聚丙烯酰胺预处理自来水厂污泥

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。 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。