谢巧玲+管丹蓉

摘 要：研究了CPAM在污泥浓缩脱水时的影响因素，如CPAM溶液浓度，pH值，搅拌速度，环境温度等对污泥脱水的影响。试验表明，CPAM的投加能够显著提高污泥浓缩脱水的效率，且当CPAM浓度为0.3g·L-1，pH值6.7-7.5，搅拌速度200r.min-1，温度25℃-30℃时，污泥浓缩脱水的效果最好。进一步研究发现，温度对污泥浓缩脱水效果影响很小，对污泥沉降的速度影响较大。

关键词：污泥；CPAM；浓度脱水；影响因素

污水处理厂会产生大量的水处理过程中的污泥，污泥的主要特点是含水率高（有的高达99%[1]），这是影响污泥量的主要因素，导致运输成本高、堆放面积大，不利于后续的处理问题。当污泥的水分含量从95%降低到85%时，体积减少到原来的1/3，水分含量降低到65%，体积减少到1/7[2]。因此，它是一种有效的方法，以减少污泥体积负荷，并降低后续处理的成本。絮凝沉降技术因其经济简便， 而成为最常用的污泥浓缩脱水方法。有机高分子絮凝剂聚丙烯酰胺（Cationic Polyacrylamide，CPAM）大分子链上所带的正电荷密度高，水溶性好， 絮凝能力强， 在污水处理中用量少， 无毒、对环境无污染， 因而它在污泥脱水方面的应用引起广泛关注。本试验将利用有机高分子絮凝剂CPAM对污泥进行浓缩脱水的影响因素分析。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）为巩义市昌明水处理材料有限公司生产，试验污泥取自浙江省嘉兴南湖湖底，取样点位于湖泊的入口和出口处，污泥试样各取两份，分别命名为IN1、IN2、OUT1和OUT2。污泥性质如表1所示。

实验用仪器包括电子天平（精确到0.001g），表面皿、烘干箱，量筒，烧杯等；浑浊度采用美国Orbeco-Hellige Analytical Systems Inc公司生产的Digital Direct-Reading Turbidimeter TL#1型浑浊度测试仪；pH值和电导率采用威达优尔贸易上海有限公司制造的VWR-B40PCID型台式表测试；温度控制采用加拿大Conviron公司生产的CMP3244型温控室，搅拌器采用美国Caframo公司生产的BDC250型实验室用搅拌器。

1.2 实验指标

浑浊度是反映天然水及饮用水的物理性状的一项指标。天然水的浑浊度是由于水中含有泥沙、粘土、有机物、微生物等微粒悬浮物所致。浑浊度是泥水分离的重要指标，浑浊度越低， 絮凝剂调理污泥性能越好。为保证实验达到泥水分离的目的，以浑浊度作为测定指标，从而研究污泥沉降浓缩时的影响因素。

2 结果与讨论

2.1 CPAM溶液浓度对污泥脱水性能的影响

试验保持室内温度25℃，分别配制0.05g/L、0.1g/L、0.3g/L、0.5g/L、2g/L、5g/L的CPAM溶液，取不同浓度溶液50ml投加到50ml的污泥中，保持200r/min转速搅拌1分钟，静置1小时，取污泥上清液，测试其浑浊度，测试结果如图1所示。

由图1可以看出，污泥上清液的浑浊度随着CPAM浓度的增加先下降后上升，在CPAM浓度0.3g/L时，污泥上清液的浑浊度最低。CPAM溶液浓度大于0.3g/L，污泥上清液浑浊度不降反升，上清液粘度增加，絮体沉降速度缓慢。这是因为阳离子聚丙烯酰胺的加入量过多，通过电荷排斥和重新稳定的带正电荷的胶体粒子H+的长分子链的末端吸附污泥颗粒，不利于污泥脱水，相应也增加了处理成本；此外，用量过多，由于聚电解质的大分子结构，絮体结构松散，形成了一个相对刚性的污泥絮体水分难以去除。添加剂过小，电中和，吸附架桥效果弱，不是一组聚污泥，污泥水分离不够好，不利于脱水[3]。因此， 结合不同投加量下的试验现象及处理费用问题， 本文确定优化投加量为0.3g/L，当CPAM 投加量过大时，虽然絮凝效果较好，但由于胶体黏度过大，吸附架桥作用受到抑制，脱水效果反而变差。

2.2 pH值对CPAM污泥脱水性能的影响

试验保持室温25℃，分别用HCL和NaOH调制污泥，研究不同pH值时CPAM对污泥脱水效果的影响。取0.3g/L的CPAM溶液50ml投加到50ml的污泥中，保持200r/min转速搅拌1分钟，静置1小时，取污泥上清液，测试其浑浊度，测试结果如图2所示。

