聚丙烯酰胺PAM在城市污泥调质方面的应用

时间：2019-09-20

污水处理过程中产生的污泥颗粒较小，且带负电，颗粒间彼此排斥，导致活性污泥聚集体不易被压缩和自然沉降。

    同时，污泥表面存在的胞外聚合物(EPS)中的蛋白质带有很多高度亲水的极性基团，如-COO-、-CONH2、-OH、-SH 和磷酰基等，使污泥絮凝体外表面吸附大量的水分子，不仅增加了细胞粘附水的量，而且在其表面形成一层密度较厚的水膜，增加了污泥脱水的难度;胞外总糖的亲水性能强于胞外蛋白质，具有较强的粘附性，使污泥形成凝胶体，并含较多的间隙水，影响胶体颗粒布朗运动，减弱絮凝作用。

    污泥调质的目的之一是向污泥中投加各种调理剂，通过改变污泥颗粒表面的电荷性能，使污泥EPS中的糖类、蛋白质和核酸等释放出来，降低污泥表面能与水分子结合的大分子物质的数量，减弱污泥颗粒间的排斥作用，降低污泥颗粒的亲水性，从而改善污泥的脱水性能。

    目前，聚酰胺PAM在城市污泥调质方面的应用十分广泛。

    城市污泥颗粒胶体通常带负电荷，阴离子聚酰胺PAM对城市污泥调质的作用机制主要有:聚酰胺PAM中某些基团与胶体表面产生特殊的反应和架桥作用。

    这些作用受聚酰胺PAM相对分子质量、水解度的影响，致使污泥的沉降性能和脱水性能因聚酰胺PAM剂型的不同而异，当相对分子质量相同时，水解度越大，污泥絮凝颗粒的粒径和上清液的体积愈大，污泥的比阻愈小，泥饼的含固率愈高，对脱水性能和沉降性能的改善效果越好; 而水解度相同时，相对分子质量增大，污泥絮凝体的粒径和上清液的体积愈大，污泥的比阻愈小，泥饼含固率越高，对脱水性能和沉降性能的改善效果越好，但当相对分子质量进一步增大至1200万时，污泥絮凝体的颗粒变小，比阻增大，泥饼含固率降低，脱水性能和沉降性能相应降低。

    分析认为，聚酰胺PAM水解度越高，其链上可水解的活性官能团越多，带负电官能团和水解出的H+等通过吸附架桥和键等作用压缩污泥表面双电层，使表面EPS脱落，絮凝颗粒重新絮凝增大，释放出更多的自由水; 而聚酰胺PAM水解度相同时，相对分子质量越大，絮凝的分子链就长，活性官能团越多，其吸附、架桥、网捕能力就越强，对污泥沉降性能改善效果越好，但相对分子质量过大时，许多聚酰胺PAM链端就吸附在同一污泥颗粒上，或缠绕在其表面形成水化壳，阻碍絮凝，从而降低污泥的沉降和脱水性能． 因而，对污泥脱水性能的改善存在较佳的聚酰胺PAM剂型。本研究中，较佳的阴离子聚酰胺PAM剂型为相对分子质量800万、水解度20%的聚酰胺PAM，其次为相对分子质量600万、水解度30%的聚酰胺PAM

    经聚酰胺PAM调质后污泥絮凝颗粒粒径、沉降后上清液的体积、比阻及泥饼含固率随聚酰胺PAM投加量的增加而发生变化。

    其中，A剂型聚酰胺PAM因水解度过低、E剂型聚酰胺PAM因相对分子质量过大对污泥调质的影响较小，改变投加量对污泥的沉降性能影响不大; 但对C和D剂型而言，随投加量的增加，污泥絮凝颗粒粒径和沉降后上清液的体积逐渐增大、比阻降低，泥饼含固率增高，当投加量达到75mg·L－1 后，粒径＞0.85mm的污泥絮凝颗粒组成和上清液体积达较大值，而此时比阻较低，泥饼含固率较高，但当投加量**过该值时，反而降低．

    这表明聚酰胺PAM投加量愈大，参与吸附架桥的PAM分子就越多，对污泥脱水、沉降性能的改善效果就越好，但当投加量**过某一点时，用量增多会导致絮凝剂分子自身缠绕使吸附架桥能力降低，因而，从污泥调质的角度来看，聚酰胺PAM存在一个较佳用量。 本研究中，C、D 剂型聚酰胺PAM的较佳用量为75 mg·L－1，此时以干污泥计，聚酰胺PAM投加率为1.7‰，即每吨干污泥需投加C、D剂型聚酰胺PAM均为1.7kg，低于在将阴离子聚酰胺PAM应用于污泥脱水研究中发现的较佳投加率范围0.23%～0.31%，这可能是由聚酰胺PAM的相对分子质量、水解度及污泥性质不同所引起。

    投加聚酰胺PAM之所以能改善城市污泥的沉降和脱水性能，与其通过吸附、表面反应、架桥等作用对污泥表面物质的影响有关。结果表明，污泥经A、B、C和D4种剂型聚酰胺PAM调质后，上清液中核酸、蛋白质和多糖浓度的变化趋势与污泥沉降后上清液体积及泥饼含固率的变化趋势相同，与污泥比阻的变化趋势相反。

    由于上清液中的核酸、蛋白质和多糖主要来自污泥中EPS的释放，其浓度的提高表明聚酰胺PAM促进了污泥表面EPS的脱落。

    还表明，向城市污泥投加阴离子聚酰胺PAM后，上清液中蛋白质和总糖浓度的变化幅度大于核酸，从变化趋势看，投加A、B、C 和D4种剂型聚酰胺PAM使上清液蛋白质、总糖和核酸浓度均**未添加聚酰胺PAM的处理，而投加E剂型聚酰胺PAM使核酸浓度呈先降低再上升的趋势。
    
    这可能与它们在EPS中所占的比例和不同剂型聚酰胺PAM对EPS的作用强弱有关。在污泥中，糖类和蛋白质占EPS总量的70%～80%，而核酸所占比例较低。EPS的脱落降低了污泥表面的负电荷，增强了污泥的疏水性，使更多的结合水转变为自由水，有利于细小颗粒重新絮凝成紧实的大絮凝体，使污泥易于沉降，上清液体积增加，同时大的絮凝体可减轻过滤介质堵塞，降低污泥比阻，改善污泥脱水性能。

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