CPAM在污泥濃縮脫水中影響因素分析與試驗(yàn)研究

謝巧玲+管丹蓉

摘 要：研究了CPAM在污泥濃縮脫水時(shí)的影響因素，如CPAM溶液濃度，pH值，攪拌速度，環(huán)境溫度等對(duì)污泥脫水的影響。試驗(yàn)表明，CPAM的投加能夠顯著提高污泥濃縮脫水的效率，且當(dāng)CPAM濃度為0.3g·L-1，pH值6.7-7.5，攪拌速度200r.min-1，溫度25℃-30℃時(shí)，污泥濃縮脫水的效果最好。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，溫度對(duì)污泥濃縮脫水效果影響很小，對(duì)污泥沉降的速度影響較大。

關(guān)鍵詞：污泥；CPAM；濃度脫水；影響因素

污水處理廠會(huì)產(chǎn)生大量的水處理過(guò)程中的污泥，污泥的主要特點(diǎn)是含水率高（有的高達(dá)99%[1]），這是影響污泥量的主要因素，導(dǎo)致運(yùn)輸成本高、堆放面積大，不利于后續(xù)的處理問(wèn)題。當(dāng)污泥的水分含量從95%降低到85%時(shí)，體積減少到原來(lái)的1/3，水分含量降低到65%，體積減少到1/7[2]。因此，它是一種有效的方法，以減少污泥體積負(fù)荷，并降低后續(xù)處理的成本。絮凝沉降技術(shù)因其經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便， 而成為最常用的污泥濃縮脫水方法。有機(jī)高分子絮凝劑聚丙烯酰胺（Cationic Polyacrylamide，CPAM）大分子鏈上所帶的正電荷密度高，水溶性好， 絮凝能力強(qiáng)， 在污水處理中用量少， 無(wú)毒、對(duì)環(huán)境無(wú)污染， 因而它在污泥脫水方面的應(yīng)用引起廣泛關(guān)注。本試驗(yàn)將利用有機(jī)高分子絮凝劑CPAM對(duì)污泥進(jìn)行濃縮脫水的影響因素分析。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

陽(yáng)離子聚丙烯酰胺（CPAM）為鞏義市昌明水處理材料有限公司生產(chǎn)，試驗(yàn)污泥取自浙江省嘉興南湖湖底，取樣點(diǎn)位于湖泊的入口和出口處，污泥試樣各取兩份，分別命名為IN1、IN2、OUT1和OUT2。污泥性質(zhì)如表1所示。

實(shí)驗(yàn)用儀器包括電子天平（精確到0.001g），表面皿、烘干箱，量筒，燒杯等；渾濁度采用美國(guó)Orbeco-Hellige Analytical Systems Inc公司生產(chǎn)的Digital Direct-Reading Turbidimeter TL#1型渾濁度測(cè)試儀；pH值和電導(dǎo)率采用威達(dá)優(yōu)爾貿(mào)易上海有限公司制造的VWR-B40PCID型臺(tái)式表測(cè)試；溫度控制采用加拿大Conviron公司生產(chǎn)的CMP3244型溫控室，攪拌器采用美國(guó)Caframo公司生產(chǎn)的BDC250型實(shí)驗(yàn)室用攪拌器。

1.2 實(shí)驗(yàn)指標(biāo)

渾濁度是反映天然水及飲用水的物理性狀的一項(xiàng)指標(biāo)。天然水的渾濁度是由于水中含有泥沙、粘土、有機(jī)物、微生物等微粒懸浮物所致。渾濁度是泥水分離的重要指標(biāo)，渾濁度越低， 絮凝劑調(diào)理污泥性能越好。為保證實(shí)驗(yàn)達(dá)到泥水分離的目的，以渾濁度作為測(cè)定指標(biāo)，從而研究污泥沉降濃縮時(shí)的影響因素。

2 結(jié)果與討論

2.1 CPAM溶液濃度對(duì)污泥脫水性能的影響

試驗(yàn)保持室內(nèi)溫度25℃，分別配制0.05g/L、0.1g/L、0.3g/L、0.5g/L、2g/L、5g/L的CPAM溶液，取不同濃度溶液50ml投加到50ml的污泥中，保持200r/min轉(zhuǎn)速攪拌1分鐘，靜置1小時(shí)，取污泥上清液，測(cè)試其渾濁度，測(cè)試結(jié)果如圖1所示。

由圖1可以看出，污泥上清液的渾濁度隨著CPAM濃度的增加先下降后上升，在CPAM濃度0.3g/L時(shí)，污泥上清液的渾濁度最低。CPAM溶液濃度大于0.3g/L，污泥上清液渾濁度不降反升，上清液粘度增加，絮體沉降速度緩慢。這是因?yàn)殛?yáng)離子聚丙烯酰胺的加入量過(guò)多，通過(guò)電荷排斥和重新穩(wěn)定的帶正電荷的膠體粒子H+的長(zhǎng)分子鏈的末端吸附污泥顆粒，不利于污泥脫水，相應(yīng)也增加了處理成本；此外，用量過(guò)多，由于聚電解質(zhì)的大分子結(jié)構(gòu)，絮體結(jié)構(gòu)松散，形成了一個(gè)相對(duì)剛性的污泥絮體水分難以去除。添加劑過(guò)小，電中和，吸附架橋效果弱，不是一組聚污泥，污泥水分離不夠好，不利于脫水[3]。因此， 結(jié)合不同投加量下的試驗(yàn)現(xiàn)象及處理費(fèi)用問(wèn)題， 本文確定優(yōu)化投加量為0.3g/L，當(dāng)CPAM 投加量過(guò)大時(shí)，雖然絮凝效果較好，但由于膠體黏度過(guò)大，吸附架橋作用受到抑制，脫水效果反而變差。

