Effect of antifoams on oxygen mass transfer in pulp and paper mill effluents

Vaahdonestoaineiden haitallinen vaikutus hapen liukenemisnopeuteen biologisen puhdistamon jätevesissä on yleisesti tunnettua. Aineiden eri vaikutusmekanismien takia on silti vaikea etukäteen arvioida, miten ja kuinka paljon aineensiirto muuttuu. Työn tavoitteena oli saada tietoa vaahdonestoaineiden ja muiden pinta-aktiivisten aineiden vaikutuksesta kuplakokoon, kaasun tilavuusosuuteen ja kaasu-neste aineensiirtoon. Työn teoriaosassa on kuvailtu vaahdon muodostumiseen vaikuttavia tekijöitä sekä eri vaahdonestoaineiden vaikutusmekanismeja sellu- ja paperitehtaan jätevedessä. Edelleen on esitetty useita hapen siirtoa estäviä ja parantavia aineita. Työn kokeellisessa osassa tutkittiin kahdenkymmenenviiden eri pinta-aktiivisen aineen vaikutusta hapen liukenemisnopeuteen yksivaiheisessa kuplakolonnissa. Kokeet tehtiin kahdella pitoisuudella, kahdella eri kaasunjakolaitteella ja kolmella eri kaasun tyhjäputkinopeudella. Aineensiirtokokeiden rinnalla tutkittiin jätevesien laatu- ja fysikaalisiaominaisuuksia, niiden vaikutusta hapen liukenemisnopeuteen sekä testattavien koeaineiden vaikutusta fysikaalisin ominaisuuksiin. Kokeet osoittavat että pinta-aktiivisten aineiden vaikutus hapen aineensiirtoon vaihtelee riippuen kaasunjakolaitteesta ja aineen pitoisuuksista. Testatuista vaahdonestonaineista pienin negatiivinen vaikutus oli aineella AT 35 ja positiivinen vaikutustodettiin olevan vaahdonestoaineiden komponenteilla: P2, S1, F4 ja T9.

Detrimental effect of antifoams on oxygen mass transfer in aerobic wastewater treatment is generally known. However, due to different working mechanisms of antifoams, it is difficult, a priori, to estimate howand to what extent mass transfer is affected. The purpose ofthis work was to get information about the effects of antifoams and several other surface active substances on bubble size, gas holdup and gas-liquid mass transfer in industrial wastewater. In the theoretical part of the thesis, factors contributing to the foam formation in pulp and paper effluentsare reviewed, different working mechanisms of antifoams are described and various compounds, hindering or enhancing oxygen transfer, are presented. In the experimental part 25 surface active substances were studied in laboratory scale single staged bubble column at two concentrations with two different air diffusers (spargers) and three different gas flow rates. Beside mass transfer experiments, wastewater quality parameters, physical properties and their relation to oxygen solubility are explored and the effect of the tested substances on them is studied. The experiments demonstrated that the effect of the tested surface active substances on oxygen mass transfer often varies widely with respect to concentration and sparger type used. Nevertheless, itwas found out that the antifoam with the least negative effect to oxygen mass transfer is AT 35. A positive effect on oxygen mass transfer was observed in presence of following compounds: P2, S1, F4, and T9.