自来水厂污泥脱水通常投加聚丙烯酰胺(PAM)进行预处理,其费用在污泥处理总费用中所占比例相当高,有时达50%以上。因此,合理选用聚丙烯酰胺并确定其最佳投量非常重要。 1 试验部分 1.1 污泥和聚丙烯酰胺污泥取自杭州市南星水厂的沉淀池,经自然浓缩到含固率为2.7%~2.8%后进行测定,其有机物含量为12.1%,SiO2含量为52.1%,Al2O3含量为20.2%。试验选用阳离子和阴离子两种类型的PAM。阳离子型PAM为MLT22S型,分子质量为390×104u,丙烯酰胺单体含量为0.012%;阴离子型PAM为AN910PWG型,分子质量为1423.6×104u,丙烯酰胺单体含量为0.013%。两种PAM的浓度均为0.05%,于冰箱冷藏24h后使用。 1.2 试验方法和设备污泥的PAM预处理:取100mL污泥放入300mL的烧杯中,采用六联搅拌机以100r/min的转速快速搅拌30s后迅速加入配制好的PAM,继续以100r/min的转速搅拌30s,然后降低转速到20~30r/min再慢速搅拌60s。分别测定预处理后污泥的比阻、毛细吸水时间(CST)及过滤液和离心液的粘度。比阻按Coackley提出的方法进行测定,布氏漏斗的直径为80mm,滤纸采用 70mm定量中速滤纸,控制真空度为0.01MPa,重复3次取平均值;CST采用Triton2000型毛细吸水时间测定仪测定,滤纸为Whatman17级层析滤纸,试验重复10次取平均值;粘度采用毛细管内径为0.55mm的乌氏粘度计测定,并用恒温水浴(H76-1型玻璃恒温水浴锅)控制水温为30℃。滤液采用比阻试验的过滤液;取100mL预处理后的污泥,采用医用离心机在2000r/min下离心5min,所得上清液即为离心液。粘度测量重复10次,控制误差<0.2s。 2 结果与讨论 2.1 不同类型PAM的预处理效果比较选用阳离子型和阴离子型的PAM进行试验,结果见图1。
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由图1可知,投加了两种类型的PAM后污泥比阻都降低了近2个数量级,显著改善了污泥的脱水性能。当AN910PWG型PAM的投量为0.3kg/t干泥时,污泥比阻值降到最低(脱水性能最佳),而MLT22S型PAM的最佳投量为1.5kg/t干泥。自来水厂污泥的成分以含泥沙等无机物的胶粒为主,且在净水过程中已投加过铝盐或铁盐混凝剂,胶粒Zeta电位的负电性明显降低,所以PAM预处理自来水厂污泥的主要作用机理是吸附架桥。与阳离子型PAM相比,阴离子型PAM通常分子质量较大,聚合度较高,分子链较长,因而吸附架桥能力强,预处理效果好,投量也较低。另外,阴离子型PAM的价格也仅为阳离子型PAM的1/2,因此阴离子型PAM更适用于自来水厂污泥的预处理。投加PAM后CST值也显著降低,且当比阻达到最小值时CST也出现最小值,此后随着PAM投量的增加则两者均上升。由于根据CST值变化得到的PAM最佳投量(0.3kg/t干泥)与根据比阻变化得到的结果一致,因此可采用CST替代比阻确定PAM最佳投量。CST的测定快速、简便、准确,操作人员可依据CST值快速了解污泥的性质,并据此及时调整投药量。 2.2 滤液和离心液的粘度图2和图3分别显示了投加不同PAM后滤液和离心液的粘度变化。从图2、3可知,在一定PAM投量范围内,随着其投量的增加则粘度逐渐降低,并达到最小值,此后再增加PAM投量则粘度逐渐升高。对比图1和图2发现,使离心液和滤液粘度达到最小时的PAM投量与降低比阻的最佳PAM投量基本一致。 根据爱因斯坦(Einstein)粘度公式,滤液或离心液粘度的变化主要是由悬浮颗粒浓度和剩余PAM浓度引起的,随着PAM投量的不断增加则分散的污泥颗粒相互聚集,悬浮颗粒浓度降低,粘度也随之降低。当达到最佳投量时,PAM对污泥的絮凝效果最佳,离心液或滤液中悬浮物含量最低,因而粘度也最低;当超过最佳投量后,滤液或离心液中悬浮物含量浓度不断增加,进而导致粘度升高,因此对应于离心液或滤液最小粘度值的投药量就是最佳投药量。通过检测分离液或滤液的粘度来确定PAM的最佳投量具有方便、快速等优点,采用高灵敏度的流变仪可对样品进行连续检测,实现PAM的优化投加。 3 结论① 投加阳离子和阴离子型PAM均可使污泥比阻降低近2个数量级,显著改善了污泥的脱水性能。阴离子型PAM的投量和价格都低于阳离子型PAM,可作为自来水厂污泥预处理的首选药剂。② 根据CST值变化确定的PAM最佳投量与测定比阻得到的最佳投量一致,加之CST的测定快速、简便,因而可用于检测污泥脱水性能的变化,以便及时调整PAM投量。③ 依据滤液或离心液的粘度也可确定PAM的最佳投量。
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