聚丙烯酰胺对污泥脱水性能的影响研究

罗海华

摘要：城市污水处理厂产生的污泥中水份含量达到95%-99%，如何提高污泥的脱水性能，是一个重要的研究课题。本文基于实验研究，以污水处理厂污泥为对象，探究了阳离子型聚丙烯酰胺、阴离子型聚丙烯酰胺以及非离子型聚丙烯酰胺对污泥脱水性能的影响，并得出相关结论，供参考。

关键词：污泥处理；脱水性能；的絮凝原理；投加比率

城市污泥是城市污水处理过程中产生的剩余污泥，通常是由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的非均质体，具有含水量高、易腐败、有恶臭、有害的特点，若不进行科学处理处置，将带来严重的二次污染，危害人体健康，并且对于整个生态来说，污水处理也失去了意义。当前，城市污泥脱水已成为城市污泥处理处置的重要环节。

1.污泥调理与调理剂的分类

常用的污泥调理方法有物理调理、化学调理、物理和化学联合调理、微生物调理、其他调理技术。化学调理是通过添加污泥调理剂，改变污泥颗粒结构，破坏胶体稳定性，减少污泥与水的亲和力，而使污泥浓缩脱水。污泥调理剂又称污泥脱水剂，分为无机调理剂和有机调理剂两大类[1]。

1.1无机调理剂

无机调理剂的絮凝原理主要是对污水中具有阴阳电荷的胶质微粒起压缩双电层和中和的效果；最常用的无机调理剂主要有铁和铝的盐类及其水解的聚合产物。盐类聚合物的性能优于无机盐类，对水温、pH、碱度的适应性强，絮体生成快且密实。使用时对材料的腐蚀性小。

1.2有机调理剂

有机调理剂的絮凝原理主要对污水中凝聚的颗粒起到吸附架桥的效果，进而加快絮体的长大，使颗粒与水易于分离。有机合成高分子调理剂种类很多，按聚合度可分为低聚合度和高聚合度两种；按离子型分为阳离子型、阴离子型、非离子型等。

与无机调理剂相比，有机调理剂投加量较少，一般为污泥重量的0.1%，而且没有腐蚀性。目前应用的有机调理剂主要是高聚合度的聚丙烯酰胺系列产品，主要有阳离子型聚丙烯酰胺、阴离子型聚丙烯酰胺和非离子型聚丙烯酰胺三类。在国内水处理中使用广泛的是阳离子型聚丙烯酰胺（CPAM）

2.进行污泥调理时应注意的影响因素

2.1调理剂类型的影响

在利用真空过滤机和板框压滤机使污泥脱水时，可使用无机调理剂。首先尽可能使用铁盐；当使用铁盐会带来许多问题时，再考虑采用铝盐；在利用离心脱水机和带式压滤机使污泥脱水时，应采用有机调理剂。在使用无机调理剂或有机调理剂难以达到理想的调理效果时，可将无机和有机调理剂复配使用[2]。

2.2污泥性质的影响

污泥性质的不同直接影响调理效果：初沉池污泥较易脱水，而浮渣和剩余活性污泥则较难脱水，混合污泥的脱水性能则介于两者之间。

难脱水的污泥颗粒细小、其中有机物含量和碱度高时，调理剂用量要加大。其次，污泥含固率越高，调理剂投加量越大。有机物含量高的污泥，宜选用阳离子型有机高分子调理剂，含量越高，越宜选用聚合度越高的阳离子型有机高分子调理剂。对以无机物为主的污泥，可以考虑采用阴离子型有机高分子调理剂。

2.3温度的影响

污泥的温度直接影响着无机盐类调理剂的水解作用，温度低时，水解作用会变慢。如果温度低于10℃，调理效果会明显变差，可通过适当延长调理时间的方法改善调理效果。冬季气温较低时，要重视污泥输送系统的保温环节，尽量减少污泥输送过程中热量的损失。已有研究研究了不同污水处理工艺污泥脱水性能的影响因素，试验表明：污泥脱水性能和调理剂投配率均呈现季节性变化特征，冬季污泥较难脱水，调理剂消耗大[3]。

