摘要：根據(jù)九龍江流域給水廠污泥的顆粒性質(zhì)，進(jìn)行絮凝、污泥比阻和過濾試驗(yàn)， 研究 污泥的脫水性能。試驗(yàn)結(jié)果表明，適當(dāng)投加聚丙烯酰胺可以降低污泥比阻，改善脫水性能。其中陰離子型聚丙烯酰胺對該地區(qū)水廠污泥的調(diào)理效果較好，PAM投加范圍以低于0.5‰為佳，不僅可以降低運(yùn)行成本，而且在改善污泥的脫水性能及上清液水質(zhì)的回用效果上，均可以達(dá)到最佳的狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：給水廠污泥 脫水性能 比阻 聚丙烯酰胺

0 前言

給水廠污泥主要來自沉淀池排泥水和濾池反沖洗水，與污水處理廠污泥存在較大的不同。從其產(chǎn)生的過程可看出，給水廠污泥主要由原水中的懸浮物、膠體物質(zhì)、有機(jī)物、微生物以及生產(chǎn)過程中加入的混凝藥劑等組成。較污水污泥，其有機(jī)物和病原微生物等有害物質(zhì)含量較低，但含泥量較高。不同地域，不同的原水水源，不同的生產(chǎn)工藝和不同的操作管理水平，其給水廠污泥的性質(zhì)存在較大的差異。一般來說，南方的給水廠原水由于含藻類、腐殖質(zhì)較多，因此污泥中有機(jī)物含量較北方水廠的污泥含量高，以水庫水作水源的給水廠污泥中有機(jī)物含量也較河流水源的給水廠污泥高[1]。因此，為了掌握一定水域給水廠污泥的脫水性能必須進(jìn)行具體的試驗(yàn)研究。

聚丙烯酰胺(PAM)可以作為污泥處理的調(diào)理劑，以改善污泥的脫水性能，Novak J. T. 和King P. H.早在20世紀(jì)70年代就發(fā)現(xiàn)PAM可以改善給水廠污泥的過濾性能[2,3]。Stefan J. L進(jìn)一步研究了PAM改善污泥脫水性能的機(jī)理[4]。本文即針對福建九龍江流域給水廠污泥處理與回用的需要，選用5種不同品牌的聚丙烯酰胺(見表1)，進(jìn)行污泥濃縮脫水性能的比較研究，以指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。

表1 試驗(yàn)用PAM產(chǎn)品測試數(shù)據(jù)

編號	1	2	3	4	5
PAM品牌	MLT22S	AN910PWG	A778	SA-140	FA920PWG
類型	+	-	-	-	O
產(chǎn)地	英聯(lián)膠	法國SNF	大慶	上海創(chuàng)新	法國SNF
固含量(%)	91.3	87.1	89.2	88.16	88.76
特性粘數(shù)(dL/g)	9.1	19.47	17.38	16.4	12.85
相對分子質(zhì)量(x104)	390.4	1423.6	1500	1216.5	855.0
單體含量(%)	0.012	0.013	0.0036	0.003	0.009
溶解時間(分)	91	51	22	60	88
水解度(%)	-	20.5	33.37	23.1	13.7
粘度(mPa.s)	10.08	21.63	-	21.36	7.38

試驗(yàn)在某水廠進(jìn)行，原水來自九龍江，水質(zhì)達(dá)到地面水Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。濁度為2.6～182 NTU，平均26.6 NTU。冬春季節(jié)約有近三個月的時間，原水濁度在20 NTU以下。水廠排泥水沉降污泥中約占76%質(zhì)量的顆粒粒徑小廠4 μm，分布在粘粒(粒徑小于5 μm)范圍，污泥有機(jī)物組分達(dá)到22.6%，含有較高的腐殖質(zhì)和藻類。污泥顆粒具體性質(zhì)見表2和表3。

表2 給水廠排泥水污泥顆粒粒徑分布

粒徑范圍(μm)	質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)
<0.2	5.7
<0.4	21.1
<0.7	39.7
<1.0	48.7
<2.0	65.0
<4.0	76.0
<7.0	84.2
<10.0	89.2
<12.0	91.4
<15.0	94.6
<20.0	96.8
<25.0	100.0

