有机高分子聚丙烯酰胺(PAM)药剂在净水厂污泥处理系统中的应用研究

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摘要:在模拟生产实际条件下，以污泥颗粒情况、沉降比SV30和上清液浊度为依据，对七种有机高分子聚丙烯酰胺（pam）药剂，包括六种阴离子药剂和一种阳离子药剂进行污泥沉降浓缩试验。通过试验达到以下目的：一、确定阳离子PAM确实可以被阴离子PAM所替代。二、从六种阴离子PAM中选取三种处理效果最佳的药剂，并确定三种药剂的适宜投量范围。

关键词：有机高分子聚丙烯酰胺；净水厂污泥；上清液；污泥沉降比；沉降浓缩

中图分类号：[TU992.3]文献标识码：A 文章编号：

我公司新建生产排（水）泥处理工程于2010年建成投产，处理对象为净水生产工艺中产生的生产排泥，包括沉淀池排泥水以及滤池反冲洗水，污泥处理系统生产过程中产生的污泥储存于污泥堆场后进行外运，而产生的上清液则回流到净水厂与原水混合，进行回用。工程采用传统污泥处理工艺，即调节、浓缩、平衡、脱水及泥饼处置，其中在浓缩和脱水处理环节投加有机高分子聚丙烯酰胺（PAM）药剂对污泥进行凝聚处理。工程于2008年初进行设计，在设计中选取投加阳离子型PAM进行污泥的凝聚处理，然而，由中华人民共和国住房和城乡建设部于2009年11月24日，并于2010年8月1日开始实施的《城镇供水厂运行、维护及安全技术规程》中明文规定：“净水厂污泥处理沉淀和浓缩过程加注有机絮凝剂为阳离子聚合物的上清液严禁回用（P12,3.2.4）。”根据规定要求，我公司不得不另外选取PAM药剂类型，PAM药剂除了阳离子型外，还包括阴离子型和非离子型，而非离子型由于溶解速度较慢给生产带来不便而不被采用，所以考虑选取阴离子型PAM作为替代品。

阴离子型PAM根据离子度和相对分子量又分为若干类型，本研究拟从技术和经济方面综合考虑，通过污泥沉降浓缩试验达到以下两点目的：首先确定阴离子型PAM确实可以替代阳离子型PAM，其次，选取出适合本公司污泥处理系统的阴离子型PAM及其适宜投加量。试验所用污泥取自我公司污泥处理系统气浮浓缩池的絮凝器头部，此处污泥未进行加药处理，满足试验需求，污泥取样后根据现场污泥浓度计读取污泥浓度并记录。污泥处理药剂选用埃森药业生产的4190阳离子型PAM和AN934阴离子型PAM，以及凯米拉化学品有限公司生产的A100、A110、A120、A130、A150阴离子型PAM，共计七种药剂。根据试验所要达到的目的，可将试验分为两个阶段：第一阶段，将4190阳离子型PAM与其他六种阴离子型PAM进行比对试验，证明4190阳离子型PAM可被阴离子型PAM取代并从六种阴离子型PAM中选取适宜本公司污泥处理系统的药剂种类；第二阶段，确定被选取的阴离子型PAM的适宜投量。试验取搅拌均匀的污泥置于六个1000ml烧杯中，并分别加入1‰质量浓度的一定量药剂，利用六联搅拌机进行搅拌，搅拌桨转速和搅拌时间要根据生产实际进行确定，通过计算出的气浮池絮凝反应器速度梯度G值，反算出试验中六连搅拌器应选用的搅拌桨转速与搅拌时间，这样做能够较大限度地还原生产实际，使试验结果对生产有实际的指导意义。根据计算结果，本试验采用转速55r/min，搅拌时间5.5min。污泥反映完毕后将污泥静置30min，观察污泥颗粒情况，测量污泥沉降比SV30，以及污泥上清液浊度并记录。

