赵骏衡 金海兰 李 坚

(1.江原大学校山林环境科学大学造纸工学科，韩国春川，200－701;2.东北林业大学生物质材料科学与技术教育部重点实验室，黑龙江哈尔滨，150040)

制浆造纸废水产生量大、污染物浓度高、含难分解性物质，是造纸行业治污的重点和难点，在制浆造纸废水排放标准日趋严格的今天［1］，对制浆造纸废水进行深度处理势在必行。

制浆造纸废水深度处理主要有混凝、吸附、生物处理、膜分离、高级氧化及生态处理等技术［2-3］。制浆造纸废水处理一般是将其中的浮游物进行分离，以回收为目的。适当添加化学药品将其中的浮游物进行分离，可提高絮聚物的滤水性、沉淀性、强度等特性［4］。而废水中的污泥处理占总处理费用的1/4～1/2，提高污泥的滤水性可节省必要的能量，优化废水处理效率。高分子絮凝剂是影响污泥滤水性能的主要因素之一，通过观察污泥的滤水性能，可确定适合的高分子絮凝剂。

通常，从污水处理厂出来的污泥含水率都非常高(98%左右)，因此，要实现污泥减量化、无害化、资源化等，对污泥进行脱水处理是其中首要的核心环节，这就需要建立一个合理的污泥脱水性能评价标准。在对污泥的脱水性能进行衡量时，通常采用污泥比阻 (SRF)［5-7］、毛细管吸水时间 (Capillary Suction Time，CST)［8-9］作为衡量污泥脱水性能的指标，而在实际的污水处理过程中，一般采用含水率或含固率(DS)来衡量污泥的脱水性能［10-11］，同时结合水(BW)也是影响污泥脱水性能的关键因素之一，因此，BW也常被选作衡量污泥脱水性能的指标［12-14］。衡量污泥脱水性能指标的多样化，严重影响了改善污泥脱水性能的各种新技术和新方法之间的相互参考比较及推广应用。

从本质上说，CST反映了污泥中自由水的过滤性能，CST值越大，表明污泥的过滤脱水性能越差。SRF值是反映污泥过滤性能的综合指标，SRF值越大，则污泥越难过滤，其脱水性能也越差。SRF值与CST值有着显著的相关性 (R=0.9450)，因此，在SRF值与CST值2个指标之中选其一即可有效衡量污泥的脱水性能，其中CST值测定方法简便，重复性好，且CST值的测定优于SRF值，同时CST值考虑了污泥浓度的影响，可比性更强［15］。在美国，CST值的测定已被认定为是一个特定的污泥脱水性测定方法［16］。

本实验以印刷纸、化妆纸、新闻纸的废水为原料，采用CST值的测定方法评价了以上原料废水造纸污泥的脱水性，通过讨论搅拌条件、温度、pH值、高分子絮凝剂对CST值的影响，评价了CST值的测定方法在改善污泥脱水性研究中的应用。

1 实验

1.1 实验原料

废水取自化妆纸厂、新闻纸厂、印刷纸厂，其特性如表1所示。硫酸铝用于废水的pH值调节以及辅助絮聚，阳离子聚丙烯酰胺 (CPAM)和阴离子聚丙烯酰胺 (APAM)用作高分子絮凝剂。

表1 废水特性

由表1可知，化妆纸和新闻纸废水的CST值比印刷纸的高，由于化妆纸和新闻纸原料中含有二次纤维，导致污泥中的细小纤维含量较高，降低了污泥的脱水性能。

1.2 CST值的测定方法［17-19］

CST测定装置的型号为304B，如图1所示。CST值的测定是利用滤纸的毛细管吸引压力 (P=15 kPa)，测定一定面积的滤纸吸收滤液至饱和的时间。滤液在滤纸中的扩散速度与污泥的滤水性能密切相关，因此，测得的CST值可用来判定污泥脱水性能。CST值低，说明污泥脱水性良好;CST值高，污泥脱水性差。

图1 CST测定装置

由图1可知，往内径1.5 cm的滤液管内滴入6 mL的滤液，测定滤液通过感应器1到达感应器2的时间，就是CST值。具体计算见式 (1)［20］。

式中，Va为单位面积滤纸的滤液饱和量;r*为电阻率的倒数;C*为固形物浓度;Ra0、Ra1、Ra2分别为滤液管半径、感应器1半径和感应器2半径。

2 结果与讨论

在研究搅拌条件、温度、pH值对CST值的影响时，实验原料为具有代表性的印刷纸废水。

2.1 搅拌条件对CST值的影响

2.1.1 急速搅拌对CST值的影响

微细絮聚物成为巨大絮聚物，需要增加絮聚物之间的接触。而通过搅拌增加接触次数时，如果搅拌条件太剧烈，剪切力提高，凝聚的絮聚物又会被破坏，因此，凝聚时需要进行适当的搅拌［21］。本实验在印刷纸原废水中添加一定量的絮凝剂之后，通过标准剪切搅拌器的搅拌，研究了搅拌速度和搅拌时间对CST值的影响，如图2所示。

由图2可知，在搅拌速度300 r/min、搅拌时间10 min的急速搅拌条件时，CST值最低，10 min后随着时间的推移CST值没有明显的变化。可见，在继续急速搅拌意义不大，所以，搅拌速度300 r/min、搅拌时间10 min为最佳急速搅拌条件。

图2 急速搅拌对CST值的影响

2.1.2 缓慢搅拌对CST值的影响

印刷纸废水在300 r/min的速度下急速搅拌10 min之后，再进行30～110 r/min的缓慢搅拌，缓慢搅拌对CST值的影响见图3。由图3可知，当搅拌速度为50 r/min、搅拌时间15 min的缓慢搅拌条件时，CST值最低。

图3 缓慢搅拌对CST值的影响

2.2 温度和pH值对CST值的影响

图4为印刷纸废水温度变化对CST值的影响。由图4可知，随着温度上升，CST值逐渐降低，这是由于温度上升时废水黏度降低，提高了污泥的脱水性能。

图4 温度对CST值的影响

印刷纸废水pH值对CST值的影响见图5。由图5可知，pH值为7左右时，CST值最低，说明中性条件可改善造纸污泥的脱水性能。

2.3 高分子絮凝剂对CST值的影响

图5 pH值对CST值的影响

CPAM和APAM对各类废水CST值的影响分别见图6和图7。由图6和图7可知，CPAM提高造纸污泥脱水性优于APAM。其中在使用CPAM时，印刷纸废水的脱水性最好，当CPAM用量为60 mg/L时，CST值最小，约为25 s;新闻纸废水脱水性最差，当CPAM用量为40 mL/g时脱水性最好，其CST值约为35 s。

3 结论

毛细管吸水时间 (CST)测定方法能够快速、准确地评价废水固形物的脱水性能，在污泥脱水性控制中应用具有可行性。

3.1 搅拌条件对CST值的影响表明，印刷纸废水先进行300 r/min、10 min的急速搅拌，再进行50 r/min、15 min的缓慢搅拌，造纸污泥的脱水性最佳。

3.2 提高废水温度，废水黏度降低，印刷纸废水的CST值逐渐减小，可改善造纸污泥的脱水性能。废水pH值为7左右时，印刷纸废水CST值最低，说明中性条件可改善造纸污泥的脱水性能。

3.3 CPAM提高造纸污泥脱水性优于APAM。其中，印刷纸废水的脱水性最好，而新闻纸废水脱水性最差。

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