表3 給水廠排泥水污泥組分

分析 組分	質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)
燒灼減量	22.6
SiO2	37.97
Al2O3	24.47
Fe2O3	7.54
CaO	0.89
MgO	1.38
Na2O	0.24
K2O	0.81
MnO	0.92
TiO2	1.2
SO42-	0.16

注：產(chǎn)品類型中+為陽離子,-為陰離子型，O為非離子型。

1 絮凝澄清效能研究

1.1 試驗(yàn) 方法 和步驟

在實(shí)驗(yàn)室內(nèi) 應(yīng)用 絮凝試驗(yàn)進(jìn)行定性和定量分析，分別在投加率相同和不同的條件下，比較各種PAM的絮凝效果及上清液水質(zhì)狀況，目的是確定PAM對該流域污泥的適用性，為下一步研究污泥的脫水性能篩選效果最佳的PAM品牌。

PAM工作液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2‰，試驗(yàn)用污泥含固率為3%，體積為250 ml，評價參數(shù)為絮凝礬花質(zhì)量，上清液濁度、色度和CODMn。

1.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

1.2.1 絮凝礬花質(zhì)量比較

不同品牌PAM的絮凝污泥礬花質(zhì)量比較見表4。

表4 不同PAM的絮凝礬花質(zhì)量情況

投加率(‰)	1#(+)	2#(-)	3#(-)	4#(-)	5#(O)
0.533	D	D+	D	D-	D-
1.067	B	A	A	D	D-
1.600	B	B	A	B	D-
2.133	C	D+	C	B	D
2.667	C	D+	C	B	D
3.200	C	D+	D	D+	D+

　　注：A，B，C，D表示絮凝礬花的效果優(yōu)劣(A最優(yōu)，D最次，其中 D+>D>D-)。

試驗(yàn)結(jié)果表明，根據(jù)絮凝礬花效果，1#陽離子型和2#，3#陰離子型PAM投加率有一個最佳等當(dāng)點(diǎn)。當(dāng)投加率在1.067%?！?.600%。之間時，絮凝礬花效果最好。這是因?yàn)橥都勇侍?，溶液中伸展的PAM分子鏈太少，形成吸附架橋的機(jī)會減少，因此絮凝礬花效果差;反之投加率太高，溶液中PAM分子濃度增加，其分子鏈粘連吸附的顆粒少，分子鏈上其余伸展部分最終還會被原先的顆粒吸附，PAM不能起架橋作用，顆粒又處于穩(wěn)定狀態(tài)，因此在直觀上是絮凝礬花效果差，若投加量繼續(xù)增加，液體中伸展的PAM分子鏈互相吸附，出現(xiàn)沉淀物卷掃現(xiàn)象。

1#，2#和3#絮凝劑形成的礬花顆粒粗大、結(jié)實(shí)，而5#在投加率為1.067%?！?.600%。時也未形成污泥礬花，待投加率提高到3.200%。時才呈現(xiàn)出細(xì)小的礬花。這說明5#非離子型PAM對該給水廠污泥的調(diào)理效果較差，而1#陽離子型和2#，3#陰離子型效果均較好。

1.2.2 上清液余濁比較

PAM投加率和上清液余濁的關(guān)系曲線見圖1。

由圖1可以看出，5種品牌PAM在低投加率時余濁均較低，1#～4#余濁隨著投加率的增加而上升，5#余濁略有降低。且當(dāng)投加率為0.533%。時，1#和2#上清液余濁較低，但隨著投加率的增加，上清液余濁上升，且高于其它3種產(chǎn)品。

圖1 不同品牌PAM投加率與上清液余濁的關(guān)系曲線

1.2.3 上清液色度比較

PAM投加率和上清液色度的關(guān)系曲線見圖2。由圖2可以看出，隨著投加率的增加，除5#外其余4種PAM上清液色度均有不同程度的增加，但當(dāng)投加率增加到一定程度(如2.133‰)，上清液色度不再有較大的變化。說明這五種PAM脫色性能差異不大。在投加率小于1.600‰時，1#，2#，3#的色度較低。對比圖1和圖2還可以看出，不同品牌PAM的上清液余濁與色度隨投加率的增加而變化的曲線類似，說明二者具有一定的相關(guān)性。

