| 聚丙烯酰胺PAM在城市污泥調(diào)質(zhì)方面的應(yīng)用 |
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污水處理過(guò)程中產(chǎn)生的污泥顆粒較小,且?guī)ж?fù)電,顆粒間彼此排斥,導(dǎo)致活性污泥聚集體不易被壓縮和自然沉降。 同時(shí),污泥表面存在的胞外聚合物(EPS)中的蛋白質(zhì)帶有很多高度親水的極性基團(tuán),如-COO-、-CONH2、-OH、-SH 和磷;,使污泥絮凝體外表面吸附大量的水分子,不僅增加了細(xì)胞粘附水的量,而且在其表面形成一層密度較厚的水膜,增加了污泥脫水的難度;胞外總糖的親水性能強(qiáng)于胞外蛋白質(zhì),具有較強(qiáng)的粘附性,使污泥形成凝膠體,并含較多的間隙水,影響膠體顆粒布朗運(yùn)動(dòng),減弱絮凝作用。 污泥調(diào)質(zhì)的目的之一是向污泥中投加各種調(diào)理劑,通過(guò)改變污泥顆粒表面的電荷性能,使污泥EPS中的糖類(lèi)、蛋白質(zhì)和核酸等釋放出來(lái),降低污泥表面能與水分子結(jié)合的大分子物質(zhì)的數(shù)量,減弱污泥顆粒間的排斥作用,降低污泥顆粒的親水性,從而改善污泥的脫水性能。 目前,聚丙烯酰胺PAM在城市污泥調(diào)質(zhì)方面的應(yīng)用十分廣泛。 城市污泥顆粒膠體通常帶負(fù)電荷,陰離子聚丙烯酰胺PAM對(duì)城市污泥調(diào)質(zhì)的作用機(jī)制主要有:聚丙烯酰胺PAM中某些基團(tuán)與膠體表面產(chǎn)生特殊的反應(yīng)和架橋作用。 這些作用受聚丙烯酰胺PAM相對(duì)分子質(zhì)量、水解度的影響,致使污泥的沉降性能和脫水性能因聚丙烯酰胺PAM劑型的不同而異,當(dāng)相對(duì)分子質(zhì)量相同時(shí),水解度越大,污泥絮凝顆粒的粒徑和上清液的體積愈大,污泥的比阻愈小,泥餅的含固率愈高,對(duì)脫水性能和沉降性能的改善效果越好; 而水解度相同時(shí),相對(duì)分子質(zhì)量增大,污泥絮凝體的粒徑和上清液的體積愈大,污泥的比阻愈小,泥餅含固率越高,對(duì)脫水性能和沉降性能的改善效果越好,但當(dāng)相對(duì)分子質(zhì)量進(jìn)一步增大至1200萬(wàn)時(shí),污泥絮凝體的顆粒變小,比阻增大,泥餅含固率降低,脫水性能和沉降性能相應(yīng)降低。 分析認(rèn)為,聚丙烯酰胺PAM水解度越高,其鏈上可水解的活性官能團(tuán)越多,帶負(fù)電官能團(tuán)和水解出的H+等通過(guò)吸附架橋和氫鍵等作用壓縮污泥表面雙電層,使表面EPS脫落,絮凝顆粒重新絮凝增大,釋放出更多的自由水; 而聚丙烯酰胺PAM水解度相同時(shí),相對(duì)分子質(zhì)量越大,絮凝的分子鏈就長(zhǎng),活性官能團(tuán)越多,其吸附、架橋、網(wǎng)捕能力就越強(qiáng),對(duì)污泥沉降性能改善效果越好,但相對(duì)分子質(zhì)量過(guò)大時(shí),許多聚丙烯酰胺PAM鏈端就吸附在同一污泥顆粒上,或纏繞在其表面形成水化殼,阻礙絮凝,從而降低污泥的沉降和脫水性能. 因而,對(duì)污泥脫水性能的改善存在最為佳的聚丙烯酰胺PAM劑型。本研究中,最為佳的陰離子聚丙烯酰胺PAM劑型為相對(duì)分子質(zhì)量800萬(wàn)、水解度20%的聚丙烯酰胺PAM,其次為相對(duì)分子質(zhì)量600萬(wàn)、水解度30%的聚丙烯酰胺PAM 經(jīng)聚丙烯酰胺PAM調(diào)質(zhì)后污泥絮凝顆粒粒徑、沉降后上清液的體積、比阻及泥餅含固率隨聚丙烯酰胺PAM投加量的增加而發(fā)生變化。 