丙烯酰胺,其絮凝效果随醚化剂的加入量改变而改变,随着醚化剂的加入量的增加,形成的正离子层达到一定厚度,此时起到的效果与阳离子聚丙烯酰胺相同。若醚化剂的量继续增加,污泥也会吸附反离子,与阳离子聚丙烯酰胺相互排斥从而使絮凝效果变差。这就是加入过量的醚化剂絮效果反而不好的原因。沉降的速度取决于絮凝剂的浓度和悬浮固体的浓度,如果絮凝剂的用量过多,由于粒子上的吸附点被迅速占领,结果就减少了架桥的可能性,絮凝效率反而降低。
2 2 实验结果车间所用的阳离子聚丙烯酰胺ＰＡＭ的ｐＨ值为6.70,粘度为65。将其加入污泥后作滤水实验,测得滤水时间为29ｓ,滤水体积为410ｍＬ。
分析:醚化剂的量对滤水性能的影响:在相同量的阴离子聚丙烯酰胺的条件下,醚化剂的加入量对污泥脱水的效果不同。由图2、3中数据可知,醚化剂的加入量为阴离子ＰＡＭ的7%左右和3%左右时滤水时间较短,滤水体积较大,即滤水性能较好。
2 3 当ｐＨ值为6.70时
从图5中可以看出,当ｐＨ值调至6.70时,醚化剂的量为阴离子聚丙烯酰胺的10%时滤水性能最好。比较调ｐＨ值与不调ｐＨ值,从脱水效果看差别不大(<2%),但调ｐＨ值,会使成本增加,工艺复杂,而且操作性能差。综合考虑,认为不调ｐＨ值较好。再讨论醚化剂的加入量对污泥脱水效果的影响:经初步分析知:在3ｍＬ处和7ｍＬ处数据较佳,现对其进一步做实验,以确定较佳值,如表4所示。
数据结论:从上述结果可以看出,加入醚化剂的量为3.5ｍＬ和6.5ｍＬ相比,其值差别不大,但加入量为6.5ｍＬ时,显然增加了成本,故应考虑到各方面的问题,醚化剂的量为阴离子ＰＡＭ的3.5%时,滤水性能最好,阴离子聚丙烯酰胺相比阳离子聚丙烯酰胺ＰＡＭ,滤水时间比阳离子聚丙烯酰胺稍长。下面再对聚丙烯酰胺停留时间对脱水时间和用水量的影响作一研究,结果如下
从以上数据分析:加入阴离子聚丙烯酰胺ＰＡＭ与醚化剂后,停留时间的长短对污泥脱水性能有着重要的影响。当停留时间为5ｍｉｎ时,滤水性能最好,从经济成本和滤水性能两方面考虑,加入醚化剂的量为阴离子聚丙烯酰胺的3.5%时效果最佳。
3 中试方案
中试是从实验室规模到工业化生产中的重要一步,它可以发现在工业化生产中产生的问题,对这些问题的解决,可以为最终实现工业化规模提供尽可能多的依据,最大限度的减小资金、技术上的风险。为此选择一中型再生板纸厂进行了中试取得了良好效果。
3.1 所需原料阴离子聚丙烯酰胺13.5Ｋｇ,醚化剂的用量是聚丙烯酰胺用量的3.5%,大约需要0.45Ｋｇ,所需缓冲罐的体积是5ｍ3。
3.2 中试流程描述
(1)取阴离子聚丙烯酰胺13.5Ｋｇ,加入50%的醚化剂0.45Ｋｇ,制成试剂。
(2)将配制好的试剂加入到缓冲罐里,让污泥流经缓冲罐,反应时间约为5ｍｉｎ。
(3)反应完之后的污泥,从缓冲罐中流出,进入到压滤机上。
3.3 主要设备的设计和选用缓冲罐的选用参数:体积:5ｍ3;压力:常压;温度:常温;温差:自然温差。