圖2 不同品牌PAM的投加率與亡清液色度的關(guān)系曲線

1.2.4 上清液CODMn比較

圖3是PAM投加率和上清液CODM。的關(guān)系曲線，說明隨投加率的增加，上清液CODM。的變化不大。

根據(jù)上述研究結(jié)果，可以認(rèn)為：2#和3#PAM較好，1#次之，從絮凝礬花的形成情況來看，最佳投佳率為1.067‰～1.600‰;但從降低上清液余濁和色度的角度，投加率為0.533‰時較好。

2 比阻和過濾試驗(yàn)

2.1 比阻試驗(yàn)

目的是測定污泥的比阻值， 研究 污泥的脫水性能，判定各種類型PAM改善污泥脫水性能的優(yōu)劣，并確定最佳的污泥調(diào)配絮凝劑及其投量。

圖3 不同品牌PAM的投加率與上清液CODMn的關(guān)系曲線

2.1.1 試驗(yàn) 方法 和步驟

參照 文獻(xiàn) [5]提供的方法進(jìn)行污泥比阻測定。

將待試驗(yàn)的污泥樣品倒入已裝好濾紙的布氏漏斗內(nèi)，在恒定真空度P=0.03 MPa下進(jìn)行抽濾，每隔15 s記錄濾液體積數(shù)量直至濾餅產(chǎn)生裂縫，真空破壞，并測定濾液溫度、泥餅干重，按照比阻公式 計(jì)算 污泥比阻。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)離心脫水機(jī)進(jìn)泥含固率要求一般不低于3%，因此試驗(yàn)用污泥含固率為3%。

2.1.2 試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)測定的污泥比阻結(jié)果得到如圖4所示的關(guān) 系曲線?？梢钥闯?，這5種PAM均在投加率較小 的情況下，即可降低污泥的比阻，對其脫水性能有較 大的改善。

圖4 PAM投加率與污泥比阻的關(guān)系曲線

由圖4可以看出，投加2#和4#的情況下，污泥比阻隨PAM投加量的增加而逐步降低。但是投加1#，3#和5#的污泥，當(dāng)投加率為0.2‰～0.5‰范圍時，污泥比阻隨投加率的增加而明顯下降，投加率在0.5‰時污泥比阻值達(dá)到最低;再隨著投加率增加，污泥比阻有上升的趨勢。1#，3#和5#比阻曲線出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能有兩個：一是當(dāng)投加過量的PAM后，多余的PAM長鏈分子與污泥顆粒吸附架橋，形成結(jié)構(gòu)更加緊密的絮體結(jié)構(gòu)，并包卷一部分水分，使水分不易透過;另一種可能是溶解的PAM多余的分子黏附在濾紙上，阻塞濾孔，使水分難以被抽濾。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，可以得出如下結(jié)論，2社，3釁兩種PAM降低污泥比阻的效果最好，當(dāng)投加率在0.5‰～0.60‰時比阻最低。

2.2 過濾性能

2.2.1 試驗(yàn)方法與步驟

所采用的試驗(yàn)方法和儀器與污泥比阻測定的相近。試驗(yàn)用污泥含固率同樣為3%。

污泥在固定的負(fù)壓下抽濾一定時間，記錄濾液隨時間的變化量，根據(jù)抽濾固定時間后濾液體積以及濾后濾餅的含固率，來比較各種污泥過濾性能，進(jìn)一步判定PAM改善污泥脫水性能的優(yōu)劣。

2.2.2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果得出PAM不同投加率時污泥抽濾泥餅的含固率(見表5)，同時得到PAM不同投加率時污泥過濾曲線。圖5和圖6分別是投加率為0.2‰和0.4‰時的污泥過濾曲線。