2.2 pH值對(duì)CPAM污泥脫水性能的影響

試驗(yàn)保持室溫25℃，分別用HCL和NaOH調(diào)制污泥，研究不同pH值時(shí)CPAM對(duì)污泥脫水效果的影響。取0.3g/L的CPAM溶液50ml投加到50ml的污泥中，保持200r/min轉(zhuǎn)速攪拌1分鐘，靜置1小時(shí)，取污泥上清液，測(cè)試其渾濁度，測(cè)試結(jié)果如圖2所示。

由圖2可以看出，pH值低于6.7即酸性條件下，或者高于7.5堿性條件下，污泥上清液的渾濁度升高。pH值在6.7-7.5即接近中性的條件下污泥上清液濁度較低，分離效果好。雖然CPAM在低值的酸性環(huán)境中的電離度較大，分子形狀趨向舒展，且加酸后，會(huì)使污泥絮體的表面電荷減弱，這些都有利于絮凝作用但是酸性條件也會(huì)使污泥絮體的胞外聚合物溶解，不利于絮凝[4]。堿性環(huán)境會(huì)增加污泥中的OH-，而CPAM分子鏈卷曲，電離度小，理論上中和OH-需要加大CPAM的濃度，實(shí)驗(yàn)中看到，pH值在8.5-10的污泥，加入CPAM攪拌后沉降時(shí)絮體較小，不易沉降，渾濁度值較高。因此用CPAM處理污泥時(shí)，適宜在pH值6.7-7.5的范圍內(nèi)，污泥不需要加入酸或者堿處理。

2.3 攪拌速度對(duì)CPAM污泥脫水性能的影響

試驗(yàn)保持室溫25℃，取0.3g/L的CPAM溶液50ml投加到50ml的污泥中，分別用50，100，200，400，500r/min轉(zhuǎn)速攪拌1分鐘，靜置1小時(shí)，取污泥上清液，測(cè)試其渾濁度，測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

攪拌速度對(duì)CPAM 的影響較大，過(guò)快的攪拌速度產(chǎn)生的強(qiáng)剪切力會(huì)造成CPAM 的分子鏈斷裂，從而影響最終污泥脫水效果。實(shí)驗(yàn)顯示，當(dāng)攪拌速度在50r/min時(shí)，一分鐘的攪拌使CPAM與污泥混合不夠充分，絮體大小不一且分散不易沉降，隨著攪拌速度增加至200r/min時(shí)，絮體均勻易沉降，當(dāng)轉(zhuǎn)速再增加至500r/min時(shí)，絮體變小并懸浮于上清液中，沉降緩慢。綜上所述，攪拌速度適宜采用200r/min。同時(shí)實(shí)驗(yàn)中觀察到，攪拌速度，攪拌時(shí)間，反應(yīng)容器的直徑對(duì)污泥的絮體形成均有影響，生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)沉淀池直徑做中試試驗(yàn)以確定攪拌速度與時(shí)間。

2.4 溫度對(duì)CPAM脫水性能的影響

試驗(yàn)在溫控室溫度4℃ 10℃ 22℃ 30℃時(shí)，取0.3g/L的CPAM溶液50ml分別投加到50ml的污泥中，攪拌速度200r/min攪拌1分鐘，靜置1小時(shí)，取污泥上清液，測(cè)試其渾濁度，測(cè)試結(jié)果如圖4所示。

試驗(yàn)采用CPAM與污泥攪拌后靜置一小時(shí)，取上清液測(cè)試。溫度在22℃以上時(shí)，靜置初期污泥絮體沉降速度很快，而低溫10℃以下時(shí)，靜置初期的絮體懸浮于上清液中，沉降速度緩慢，隨著時(shí)間的推移，絮體沉降下來(lái)，一小時(shí)后檢測(cè)上清液渾濁度，渾濁度值如圖4所示差異不大，溫度的影響并不明顯。

理論上認(rèn)為溫度升高，顆粒的熱運(yùn)動(dòng)加劇，增加了顆粒間的碰撞，有利于絮凝沉降[5]，也有實(shí)驗(yàn)證明，外界溫度不同，污泥沉降速度不同。在相同的時(shí)間下，溫度越高，污泥沉降越快[6]。

本次試驗(yàn)顯示CPAM確實(shí)在溫度高的環(huán)境下很快的絮凝沉降，但是低溫環(huán)境只要給予合適的攪拌速度和攪拌時(shí)間，靜置合適的時(shí)間，泥水分離的效果與高溫環(huán)境差異不大，這對(duì)低溫環(huán)境的污泥處理及節(jié)能減排有很好的理論指導(dǎo)意義。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)試驗(yàn)可知，CPAM溶液的投加對(duì)污泥濃縮脫水效果良好，試驗(yàn)過(guò)程安全高效，具體結(jié)果如下。

（1）保持CPAM溶液投加量為0.3g/L，上清液面無(wú)小絮團(tuán)漂浮物存在，渾濁度值達(dá)到最低。

（2）pH值6.7-7.5的范圍內(nèi)，CPAM處理污泥的效果最好，處理后的污泥pH值中性，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染。

（3）攪拌速度200r/min時(shí)，絮體均勻易沉降，同時(shí)攪拌速度與時(shí)間，反應(yīng)容器的直徑對(duì)污泥的絮體形成均有影響。

（4）溫度對(duì)渾濁度的影響差異不大。低溫環(huán)境只要給予合適的攪拌速度和攪拌時(shí)間，靜置合適的時(shí)間，泥水分離的效果與高溫環(huán)境差異不大，這對(duì)低溫環(huán)境的污泥處理及節(jié)能減排有很好的理論指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

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