陽(yáng)離子聚丙烯酰胺（CPAM）是處理市政污水污泥普遍使用的一種高分子絮凝藥劑，藥劑使用過(guò)程中的多個(gè)關(guān)鍵控制點(diǎn)包括pH值、投加量、投加方式、攪拌速度、攪拌時(shí)間、溶解水溫等都對(duì)藥劑在實(shí)際生產(chǎn)中所發(fā)揮的絮凝作用有很大影響。文章結(jié)合水廠實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，并查閱大量文獻(xiàn)，對(duì)陽(yáng)離子聚丙烯酰胺使用過(guò)程中的多個(gè)關(guān)鍵因素的控制參數(shù)、影響機(jī)理進(jìn)行詳細(xì)討論。此外，帶式脫水機(jī)、離心式脫水機(jī)、板框壓濾機(jī)由于其工藝上的差異，藥劑的選型、配藥濃度、投加量、與無(wú)機(jī)絮凝劑的搭配等方面都有較大差異，在文章中將做出詳細(xì)描述。

近幾年來(lái)，隨著第三產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，各類生活廢水、餐飲廢水的排放量日益增加。城市生活污水為城市下水道系統(tǒng)收集到的各種污水，通常由生活污水、工業(yè)廢水和城市降水徑流三部分組成，是一種混合污水。如果對(duì)生活廢水不加以凈化處理，直接排放，會(huì)對(duì)環(huán)境造成很大的污染。且隨著用水量的急劇增加，引起水資源的匱乏。污水凈化處理后再利用是解決這一難題的重要途徑之一。

污泥脫水是污水處理的一個(gè)重要組成部分，越來(lái)越受到關(guān)注。利用物理、化學(xué)或其他方法改變污泥固液分離特性的步驟，稱為污泥調(diào)理。污泥化學(xué)調(diào)理是污泥脫水單元的核心技術(shù)?；瘜W(xué)調(diào)理法常使用的無(wú)機(jī)化學(xué)品有氯化鐵、硫酸亞鐵、硫酸鋁、聚合氯化鋁等；常使用的有機(jī)化學(xué)品為聚丙烯酰胺。使用高分子調(diào)理劑有三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1、使用的劑量比無(wú)機(jī)藥劑要少；2、無(wú)機(jī)調(diào)理劑會(huì)增加污泥量，增加污泥處置成本；3、污泥后期處置過(guò)程中，焚化不會(huì)降低泥餅的燃耗值。

市政污水污泥中主要存在負(fù)電荷，所以在城市污水處理廠，多采用陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺作為污泥脫水用藥劑。文章主要探討了陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺使用過(guò)程中的多個(gè)影響因素對(duì)污泥脫水性能的影響，并針對(duì)不同的污泥脫水工藝中藥劑使用的差異進(jìn)行闡述。

1、使用過(guò)程中各種因素的影響

通常市售的高分子絮凝劑，依其外觀形態(tài)可分為粒型、乳化型。各種高分子在使用上各有其優(yōu)缺點(diǎn)，如粉粒型高分子優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低、保存期限長(zhǎng)，但容易吸濕結(jié)塊、配置不便、溶解熟化時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)。乳化型高分子優(yōu)點(diǎn)是取用方便、無(wú)粉塵、溶解熟化時(shí)間短，缺點(diǎn)是價(jià)格較高。

污泥調(diào)質(zhì)的主要任務(wù)是增加污泥顆粒尺寸，克服水合作用和電性排斥作用。有3種作用機(jī)理可以解釋陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的調(diào)質(zhì)作用：

1、電中和作用。污泥顆粒本身帶負(fù)電荷，相互間排斥，在污泥中加入與膠體帶相反電荷的聚電解質(zhì)，則可降低粒子的電位，使粒子相互吸引形成絮團(tuán)。

2、去水化作用。將親水膠體轉(zhuǎn)變?yōu)樵魉z體，這是污泥調(diào)質(zhì)的關(guān)鍵。污泥膠體與高分子間發(fā)生活性反應(yīng)或形成絡(luò)合物，產(chǎn)生不溶性產(chǎn)物，從而實(shí)現(xiàn)絮凝。

