聚二甲基二烯丙基氯化銨(HCA)對活性污泥的脫水性能研究

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簡介： 以聚二甲基二烯丙基氯化銨(HCA)均聚、共聚產(chǎn)品對活性污泥進行絮凝脫水性能研究，與陽離子聚丙烯酰胺（PAM-C）進行了對比。實驗表明在用量為20～30mg/L時，HCA（均聚）對活性污泥有較好的絮泥脫水效果。
關鍵字：聚二甲基二烯丙基氯化銨(HCA) 污泥脫水 比阻

前言

　　活性污泥含水率通常在95%以上。這些帶電污泥，以細小的顆粒存在，要使其脫穩(wěn)絮凝脫水，需要在絮凝過程中投加大量的絮凝劑。常見的絮凝劑有無機絮凝劑和有機絮凝劑兩類。投加無機絮凝劑，不僅藥劑的消耗量大，沉淀物多，且處理效果不佳，近年來逐漸被有機絮凝劑所取代，目前被大多數(shù)廠商采用的主要是陽離子聚丙烯酰胺(PAM-C)，其在使用過程中的他點是用量少，沉淀性能好，泥餅含水率低。
　　近年來，國內(nèi)的部分生產(chǎn)廠家開始對聚二甲基二烯丙基氯化銨進行了大量的研究。HCA是一種以二甲基二烯丙基氯化銨為主體的陽離子型有機高分子聚合物，它具有良好的水溶性，水溶液呈中性，在水溶液中電離后產(chǎn)生帶正電荷的季胺鹽類線型作用基團。它除了具有一般高分子絮凝劑的架橋、卷掃功能外，還具有相當強的電中和能力。其絮凝原理是高分子陽離子基團與帶負電荷的污泥離子相吸引，降低及中和了膠體粒子的表面電荷，同時壓縮了膠體擴散層而使微粒凝聚脫穩(wěn)，并借助了高分子鏈的粘連架橋作用而產(chǎn)生絮凝沉降。本文對二甲基二烯丙基氯化鉸均聚和共聚產(chǎn)品的污泥脫水性能進行了研究，實驗表明該類絮凝劑具有良好的污泥脫水性能。

1 實驗部分

1.1 主要試劑
　　PAM－C：陽離子聚丙烯酸胺，市售；
　　HCA：聚二甲基二烯丙基氯化胺均聚產(chǎn)品，自制；
　　HCA-AM：二甲基二烯丙基氯化按與丙烯酸胺共聚產(chǎn)品，自制。
　　實驗用污泥取自深圳某污水處理廠的濃縮污泥，含水率98％，pH 6.0－6.5，溫度30－31℃。
1.2 自制高分子產(chǎn)品的制備過程
　　①均聚產(chǎn)品
　　先制備出二甲基二烯丙基氯化按單體。將單體濃縮提純后，取一定量的單體，按比例加入反應所需的引發(fā)劑，維持一定的溫度在四口燒瓶中密閉進行反應。整個制備過程約為20 h左右。
　　②共聚產(chǎn)品
　　取一定量的二甲基二烯丙基氯化鉸單體，并按比例加人丙烯酸胺單體，加入反應所需量的引發(fā)劑，維持一定的溫度在四口燒瓶中進行密閉反應。整個制備過程約為16 h左右。

2 結(jié)果與討論

2.1 活性污泥的pH值對藥劑脫水性能的影響
　　在不同的活性污泥pH值條件下，3種藥劑的投加量均為30 mg／L，真空抽濾 lmin，比較3種藥劑對活性污泥脫水體積的影響。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作圖如下，由圖1可看出在pH為5時，絮凝條件最好，脫水率最高。堿性條件對脫水不利。

2.2 藥劑對污泥過濾性能的比較
　　因污泥中微細顆粒帶負電，相互排斥，部分污泥與表面附著水結(jié)合成絮凝體，能在水中穩(wěn)定分布，沉降和過濾性能都較差。當加入有機絮凝劑后，經(jīng)電中和后，使膠體脫穩(wěn)，并將表面附著水轉(zhuǎn)化成游離水。因為游離水比較容易去除，故在相同條件下，自然過濾的濾液體積，可作為污泥表面附著水轉(zhuǎn)化為游離水的一個重要指標。
　　本實驗對HCA（均聚）的用量與污泥自然過濾5min所得的濾液體積的關系進行了測定，并與HCA（共聚）和PAM—C進行了對比，結(jié)果見圖2。從圖2可以看出，在10～30 mg／L范圍內(nèi)，HCA（均聚、共聚）的脫水效果始終優(yōu)于PAM－C。

　　污泥脫水實驗是在同一真空度下進行，過濾時間一般可取4～5 min。在一定時間內(nèi)過濾的濾液體積是衡量絮凝劑對污泥脫水效果的最直觀指標，濾液體積越多，則絮凝劑脫水越好。圖3是HCA均聚、共聚和 PAM－C在投加量為20mg／L所得濾液體積與過濾時間關系圖。從圖3中可看出，HCA（均聚、共聚）的脫水效果要好于PAM－C。脫水時間以4min較為合適。

2.3 藥劑對活性污泥比阻影響的比較：
　　污泥比阻r是衡量污泥過濾性能的綜合指標，它是表示污泥阻抗固液分離傾向的指標，r越大，說明污泥過濾脫水的性能越差。

　　r=(2P/μ)·(A^2/C)·K
　　式中：r—比阻；
　　　　　μ—濾液的粘滯系數(shù)；
　　　　　P—真空度；
　　　　　C—單位容積濾液截留的濾液重量；
　　　　　A—過濾面積；
　　　　　K—t／V－V曲線的斜率。

　　取 100 mL活性污泥，加人一定量的藥劑，搖勻。將混合液倒人布氏漏斗中進行抽濾，抽濾真空度為0.1Mpa，漏斗的過濾面積為36.2cm²。過濾材料為定性濾紙。將實驗所得數(shù)據(jù)代入以上污泥比阻的計算公式中，根據(jù)所得的數(shù)據(jù)作圖，見圖4。

　　從圖4可看出隨藥劑投加量的增加，污泥的比阻逐漸下降，說明污泥脫水性能變好。在上述圖中，在相同投加量下，HCA比HCA－AM和PAM－C的比阻小，即污泥的過濾性能要好。
2.4 藥劑對污泥ζ電位的影響
　　圖5是污泥的ζ電位與絮凝劑投加量的關系圖。由圖5可知，隨著有機絮凝劑的加人，污泥的ζ電位由負值逐漸變?yōu)檎?，整個體系的電位由負變正，使膠體脫穩(wěn)，而達到固液分離的目的。

　　由圖 5可以看出，HCA和PAM－C都具有較強的電中和能力，加人量為 30 mg／L時，可達到電中和的等當點附近，此時污泥脫水性能最好。

3 結(jié)論

　?、?在實驗的三種藥劑中，HCA的污泥脫水率較高，其絮凝效果優(yōu)于HCA-AM和PAM-C。HCA產(chǎn)品的最佳投放量為30mg/L，最適宜的PH為5。
　?、?HCA不僅用量少，脫水率高，同時其處理成本低于PAM-C，HCA產(chǎn)品易溶于水，便于使用。

作者簡介：湯繼軍（1965—），男，工程師，獲工學學士學位，從事凈水劑及廢水的科研工作，地址：深圳市福田區(qū)竹子林段建材工業(yè)區(qū)。電話：（0755）6608320，6608315-13。