试验中选取污泥颗粒情况，污泥沉降比SV30，以及污泥上清液浊度作为对试验结果评价的依据。污泥颗粒的大小影响着污泥的结构性能，污泥颗粒越大，其压缩性越小，污泥的粘性越小，越有利于污泥的浓缩和脱水，污泥中细颗粒的成分较高时浓缩和脱水都较为困难，尤其对离心脱水不利。而污泥沉降比和上清液的浊度则直观地反映出各种药剂的处理效果，沉降比越小，上清液浊度越低，则说明药剂的吸附架桥和网捕、卷扫作用发挥得越充分，从而使污泥浓缩得彻底，使上清液浊度变得更低。在试验的第一阶段，取两次泥样并分两组做比对试验，试验中分别模拟生产中的低、中、高药剂投量，对比了七种药剂的处理效果，结果见图一~图四（图中部分4190阳离子型PAM数据缺失是由其处理效果不佳而无法采集数据造成）。

图一

图二

图三

图四

从第一组试验图一、图二中可以看出，在低投量及中投量下，A120、A150反应效果良好均好于4190，且在试验过程中观察A120、A150的絮体颗粒也比较大。在代表第二组试验的图三、图四中可以看出，AN934的反映效果最为突出。而综合两组试验结果，我们不难得出以下发现，首先，4190阳离子型PAM是可以被阴离子型PAM替代的，其次，在试验中所选择的六种阴离子型PAM当中，A120、A150以及AN934阴离子型PAM比其他几种药剂的处理效果更佳。所以，在第二阶段的试验当中，将对这三种阴离子型PAM药剂分别进行试验，确定每种药剂的适宜投量，药剂的适宜投量以每吨污泥的药剂含量表示，即kg/t。由于三种阴离子型PAM的试验条件与方法相同，只是结果有所不同，故而只对A120型阴离子PAM试验进行详细地说明。

图五~图六是A120阴离子型PAM的试验结果：

图五

图六

综合图五、图六可以看出，A120阴离子型PAM从15ml投量增加到20ml后，反应效果有明显的好转，此后随着药剂投量的不断加大，反应效果比较平稳，更大的药剂投量并没有使反映效果得到明显的改善。所以在净水厂污泥加药处理中不应该盲目地通过加大药剂投加量改善处理效果，而是应该通过试验确定其适宜投量后进行合理投加。除此之外，对于确定药剂适宜投量避免盲目大剂量投加还有以下三点原因：首先，在试验的过程中发现，PAM有较大的粘性，随着药剂投量的加大，没有完全反应的药剂使上清液粘度逐渐增大，造成了药剂的浪费，加大了药剂成本。其次，PAM对于污泥颗粒的凝聚作用是通过其长分子链的吸附架桥作用形成的，如果过量投加药剂，就会使多个PAM分子链吸附同一个污泥颗粒，或者多个PAM分子团包围在污泥颗粒的周围形成保护层，从而阻碍污泥颗粒之间的接触，对污泥颗粒起到了保护作用，影响反应效果。最后，就PAM药剂本身而言，它是以丙烯腈为原料经催化、合成制成丙烯酰胺单体，再由单体聚合而成，在聚合过程中未被聚合的单体具有一定的毒性，如果过多的含有丙烯酰胺单体的上清液回流到净水工艺与原水混合重复使用，势必会给净水生产带来一定的水质安全威胁。以上三点原因从经济、药剂本身结构以及水质安全保证三点说明了确定PAM适宜投量的必要性。基于以上阐述并结合多次试验，最终确定的适合本公司污泥处理系统的A120阴离子型PAM的适宜投量范围为2.0kg/t~2.4kg/t，同理得出其余两种药剂的适宜投量范围为：AN934阴离子型PAM，3.7kg/t~4.9kg/t，A150阴离子型PAM，4.2 kg/t~5.4kg/t。

本研究通过污泥的沉降浓缩试验，达到了计划中的目的：一、在净水厂污泥处理中，阴离子型有机高分子聚丙烯酰胺药剂可以取得良好的处理效果。二、每种阴离子型有机高分子聚丙烯酰胺具有其适宜的剂量投加范围，需通过试验进行确定，范围之外的药剂投加无助于处理效果的提升。

参考文献：

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[2] 张自杰 排水工程 中国建筑工业出版社 2000

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[5] 李松林 王正烈，等 物理化学（下册） 高等教育出版社 2001

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