2.4调理剂配制浓度的影响

调理剂的配制浓度不仅影响调理效果，而且影响药剂消耗量和泥饼产率，其中有机高分子调理剂影响更为显著。一般情况下，有机高分子调理剂配制较低浓度溶液时，调理剂消耗量少，调理效果好。但配制的浓度过高或过低都会降低泥饼产率。而无机高分子调理剂的调理效果受配制浓度的影响不大。有机高分子调理剂配制浓度在0.05%～0.2%之间较合适，三氯化铁配制浓度在10%最佳，而铝盐配制浓度在4%～5%较适宜。

2.5污泥pH值的影响

污泥pH值决定无机盐类调理剂水解产物的形态，同一种调理剂对不同pH值的污泥的调理效果也不相同。铝盐的水解反应受pH值的影响较大，凝聚反应的最佳pH值范围为5～7。高铁盐调理剂受pH值的影响较小，最佳pH值范围为6～11；亚铁盐pH值范围为8～10。因此选用无机盐类调理剂时，首先要考虑污泥的pH值，如果pH值偏离其凝聚反应的最佳范围，最好更换调理剂，或投加酸或碱调整污泥的pH值。

2.6调理剂投加顺序的影响

当采用铁盐和石灰作调理剂时，一般先投加铁盐，再投加石灰，这样形成的絮体与水较易分离，而且调理剂总的消耗量也较少。当采用无机调理剂和有机高分子调理剂联合调理污泥时，先投加无机调理剂，再投加有机高分子调理剂，以取得较好的调理效果。

2.7混合反应条件的影响

为取得最好的调理效果，污泥与调理剂完全充分混合是必要的。但是，污泥与调理剂混合反应形成絮体后，一定不能再被破坏。因为絮体一旦受到破坏，就很难恢复到原来的状态。首先不能随意延长或缩短混合反应的时间，其次要尽快将调理后的污泥放进到污泥脱水机。总之，有机高分子调理剂配制较低浓度溶液时，调理剂消耗量少，调理效果好。有机物含量高的污泥，宜选用阳离子型有机高分子调理剂，含量越高，越宜选用聚合度越高的阳离子型有机高分子调理剂。

3.试验结果及讨论

3.1试验方案

选用广泛应用三种类型有机高分子调理剂聚丙烯酰胺（分析纯）进行不同投配比率与过滤性能测定试验。聚丙烯酰胺（PAM）工作液质量分数为0.2%，试验污泥为哈市一生活污水处理厂残余污泥，含固率为3%～5%，有机物含量55%左右，pH为6.8，体积为200ml，环境温度20℃。在受试污泥中分别加入聚丙烯酰胺工作液至质量分数为0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06%，搅拌5分钟，倒入布氏漏斗中，在恒定压力下真空抽滤脱水，10分钟后记录滤液体积，取出过滤后滤饼重量法测定其含水率[4]。

在同等条件下，根据滤液体积和滤后滤饼的含水率，比较采用不同投加率处理的污泥絮凝和过滤性能，从而判定三种类型聚丙烯酰胺改善污泥脱水性能的优劣。

3.2不同投加比率时污泥滤饼含水率

滤饼含水率的测定是将真空抽滤泥饼在105℃电热烘干箱内烘干四小时以上，称量并计算烘干前后滤饼失重百分率。三种聚丙烯酰胺在不同投加率时所得污泥饼含水率结果见表1。

表1不同投加率时污泥抽滤泥饼的含水率%

可见，阳离子型聚丙烯酰胺投加率0.03%时，污泥抽滤泥饼含水率最小，为71.8%；阴离子型和非离子型聚丙烯酰胺投加率为0.03%时，污泥抽滤泥饼含水率仅为75.6%和76.7%；当调理剂投加率为0.05%时，阴离子型聚丙烯酰胺调理的污泥抽滤泥饼含水率最小，为72.5%；当投加率为0.06%时，非离子型聚丙烯酰胺调理的污泥抽滤泥饼含水率最小，为74.1%。非离子型聚丙烯酰胺的侧基上有本酰胺基，其化学性质活泼，能与多种物质发生化学反应，但其临近的基团效应使得反应受到限制，不能完全进行。所以，其调理的污泥脱水性能不如其他两种。

