陽離子聚丙烯酰胺在污泥脫水的重要作用IPAM的作用I聚丙烯酰胺生產廠家Ipam價格

[企業(yè)介紹]
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1.2陽離子聚丙烯酰胺在污泥脫水的重要作用

1.2.1污泥脫水的意義

污泥的主要特征是有機物含量高、易腐化發(fā)臭、顆粒松散且細、成膠體狀、比重??；不易脫水、含有大量植物營養(yǎng)素、寄生蟲卵、致病微生物及重金屬離子 和含水率高，污泥體積可達其所含固體體積的數十倍[1-3]。因此，在整個污泥處 理過程中，脫水是重要的減量化手段，可減到原體積的1/10～1/5。為了有效、 經濟地進行污泥干燥、焚燒及進一步處理，充分地脫水進行減量化處理[4]。
污泥中含的大量水分，主要包括空隙水、毛細管水、吸附水和內部水。所含 水分種類如圖1-1所示。其中，顆粒之間的空隙水約占污泥水分的70%，毛細管水約占20%，吸附水和內部水占10%左右。對于空隙水可由濃縮和絮凝脫水的 方法去除，而毛細水和吸附水、內部水單濃縮無法去除，用人工干化、熱 處理、機械脫水或焚燒法才能除去。

圖1-1污泥所含水分示意圖[5,6]
Fig. 1-1 Schematic of water in sludge
污泥中所含水分的多少稱含水量。含水量可用含水率表示，即單位重量的污 泥中所含水分的質量百分數，含固率的定義則與其相反。城市污水廠的污泥含水 率一般都很大，一般在98%以上，相對密度接近1[7]，所以污泥濃縮過程中的體 積、質量及其中干固體含量之間的關系可用式（1-1）表示：

v1=v2
ps1/ps2= 100 ?pw1/100 ?pw2
公式（1-1）
其中：
v1——含水率為pw1%（含固率ps1%）時的污泥體積
v2——含水率為pw2%（含固率ps2%）時的污泥體積 由公式可知，污泥含水率從97.5%降至95%，污泥體積減少了一半[6]。
污泥脫水方法有多種，但有機高分子絮凝劑以用量少、絮凝效果好、受共存 鹽類和pH值影響小等特點而得到越來越廣泛的應用。


1.2.2陽離子聚丙烯酰胺污泥脫水的作用機理

分散顆粒的表面通常帶有負電荷，其電荷來源主要由：①可離解基團的解離： 如黏土，它們的等電點小于7（高嶺土等電點為5，蒙脫土等電點為2），主要成 分是硅酸鋁鹽。因而中性的水，對它們是偏堿性的，解離后黏土就會帶負電荷； 又如，氨基酸的聚合物蛋白質，等電點為4.7左右，在中性水介質中蛋白質解離 后就會帶負電荷。②氧化物表面水化：主要是等電點小于7的氧化物，如SiO2（等 電點1.5～3.7）與水接觸，水化生成羥基，因此當環(huán)境的pH值大于等電點時，SiO2表面就會帶有負電荷。③吸附：由于溶液中金屬陽離子的體積比陰離子小，水化 能力強，更傾向于留在水溶液中，而陰離子水化能力較差，但易極化而被膠體粒 子吸附。
污泥顆粒能夠穩(wěn)定存在的原因在于：一方面，粒徑?。ㄒ话隳z體顆粒直徑為1nm～100nm），比表面積大，布朗運動使其各個方向受力平衡；另一方面，顆 粒帶有同種電荷，電荷間的相互排斥力，使其能穩(wěn)定存在，不會沉降。

陽離子聚丙烯酰胺絮凝劑可與帶負電荷的物質進行反應，生成不溶性鹽。比 如與帶有-SO3H、-SO4H和-H基團的木質素磺酸、瓊脂和陰離子型表面活性劑等 物質的作用；與帶有-COOH基團的果膠、藻蛋白酸等物質的作用；以及與帶有-OH基團的單寧、腐植酸、硫代木質素等酚類物質的作用。所以，陽離子絮凝劑有脫 色絮凝作用。另一方面，聚丙烯酰胺鏈上的-CONH2是以氫鍵為主的強吸附基團， 其中的氧原子和氮原子上的氫原子形成的氫鍵，是一種很強的作用力，以致可以
克服靜電斥力使聚丙烯酰胺吸附于帶負電的顆粒。因而陽離子聚丙烯酰胺與污泥 顆粒接觸具有電中和與吸附架橋兩種作用[8,9]。湛含輝等人[10]指出的絮凝機理包 括混凝和絮凝兩個過程，凝聚過程是通過加入的混凝劑與水中膠體顆粒迅速發(fā)生電中和作用，雙電層壓縮脫穩(wěn)，脫穩(wěn)顆粒再相互作用形成微絮體；而絮凝過程是 有機高分子物質通過架橋吸附使得微絮體長成粗大而密實的沉降絮體的過程。其 物理模型如圖所示：

圖1-2混凝過程物理模型
Fig. 1-2 Model of the process of coagulation


由絮凝劑與污泥作用過程模型可看出，絮凝劑分子的電荷密度和分子鏈的大小是 影響凝聚和“架橋”作用的關鍵因素，電荷密度與陽離子度相關而分子鏈的大小 與分子量呈正相關。所以，理論上講，絮凝劑分子量越高，污泥脫水效果越好。

1.2.3陽離子聚丙烯酰胺性能對污泥脫水的影響
污泥的脫水效果除了與污泥本身性質[11]（如有機質含量、pH值、顆粒大小 等因素）有關外，絮凝劑性質的好壞也有一定影響[12]。從聚丙烯酰胺污泥脫水的 機理可以看出，聚合物分子量和電荷密度是影響污泥脫水效果的兩個重要因素。 高電荷密度能有效中和顆粒表面電荷，壓縮雙電層；高分子量則可以吸附更多的 顆粒，形成更大的絮體，有利于沉降。Ying Zhou[13]將陽離子度10%、20%和30%的產品進行絮凝試驗，通過比較絮體尺寸和雙電層壓縮程度指出，陽離子度過低 的產品形成的絮體相對較小，其脫水主要是通過架橋、吸附作用壓縮雙電層，使 膠體粒子脫穩(wěn)；而陽離子度過高產品則主要通過電中和作用壓縮雙電層，由于電 荷密度高，容易使膠體粒子帶正電荷產生排斥而降低脫水性能。實驗證明陽離子 度適中的產品同時擁有電中和與吸附架橋作用，用量少、產生絮體尺寸較大，脫 水效率更高。
另外，絮凝劑的用量也對絮凝效果有一定影響[14,15]。朱哲等指出，PAM-C濃 度較高時，絮凝劑在顆粒表面的覆蓋率達，顆粒表面已無吸附空位，無法 實現橋連作用，此時吸附層的接近反而對空間產生壓縮作用，顆粒 因位阻效應較 大而分散，絮體粒徑反而減小。作者應用激光粒度儀、影像分析及沉降分析技術 研究了陽離子聚丙烯酰胺絮凝劑對絮體粒度、強度及分形維數的影響，為根據絮 體的微觀特性調控絮凝劑投加量提供了依據[16]。

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