表5 PAM不同投加率時污泥抽濾泥餅的含固率

投加率(‰)	1#	2#	3#	4#	5#
0.2	28.43	18.17	24.67	25.57	25.51
0.3	28.54	27.18	25.62	24.95	23.23
0.4	25.67	26.24	24.04	25.42	25.87
0.5	26.60	21.46	21.45	25.10	22.56
0.6	24.78	15.00	5.72	21.90	24.85

圖5 PAM投加率為0.20‰時污泥過濾曲線

根據(jù)得到的污泥過濾曲線，可以得到如下結(jié)論：

污泥的過濾速度均隨過濾時間的延長而逐漸降低，5種品牌的PAM，在其投加率不同時，對污泥的過濾效果的 影響 也不一樣。

當(dāng)投加率較低時，1#，2#和3#的過濾性能較好(相同時間內(nèi)，最終過濾的水量最多)，4#和5#效果較差;隨著投加率的增加，5種PAM的過濾性能均有所改善;但投加率≥0.4‰后，1#，2#和3#的過濾性能開始變差，4#和5#的過濾性能隨投加率的增加而越來越好。

圖6 PAM投加率為0.4‰時污泥過濾曲線

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，1#，2#和3#的最佳投加率均為0.3%o，4#的最佳投加率為0.6‰，5#的投加率為0.5‰～0.6‰。

1#，2#和3#三種PAM在較低的投量下對污泥過濾性能的改善效果較好，在 經(jīng)濟(jì) 上具有優(yōu)勢。而5#只有當(dāng)投加率相對較高(達(dá)0.6‰)時，才發(fā)揮一定的效果，說明非離子型PAM不適用于該污泥。上述結(jié)果與絮凝試驗(yàn)、污泥比阻試驗(yàn)結(jié)論基本一致。

根據(jù)表5中所列抽濾泥餅的含固率，可以看出當(dāng)污泥的過濾性能較好時，濾餅的含固率也較高。

3 結(jié)論

(1)該水廠生產(chǎn)廢水中污泥顆粒76%為粘粒，污泥中有機(jī)物組分達(dá)到22.6%。適當(dāng)投加聚丙烯酰胺可以降低污泥比阻，改善脫水性能。

(2)5種PAM均有一定的除濁、脫色及去除CODM。的效果;效果較好的為1#，2#和3# PAM。

(3)當(dāng)投加率為1‰～1.6‰時，2#和3#PAM絮凝礬花相對較好，1#次之;但當(dāng)投加率為0.5‰時上清液余濁和色度較低。

(4)5種PAM在較低的投加率時均可較大幅度地降低污泥的比阻，改善污泥的過濾性能，相對而言2#和3#PAM效果更好，1#次之。經(jīng)2#和3#調(diào)理的污泥，當(dāng)投加率為0.50‰～0.60‰時，污泥的比阻最低;當(dāng)投加率在0.3‰時，污泥過濾性能最好。

(5)綜合絮凝試驗(yàn)、比阻和過濾試驗(yàn)結(jié)果優(yōu)選的PAM及最佳投加率范圍，并考慮陽離子型PAM價格較高的因素，應(yīng)優(yōu)先選擇2#和3#陰離子型PAM，其投加率建議以低于0.50‰為佳，不僅可以降低運(yùn)行成本，而且在改善污泥的脫水性能及上清液水質(zhì)的回用效果上，均可以達(dá)到最佳的狀態(tài)。

文中數(shù)據(jù)來自廈門市杏林水廠污泥試驗(yàn)。

參考 文獻(xiàn)

1 金儒霖，劉水齡.污泥處置.第一版.北京： 中國 建筑 工業(yè) 出版社，1982

2　Novak J T， Mark Landford. The use of polymers for improving chemical sludge dewatering on sand bed. AWWA, 1977, 69(2), 106-109

3 King P H et al. Treatment of waste sludge from water purification p1ant. Bull. 52. Virginia Water Resources Res Ctr, VPI, Blacksburg，Va. 1972

4 Stefan J L, Rudolf K, Hermann H H. Mechanisms of floc formation in sludge conditioning with polymers. Wat Sci Tech, 1994, 30(8), 129-138

5 章非娟，等.水污染控制工程實(shí)驗(yàn).北京：高等 教育 出版社，1989