3.3不同投加比率污泥过滤性能

有机调理剂对污泥的絮凝脱水机理，在于改变污泥颗粒结构，破坏胶体稳定性。不同投加比率直接影响污泥的脱水性能和效果。投加比率和污泥过滤所得滤液体积间的关系见表2。

随着阳离子型聚丙烯酰胺（CPAM）投加率的增加，污泥过滤性能变好，但当投加率为0.04%时，过滤性能开始变差，其最佳投加率为0.03%；非离子型聚丙烯酰胺在投加率低时效果欠佳，随着投加率增加过滤性能有所改善，增至0.06%时过滤性能最好；阴离子型聚丙烯酰胺随着投加率增加过滤性能有所改善，当投加率为0.06%时过滤性能开始变差，最佳投加率为0.05%。

表2聚丙烯酰胺不同投加率污泥过滤性能试验ml

因为市政污泥呈负电性，污泥颗粒之间同性电荷相互排斥，形成稳定的胶体状，自然沉降基本不发生泥水分离。污泥调理过程中，通过添加阳离子生物絮凝剂，破坏原泥体系的稳定性，使得污泥颗粒得以分散开。所以CPAM在投加量较少的情况下，有较好的絮凝效果。

4.试验小结

（1）适当投加有机高分子调理剂可以降低污泥比阻，改善污泥的脱水性能，其投加率不同时，对污泥脱水效果的影响也不一样。

（2）市政污泥有机物含量高，宜选用阳离子型有机高分子调理剂，较低的投配率即可大幅改善污泥的脱水性能。

（3）当投加率较低时，阳离子型聚丙烯酰胺（CPAM）调理污泥的絮凝和过滤性能较好，阴离子型和非离子型聚丙烯酰胺相比差之；随着投加率的增加，污泥的过滤性能均有所改善。但当投加率达到0.04%时，CPAM调理的污泥过滤性能开始变差；阴离子型和非离子型聚丙烯酰胺投加比率0.05%～0.06%时，其污泥过滤性能最好。

（4）当阳离子型聚丙烯酰胺的投加率为0.03%时，污泥脱水性能最好，过滤水量达65.3ml，抽滤泥饼含水率最小，为71.8%；当阴离子型聚丙烯酰胺的投加率为0.05%时，污泥脱水性能最好，过滤水量达66.1ml，抽滤泥饼含水率为72.5%；当非离子型聚丙烯酰胺投加率为0.06%时，污泥脱水性能最好，过滤水量达65.2ml，抽滤泥饼含水率为74.1%。

当CPAM的投加率为0.04%时，污泥过滤性能开始变差。究其原因可能是投加过量会使污泥颗粒带上过量正电荷，造成颗粒之间的排斥作用，从而导致污泥的沉降性能又变差；另一可能是多余的长链分子与污泥颗粒吸附架桥，形成结构更加紧密的絮体结构，并包卷一部分水分，使水分不易透过过滤介质。

5.结束语

总之，如何提高污泥的脱水性能并降低滤饼含水率，是当前污水处理的研究重点之一。

本试验研究得出的相关结论对生产实践具有一定的指导意义。同时，调理剂的消耗量不仅取决于调理剂种类与污泥性质的适合性，还取决于后续的污泥脱水设备结构和运转工况的相适宜，只有几者得到最佳的运转组合，污泥脱水才能实现在最低调理剂消耗情况下，达到最佳的分离效果和最高的脱水效率。

参考文献：

[1]李大强.聚丙烯酰胺絮凝剂对污泥脱水性能的影响[J].安徽农学通报，2012，18（8）：162-163.

[2]刘燕兰.阳离子聚丙烯酰胺运用于污水处理厂污泥脱水的效果研究[D].重庆大学，2015.

[3]汪毅恒，范艳辉，柳海波.阳离子聚丙烯酰胺（PAM）改善污泥脱水性能的研究[J].环境与发展，2012（2）：105-108.

[4]王志勇，张延风，周娟等.聚丙烯酰胺对水厂污泥脱水性能影响的研究[J].城镇供水，2013（4）：11-14.