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(chǎn)廠家Ipam價(jià)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(jī)物含量高、易腐化發(fā)臭、顆粒松散且細(xì)、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(dá)其所含固體體積的數(shù)十倍[1-3]。因此，在整個(gè)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(jīng)濟(jì)地進(jìn)行污泥干燥、焚燒及進(jìn)一步處理，充分地脫水進(jìn)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(xì)管水、吸附水和內(nèi)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(xì)管水約占20%，吸附水和內(nèi)部水占10%左右。對(duì)于空隙水可由濃縮和絮凝脫水的 方法去除，而毛細(xì)水和吸附水、內(nèi)部水單濃縮無法去除，用人工干化、熱 處理、機(jī)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(zhì)量百分?jǐn)?shù)，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(duì)密度接近1[7]，所以污泥濃縮過程中的體 積、質(zhì)量及其中干固體含量之間的關(guān)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(shí)的污泥體積
v2——含水率為pw2%（含固率ps2%）時(shí)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(jī)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(diǎn)而得到越來越廣泛的應(yīng)用。


1.2.2陽離子聚丙烯酰胺污泥脫水的作用機(jī)理

分散顆粒的表面通常帶有負(fù)電荷，其電荷來源主要由：①可離解基團(tuán)的解離： 如黏土，它們的等電點(diǎn)小于7（高嶺土等電點(diǎn)為5，蒙脫土等電點(diǎn)為2），主要成 分是硅酸鋁鹽。因而中性的水，對(duì)它們是偏堿性的，解離后黏土就會(huì)帶負(fù)電荷； 又如，氨基酸的聚合物蛋白質(zhì)，等電點(diǎn)為4.7左右，在中性水介質(zhì)中蛋白質(zhì)解離 后就會(huì)帶負(fù)電荷。②氧化物表面水化：主要是等電點(diǎn)小于7的氧化物，如SiO2（等 電點(diǎn)1.5～3.7）與水接觸，水化生成羥基，因此當(dāng)環(huán)境的pH值大于等電點(diǎn)時(shí)，SiO2表面就會(huì)帶有負(fù)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(qiáng)，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(yùn)動(dòng)使其各個(gè)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(huì)沉降。

陽離子聚丙烯酰胺絮凝劑可與帶負(fù)電荷的物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，生成不溶性鹽。比 如與帶有-SO3H、-SO4H和-H基團(tuán)的木質(zhì)素磺酸、瓊脂和陰離子型表面活性劑等 物質(zhì)的作用；與帶有-COOH基團(tuán)的果膠、藻蛋白酸等物質(zhì)的作用；以及與帶有-OH基團(tuán)的單寧、腐植酸、硫代木質(zhì)素等酚類物質(zhì)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(qiáng)吸附基團(tuán)， 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(qiáng)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(fù)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(jī)理包 括混凝和絮凝兩個(gè)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(jī)高分子物質(zhì)通過架橋吸附使得微絮體長成粗大而密實(shí)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(guān)鍵因素，電荷密度與陽離子度相關(guān)而分子鏈的大小 與分子量呈正相關(guān)。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(duì)污泥脫水的影響
污泥的脫水效果除了與污泥本身性質(zhì)[11]（如有機(jī)質(zhì)含量、pH值、顆粒大小 等因素）有關(guān)外，絮凝劑性質(zhì)的好壞也有一定影響[12]。從聚丙烯酰胺污泥脫水的 機(jī)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(gè)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(chǎn)品進(jìn)行絮凝試驗(yàn)，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(chǎn)品形成的絮體相對(duì)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(chǎn)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(chǎn)生排斥而降低脫水性能。實(shí)驗(yàn)證明陽離子 度適中的產(chǎn)品同時(shí)擁有電中和與吸附架橋作用，用量少、產(chǎn)生絮體尺寸較大，脫 水效率更高。
另外，絮凝劑的用量也對(duì)絮凝效果有一定影響[14,15]。朱哲等指出，PAM-C濃 度較高時(shí)，絮凝劑在顆粒表面的覆蓋率達(dá)，顆粒表面已無吸附空位，無法 實(shí)現(xiàn)橋連作用，此時(shí)吸附層的接近反而對(duì)空間產(chǎn)生壓縮作用，顆粒 因位阻效應(yīng)較 大而分散，絮體粒徑反而減小。作者應(yīng)用激光粒度儀、影像分析及沉降分析技術(shù) 研究了陽離子聚丙烯酰胺絮凝劑對(duì)絮體粒度、強(qiáng)度及分形維數(shù)的影響，為根據(jù)絮 體的微觀特性調(diào)控絮凝劑投加量提供了依據(jù)[16]。

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