3、吸附作用。主要以吸附架橋和表面吸附為主。吸附架橋作用包括2種情形：①高分子絮凝劑陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的活性基團(tuán)所產(chǎn)生氫鍵的吸附作用；②同電荷污泥顆粒之間，由異電荷膠體連在一起，也稱為異電荷膠體互凝現(xiàn)象。

陽(yáng)離子聚丙烯酰胺絮凝劑對(duì)污泥的調(diào)質(zhì)作用，是通過(guò)上述3種作用機(jī)理調(diào)整固體粒子群性狀及其排列狀態(tài)，使之適合于各種不同的濃縮脫水條件，因?yàn)槲勰嗟拿撍俣让黠@受到固體粒子群的性狀及其排列狀態(tài)的影響。

影響陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺絮凝效果的因素很多，泥液的pH值、藥劑的投加量、攪拌速度、攪拌時(shí)間、反應(yīng)溫度、離子強(qiáng)度等對(duì)藥劑脫水效果產(chǎn)生影響。有許多研究指出，攪拌條件是決定污泥調(diào)理較主要因素之一，即攪拌強(qiáng)度。攪拌強(qiáng)度與攪拌速度、攪拌時(shí)間有關(guān)。污泥的pH會(huì)影響到污泥中化學(xué)成分的離子狀態(tài)，影響電荷密度，從而影響污泥絮凝效果。溶解水溫也是關(guān)鍵因素之一，水溫較低時(shí)（如冬天），高分子絮凝劑需要長(zhǎng)時(shí)間才能完全溶解，分子鏈才能完全展開(kāi)，且電荷與污泥顆粒碰觸的頻率會(huì)較低。此外，配置絮凝劑溶液時(shí)，機(jī)械剪切力會(huì)切斷高分子鏈，導(dǎo)致分子量下降，所以溶液配置時(shí)攪拌速度不宜過(guò)快。鄭懷禮、楊風(fēng)霞等人做過(guò)詳細(xì)闡述，詳見(jiàn)表1。

表1各因素對(duì)藥劑脫水效果的影響

影響因素	對(duì)藥劑脫水效果的影響
pH值	適宜5.0-7.5；≤3.5絮團(tuán)??；≥9.5泥水不易分離
投加量	0.3-0.6mg/L，藥劑過(guò)少絮凝效果不明顯，藥劑過(guò)量絮團(tuán)易沉淀于反應(yīng)池后部
投加方式	藥劑溶解均勻后再向泥液中投加
攪拌速度	低速攪拌，10r/min
攪拌時(shí)間	60min以上
溫度	溫度升高，利于脫水

在城市污水處理廠的生產(chǎn)運(yùn)行中，為節(jié)省人力，提高效率，避免人為操作造成的誤差，陽(yáng)離子聚丙烯酰胺絮凝劑的使用多采用溶藥、投加系統(tǒng)，由自控系統(tǒng)自動(dòng)控制藥劑的溶解時(shí)間、熟化周期、攪拌強(qiáng)度、投加速度等，所以自控系統(tǒng)及設(shè)備的選擇和參數(shù)設(shè)定將會(huì)對(duì)藥劑絮凝效果的發(fā)揮有直接影響。

2、不同污泥濃縮脫水方式中的藥劑使用差異

污泥處理是整個(gè)廢水處理中較重要的環(huán)節(jié)之一，為了提高污泥的固含量，污泥經(jīng)常要經(jīng)過(guò)脫水處理。迄今，污泥脫水較可行的辦法是使用陽(yáng)離子絮凝劑，該法不僅生成的污泥量少，且易機(jī)械脫水，對(duì)節(jié)約用水、提高污水處理效果和廢水回用具有重要的作用。目前常見(jiàn)的機(jī)械脫水方式有三種：帶式脫水機(jī)、離心式脫水機(jī)和板框壓濾機(jī)。不同脫水設(shè)備藥劑的使用情況也大不相同。表2展示了各種脫水設(shè)備所經(jīng)常使用的絮凝劑。