由图2可以看出，pH值低于6.7即酸性条件下，或者高于7.5碱性条件下，污泥上清液的浑浊度升高。pH值在6.7-7.5即接近中性的條件下污泥上清液浊度较低，分离效果好。虽然CPAM在低值的酸性环境中的电离度较大，分子形状趋向舒展，且加酸后，会使污泥絮体的表面电荷减弱，这些都有利于絮凝作用但是酸性条件也会使污泥絮体的胞外聚合物溶解，不利于絮凝[4]。碱性环境会增加污泥中的OH-，而CPAM分子链卷曲，电离度小，理论上中和OH-需要加大CPAM的浓度，实验中看到，pH值在8.5-10的污泥，加入CPAM搅拌后沉降时絮体较小，不易沉降，浑浊度值较高。因此用CPAM处理污泥时，适宜在pH值6.7-7.5的范围内，污泥不需要加入酸或者碱处理。

2.3 搅拌速度对CPAM污泥脱水性能的影响

试验保持室温25℃，取0.3g/L的CPAM溶液50ml投加到50ml的污泥中，分别用50，100，200，400，500r/min转速搅拌1分钟，静置1小时，取污泥上清液，测试其浑浊度，测试结果如图3所示。

搅拌速度对CPAM 的影响较大，过快的搅拌速度产生的强剪切力会造成CPAM 的分子链断裂，从而影响最终污泥脱水效果。实验显示，当搅拌速度在50r/min时，一分钟的搅拌使CPAM与污泥混合不够充分，絮体大小不一且分散不易沉降，随着搅拌速度增加至200r/min时，絮体均匀易沉降，当转速再增加至500r/min时，絮体变小并悬浮于上清液中，沉降缓慢。综上所述，搅拌速度适宜采用200r/min。同时实验中观察到，搅拌速度，搅拌时间，反应容器的直径对污泥的絮体形成均有影响，生产中应根据沉淀池直径做中试试验以确定搅拌速度与时间。

2.4 溫度对CPAM脱水性能的影响

试验在温控室温度4℃ 10℃ 22℃ 30℃时，取0.3g/L的CPAM溶液50ml分别投加到50ml的污泥中，搅拌速度200r/min搅拌1分钟，静置1小时，取污泥上清液，测试其浑浊度，测试结果如图4所示。

试验采用CPAM与污泥搅拌后静置一小时，取上清液测试。温度在22℃以上时，静置初期污泥絮体沉降速度很快，而低温10℃以下时，静置初期的絮体悬浮于上清液中，沉降速度缓慢，随着时间的推移，絮体沉降下来，一小时后检测上清液浑浊度，浑浊度值如图4所示差异不大，温度的影响并不明显。

理论上认为温度升高，颗粒的热运动加剧，增加了颗粒间的碰撞，有利于絮凝沉降[5]，也有实验证明，外界温度不同，污泥沉降速度不同。在相同的时间下，温度越高，污泥沉降越快[6]。

本次试验显示CPAM确实在温度高的环境下很快的絮凝沉降，但是低温环境只要给予合适的搅拌速度和搅拌时间，静置合适的时间，泥水分离的效果与高温环境差异不大，这对低温环境的污泥处理及节能减排有很好的理论指导意义。

3 结束语

通过试验可知，CPAM溶液的投加对污泥浓缩脱水效果良好，试验过程安全高效，具体结果如下。

（1）保持CPAM溶液投加量为0.3g/L，上清液面无小絮团漂浮物存在，浑浊度值达到最低。

（2）pH值6.7-7.5的范围内，CPAM处理污泥的效果最好，处理后的污泥pH值中性，不会对环境造成二次污染。

（3）搅拌速度200r/min时，絮体均匀易沉降，同时搅拌速度与时间，反应容器的直径对污泥的絮体形成均有影响。

（4）温度对浑浊度的影响差异不大。低温环境只要给予合适的搅拌速度和搅拌时间，静置合适的时间，泥水分离的效果与高温环境差异不大，这对低温环境的污泥处理及节能减排有很好的理论指导意义。

参考文献

[1]陈世朋，张景来.污水处理中的污泥脱水技术研究进展[J].污染防治技术，2006，19（1）：16-30.

[2]魏国侠.污泥处理和资源化技术[A].2004全国能源与热工学术年会论文集（2）[C].2004：319-323.

[3]郑怀礼，李林涛，蒋绍阶，等.CPAM调质浓缩污泥脱水的影响因素及其机理研究[J].环境工程学报，2009，3（6）：1009-1102.

[4]苗兆静.污泥调理中调质条件对污泥脱水性能的影响[D].武汉理工大学，2005：34-35.

[5]何旭，俞志敏，卫新来，等.聚丙烯酰胺对生活污泥脱水的实验研究[J].环境科学导刊，2015，34（1）：61-66.

[6]Luo Y. L. ，Yang Z. H. ，Xu Z. Y.， et al. Effect of trace amounts of polyacrylamide （PAM） on long-term performance of activated sludge [J]. Hazard. Mater，2011，189（1） ： 69-75.