其中,A劑型聚丙烯酰胺PAM因水解度過(guò)低、E劑型聚丙烯酰胺PAM因相對(duì)分子質(zhì)量過(guò)大對(duì)污泥調(diào)質(zhì)的影響較小,改變投加量對(duì)污泥的沉降性能影響不大; 但對(duì)C和D劑型而言,隨投加量的增加,污泥絮凝顆粒粒徑和沉降后上清液的體積逐漸增大、比阻降低,泥餅含固率增高,當(dāng)投加量達(dá)到75mg·L-1 后,粒徑>0.85mm的污泥絮凝顆粒組成和上清液體積達(dá)極大值,而此時(shí)比阻極低,泥餅含固率較高,但當(dāng)投加量超過(guò)該值時(shí),反而降低. 這表明聚丙烯酰胺PAM投加量愈大,參與吸附架橋的PAM分子就越多,對(duì)污泥脫水、沉降性能的改善效果就越好,但當(dāng)投加量超過(guò)某一點(diǎn)時(shí),用量增多會(huì)導(dǎo)致絮凝劑分子自身纏繞使吸附架橋能力降低,因而,從污泥調(diào)質(zhì)的角度來(lái)看,聚丙烯酰胺PAM存在一個(gè)最為佳用量。 本研究中,C、D 劑型聚丙烯酰胺PAM的最為佳用量為75 mg·L-1,此時(shí)以干污泥計(jì),聚丙烯酰胺PAM投加率為1.7‰,即每噸干污泥需投加C、D劑型聚丙烯酰胺PAM均為1.7kg,低于在將陰離子聚丙烯酰胺PAM應(yīng)用于污泥脫水研究中發(fā)現(xiàn)的最為佳投加率范圍0.23%~0.31%,這可能是由聚丙烯酰胺PAM的相對(duì)分子質(zhì)量、水解度及污泥性質(zhì)不同所引起。 投加聚丙烯酰胺PAM之所以能改善城市污泥的沉降和脫水性能,與其通過(guò)吸附、表面反應(yīng)、架橋等作用對(duì)污泥表面物質(zhì)的影響有關(guān)。結(jié)果表明,污泥經(jīng)A、B、C和D4種劑型聚丙烯酰胺PAM調(diào)質(zhì)后,上清液中核酸、蛋白質(zhì)和多糖濃度的變化趨勢(shì)與污泥沉降后上清液體積及泥餅含固率的變化趨勢(shì)相同,與污泥比阻的變化趨勢(shì)相反。 由于上清液中的核酸、蛋白質(zhì)和多糖主要來(lái)自污泥中EPS的釋放,其濃度的提高表明聚丙烯酰胺PAM促進(jìn)了污泥表面EPS的脫落。 還表明,向城市污泥投加陰離子聚丙烯酰胺PAM后,上清液中蛋白質(zhì)和總糖濃度的變化幅度大于核酸,從變化趨勢(shì)看,投加A、B、C 和D4種劑型聚丙烯酰胺PAM使上清液蛋白質(zhì)、總糖和核酸濃度均高于未添加聚丙烯酰胺PAM的處理,而投加E劑型聚丙烯酰胺PAM使核酸濃度呈先降低再上升的趨勢(shì)。 這可能與它們?cè)贓PS中所占的比例和不同劑型聚丙烯酰胺PAM對(duì)EPS的作用強(qiáng)弱有關(guān)。在污泥中,糖類(lèi)和蛋白質(zhì)占EPS總量的70%~80%,而核酸所占比例較低。EPS的脫落降低了污泥表面的負(fù)電荷,增強(qiáng)了污泥的疏水性,使更多的結(jié)合水轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂伤,有利于?xì)小顆粒重新絮凝成緊實(shí)的大絮凝體,使污泥易于沉降,上清液體積增加,同時(shí)大的絮凝體可減輕過(guò)濾介質(zhì)堵塞,降低污泥比阻,改善污泥脫水性能。 |
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