表2各種脫水程序經(jīng)常使用的絮凝劑

脫水程序	石灰	氯化鐵	聚合物
離心式脫水機(jī)	不使用	不使用	普遍使用
帶壓式過(guò)濾脫水機(jī)	不使用	不使用	普遍使用
真空過(guò)濾脫水機(jī)	普遍使用	普遍使用	普遍使用
加壓過(guò)濾脫水機(jī)	普遍使用	普遍使用	有時(shí)使用

2.1 帶式脫水機(jī)

帶式脫水機(jī)具有投資省、耗鋼材少、耗電低、運(yùn)行穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外許多污水處理廠。對(duì)于現(xiàn)代污水處理廠，選用聚合物對(duì)污泥濃縮脫水進(jìn)行適當(dāng)?shù)男跄{(diào)節(jié)已經(jīng)成為必要的手段。絮凝劑加入量過(guò)多不但會(huì)導(dǎo)致資源的浪費(fèi)，而且達(dá)到一定量時(shí)還會(huì)堵塞濾帶，影響脫水機(jī)的正常運(yùn)行，反之加入量不足同樣會(huì)影響脫泥效果。因此，對(duì)絮凝劑較佳投藥量的研究成了污水處理廠運(yùn)行中的一個(gè)重要課題。污泥絮凝時(shí)投藥量主要與污泥種類、處理量及污泥濃度等性質(zhì)有關(guān)。

帶式脫水環(huán)節(jié)中，絮凝劑溶液是通過(guò)計(jì)量泵調(diào)節(jié)到一定的流量，然后污泥與絮凝劑溶液分別由各自的輸送管道送入混合桶進(jìn)行混合與絮凝。絮凝后的污泥進(jìn)入分離部分通過(guò)濾帶實(shí)現(xiàn)固液分離的目的。研究表明，隨著絮凝劑加入量的增加，泥餅的含水率均呈下降趨勢(shì)，兩者之間不呈線性關(guān)系。開(kāi)始泥餅的含水率下降速度很快，當(dāng)絮凝劑的干重投加量增加到7‰以上后，下降速度減慢，趨于穩(wěn)定。這主要是由于濃縮去除的只是污泥中的間隙水和部分毛細(xì)水，當(dāng)這部分水被分離后，污泥含水率就不能繼續(xù)降低了，就算繼續(xù)增加絮凝劑的投入量，處理效果也不會(huì)有大的改善。

目前，一種可用于污水廠絮凝劑投加量自動(dòng)控制的聚合物控制系統(tǒng)已在市政污水處理廠開(kāi)始應(yīng)用，該系統(tǒng)采用流動(dòng)電流技術(shù)，通過(guò)測(cè)定濾液中的流動(dòng)電荷變化狀況，來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)藥劑投配率，可在合理并及時(shí)調(diào)整藥劑投配率的同時(shí)，節(jié)省藥劑、避免浪費(fèi)、節(jié)約運(yùn)行成本。

2.2 離心式脫水機(jī)

離心式脫水機(jī)比帶式脫水機(jī)的運(yùn)行更穩(wěn)定、管理更方便，缺點(diǎn)是耗電量大，維護(hù)維修費(fèi)用高。離心式脫水機(jī)依靠強(qiáng)大的離心力，利用不同物質(zhì)在受到相同離心力后所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)曲線不同，達(dá)到泥水分離效果。

對(duì)于同種機(jī)器而言，影響脫水效果的主要因素是工藝條件，即投料污泥性質(zhì)調(diào)質(zhì)處理，投配率及污泥在機(jī)內(nèi)停留時(shí)間等。研究表明，污泥不經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)，用離心機(jī)脫水完全可以運(yùn)行，且出泥產(chǎn)率隨污泥投加量加大而相應(yīng)增加，但固體回收率會(huì)有所下降。在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中，離心機(jī)不會(huì)單獨(dú)使用，投加適量的陽(yáng)離子聚丙烯酰胺可有效提高脫水效率，一般干固投加量控制在5‰左右。藥劑濃度應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況配制在0.1‰至0.5‰使用，在取得較好的處理效果的同時(shí)，確保投配率較省。若污泥的處理量一定，絮凝劑投加量要根據(jù)污泥濃度的變化進(jìn)行調(diào)整，污泥濃度增加，絮凝劑投加量增加。如果污泥濃度過(guò)高，超過(guò)了機(jī)器較大可處理的干固體負(fù)荷，則會(huì)導(dǎo)致藥劑處理效果下降，投配率增加。因此，應(yīng)盡可能將污泥濃度控制在一定范圍，以達(dá)到較穩(wěn)定處理效果。