为使阴离子聚丙烯酰胺ＰＡＭ加醚化剂的改性试验与用阳离子聚丙烯酰胺进行污泥脱水达到同样的效果,且减少经济成本,设计方案如下:来自沉淀池和气浮池的污泥在进入压滤机的过程中加入一个缓冲罐,根据实验数据所得,停留时间为5ｍｉｎ最好,根据现场测得的流量为43-80ｍ3/ｈ,所以缓冲罐的体积应为5ｍ3。
3 4 效果分析及改进方案
3.4.1 纸厂废水处理原工艺如下:从车间里出来的废水进入集水池,经斜网自流到沉淀池,经一段时间的沉淀,自流到调节池,后用泵打入汽浮池中。用吸泥机把污泥从沉淀池吸到污泥池,气浮池中的污泥用刮沫机放到污泥池,然后用泵打到压滤机上,经压滤之后,滤饼外排。本中试在微小改变原工艺的基础上,改变了加入试剂,故本中试具有操作可行性。
3.4.2 处理牛卡纸产生的污泥时,在未事选通知操作工人师傅的情况下,用阴离子聚丙烯酰胺代替阳离子聚丙烯酰胺,脱水后的污泥呈饼状,冲网时,每生产2ｈ冲一次网,情况同用阳离子聚丙烯酰胺一样。当问工人师傅操作时的感觉有什么不同,工人师傅感染与往常一样,说明对生产牛卡纸产生的污泥用阴离子聚丙烯酰胺处理,完全可以达到同阳离子聚丙烯酰胺相同的效果。然后连续几日的生产试验,效果都很好。分析原因:牛卡纸是用包装箱生产的,纤维成分好,产生的污水中纤维较多,好处理。
3.4.3 当此方案应用于尼卡纸时,出现粘网的现象,效果不好。分析原因:尼卡纸用的是4号、3号美国废纸,其含纤维素较少;还有一点就是阴离子聚丙烯酰胺的停留时间的影响。在实验室做尼卡纸实验时,发现延长阴离子聚丙烯酰胺的停留时间,可以改善脱水效果。故如果改进工艺,在污泥池和压滤机之间,加一个缓冲罐,以延长阴离子聚丙烯酰胺的停留时间,就可达到较好的效果。在改进方案正处于实施阶段。
3.5 经济效益分析纸厂所用的进行污泥脱水的阳离子聚丙烯酰胺每吨4万元,每天用量为17.5Ｋｇ,这样一年大约需用25万元,如果改用阴离子聚丙烯酰胺加醚化剂进行污泥脱水,阴离子聚丙烯酰胺为每吨1万元,每天用量为13.5Ｋｇ,50%的醚化剂为每吨1万元,醚化剂的用量为阴离子聚丙烯酰胺用量的3.5%,两者加和一年只需5万元。这样,只需加一个5ｍ3的缓冲罐,以后每年可以节省20万元左右。
4 结论
4.1 当ｐＨ值调至6.70,醚化剂的量为阴离子聚丙烯酰胺的10%时滤水性能较好。比较调ｐＨ值与不调ｐＨ值,从效果看差别不大(<2%),但调ｐＨ值,会使成本增加,工艺复杂,而且可操作性能差。综合考虑经济因素和污泥脱水效果因素,认为不调ｐＨ值较好。
4.2 加入阴离子聚丙烯酰胺ＰＡＭ与醚化剂后,停留时间的长短对污泥脱水性能有着重要的影响。从经济成本和滤水性能两方面考虑,停留时间为5分钟,加入醚化剂的量为阴离子聚丙烯酰胺的3.5%最佳。
4.3 采用本实验所提出的方法,用一种较廉价的试剂阴离子聚丙烯酰胺,经过改进,代替较昂贵的试剂阳离子聚丙烯酰胺,节约了成本,在工艺流程上改动不大,有较强的操作可行性,且污泥脱水效果与使用原试剂十分接近,可以取得较好的综合效益。
声明：
1、本文系本网编辑转载，并不代表本网站赞同其观点及对其真实性进行负责、考证。
2、本网转载作品均注明出处，如转载作品侵犯作者署名权，并非出于本网故意，在接到相关权利人通知后会加以更正。