離心式脫水機(jī)與帶式脫水機(jī)用藥有所不同。①離心機(jī)用絮凝劑的分子量比帶式機(jī)所用藥劑分子量高，帶式機(jī)用絮凝劑分子量一般控制在500萬(wàn)左右，而離心式脫水機(jī)用藥在800萬(wàn)至1200萬(wàn)。由于污泥調(diào)質(zhì)后需要經(jīng)離心機(jī)進(jìn)行脫水處理，因此，應(yīng)選擇分子量大、抗剪切力強(qiáng)的有機(jī)高分子絮凝劑作為調(diào)質(zhì)藥劑。②離心機(jī)用絮凝劑有干粉和乳液兩種形態(tài)，而帶式機(jī)主要采用干粉絮凝劑。乳液態(tài)絮凝劑比干粉態(tài)絮凝劑更易溶解，溶解時(shí)間短，且溶解更為均勻。

2.3 板框壓濾機(jī)

板框壓濾機(jī)由于處理后污泥含水率低、體積小，在歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家已被廣泛采用。我國(guó)上海石洞口污水廠、廈門集美污水廠等地也引進(jìn)了板框壓濾機(jī)。在污泥處理過(guò)程中，確保污泥濃縮脫水設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，選擇合適的絮凝劑和投藥量，既是工藝保障的關(guān)鍵所在，也是污水廠低耗運(yùn)行的需要。

板框壓濾機(jī)的絮凝劑用藥以無(wú)機(jī)絮凝劑為主，一般為FeCl3與石灰組合。然而，由于有機(jī)絮凝劑能有效提高污泥的絮凝效果，且用量比石灰小許多，產(chǎn)泥量大大減小，所以FeCl3與陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的組合使用也受到廣泛關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn)，脫水泥餅含水率與無(wú)機(jī)絮凝劑和有機(jī)絮凝劑的投藥量都有著重要聯(lián)系，按照干重質(zhì)量比來(lái)計(jì)算，一般FeCl3的投加量為4%到15%，且在該范圍內(nèi)隨著投加量的增加，泥餅含固率增加；另一方面，陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的投加量要大于6.9kg/TDS，且隨著投加量的增加，泥餅含固率也隨之明顯升高，具體的投配需要綜合考量泥質(zhì)、設(shè)備、運(yùn)行成本等多方面來(lái)決定。

此外，“鐵鹽+陽(yáng)離子聚丙烯酰胺”與“鐵鹽+石灰”兩種投藥方式相比，陽(yáng)離子聚丙烯酰胺可以大幅度提升設(shè)備處理能力。在相同的設(shè)備條件和運(yùn)行周期下，處理泥量比用石灰加藥時(shí)提高13%以上。每一批次的處理能力變大，鐵鹽消耗量降低，且由于不用投加大量污泥，產(chǎn)泥量大大降低，這樣有利于延長(zhǎng)設(shè)備維護(hù)周期，減少工作人員的勞動(dòng)時(shí)間。

3、應(yīng)用總結(jié)

（1）陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的溶藥及投加過(guò)程，對(duì)藥效的發(fā)揮有著重要作用，合理控制溶藥過(guò)程中的攪拌速度、攪拌時(shí)間、水溫，選擇合適的藥劑投加方式，是藥劑使用的關(guān)鍵控制點(diǎn)，及時(shí)根據(jù)產(chǎn)泥情況調(diào)整藥劑投加量，可有效提高產(chǎn)泥固含量，并節(jié)省藥量，避免浪費(fèi)。

（2）帶式脫水機(jī)、離心式脫水機(jī)、板框壓濾機(jī)的脫水工藝大不相同，所以對(duì)藥劑的要求和使用也有很大差異，藥劑的選型、溶液的配置濃度、投加量等因素對(duì)藥劑的絮凝和泥水分離效率有重要影響。