聚丙烯酰胺聚合氯化鋁絮凝劑聯(lián)用凈水效果分析

　　 混凝是以城市綜合污水為水源的水處理廠不可缺少的基本凈水工藝，國(guó)內(nèi)各污水廠大多使用無(wú)機(jī)混凝劑(聚合氯化鋁)和有機(jī)混凝劑(聚丙烯跣胺).有機(jī)高分子聚丙烯酰胺(PAM)優(yōu)良的助凝效果早已為人們熟知,投加量及投加方式優(yōu)化等問(wèn)題的影響,國(guó)內(nèi)污水廠都離不開(kāi)它。研究表明：只要嚴(yán)格控制PAM投加量及產(chǎn)品單體含量，其在污水廠使用不但可以提高凈水效果，而且是有效減少污泥數(shù)量、體積及改善污泥脫水性質(zhì)的途徑[1]。歐洲、美國(guó)已經(jīng)有相當(dāng)數(shù)量的給水廠選用聚丙烯酰胺作為給水處理的一種絮凝劑。隨著環(huán)境問(wèn)題的日益嚴(yán)重，水廠污泥處理已為人們所重視，我國(guó)有些城市的新建水廠及原有污水廠已將污泥處理提上議事日程，有的水廠污泥處理工程已建成投產(chǎn)。1
試驗(yàn)部分
　　　　 1.1 儀器與試劑
　　 SC－956實(shí)驗(yàn)攪拌機(jī)（湖北省潛江縣儀器廠）；2100N濁度儀（HACH公司）；751GW分光光度計(jì)（惠普上海分析儀器有限公司）；
　　 聚合氯化鋁（以下簡(jiǎn)稱PAC，Al2O330%,鹽基度65－80％，1550元/噸，鞏）；
　　 硫酸鋁（以下簡(jiǎn)稱AS，Al2O310%，1450元/噸）；
　　 聚丙烯酰胺（AN910PWG，陰離子型，分子量1.42×107,單體含量0.008%,水解度20.5%,24000元/噸）。
　　 1.2 攪拌試驗(yàn)
　　 攪拌試驗(yàn)過(guò)程：一組燒杯，各取1L水樣,在快速攪拌中(140r.min-1)加入無(wú)機(jī)混凝劑,攪拌1min,然后轉(zhuǎn)至慢速攪拌(30 r.min-1)15min；靜置30min后取上清液測(cè)定濁度、CODMn和紫外吸光度。
　　 PAM則于快速攪拌(140r.min-1)1min后加入，轉(zhuǎn)至中速攪拌（100r.min-1)30s,再轉(zhuǎn)至慢速攪拌(30 r.min-1)15min。
　　 紫外吸光度在254nm處進(jìn)行，水樣測(cè)定前用0.45um膜過(guò)濾水樣。
　　 1.3 污泥濕基重量
　　 小心傾去上清液，直至燒杯中約剩50ml泥和水，然后用濾膜過(guò)濾至無(wú)水珠滴下稱重。
　　2 結(jié)果與討論
　　2.1 凈水效果比較
試驗(yàn)的原水主要水質(zhì)情況：水溫=24℃；pH=7.2；濁度=196NTU；UV254=0.176；CODMn =7.12mg/l。混凝攪拌試驗(yàn)結(jié)果，整理成圖1至圖6表示。
從圖3至圖6可以看出：PAM和無(wú)機(jī)混凝劑聯(lián)合使用對(duì)UV254和CODMn去除效果均有提高,但幅度不大,因?yàn)镻AM不能產(chǎn)生對(duì)有機(jī)物質(zhì)具有吸附作用的水解產(chǎn)物，其對(duì)有機(jī)物的去除僅因提高固液分離效果得以提高。為顯著的是濁度的去除效果提高（見(jiàn)圖1和圖2），這是因?yàn)橄燃尤氲臒o(wú)機(jī)混凝劑和膠粒負(fù)電荷起電中和作用使膠體脫穩(wěn)，去除了大的懸浮粒子，而高分子絮凝劑PAM能使被中和的膠體顆粒及很細(xì)微的膠粒迅速吸附和橋聯(lián)，可去除很微細(xì)的膠粒，從而去濁效果大大提高。
　　 2.2 污泥濕基重量比較
表1 投加PAC和PAC+PAM 產(chǎn)生的污泥濕基重量比較 不加PAM 加0.2mg/lPAM
編號(hào) 1 2 3 4 5
1 2 3 4 5
投加PAC（mg/l）
5 10 15 20 30
5 10 15 20 30
剩余濁度（NTU）
31.3 6.47 3.81 1.83 1.50
5.27 1.53 0.87 0.83 0.80
污泥濕基重量(g) 1.3641 1.3970 1.4135 1.7189 1.9305
0.8764 0.8830 0.8772 0.9015 0.9901
表2 投加AS和AS+PAM 產(chǎn)生的污泥濕基重量比較 不加PAM 加0.2mg/lPAM
編號(hào) 1 23 4 5
1 2 3 4 5
投加AS（mg/l） 10 20 30 40 50
10 20 30 40 50
剩余濁度（NTU） 48.7 17.7 11.7 5.41 2.23
15.2 6.27 2.34 1.32 1.28
污泥濕 基重量(g) 1.7121 1.9273 2.0384 2.2671 2.7837
1.0718 1.1925 1.2079 1.4219 1.6310
　　由表1和表2可見(jiàn)：加入PAM后，各污泥濕基重量分別減少約40％，究其原因可能是單獨(dú)投加鋁鹽時(shí)污泥中一般以無(wú)機(jī)金屬氫氧化合物為主，這些化合物帶大量的結(jié)合水，造成污泥含水率增高，體積龐大[2]。而加入PAM，一方面可減少無(wú)機(jī)混凝劑的量，從而減少金屬氫氧化物沉淀及結(jié)合水，另一方面形成的絮體緊密，可“壓縮”絮體孔隙中的水和減少無(wú)機(jī)金屬氫氧化合物和水的結(jié)合位。
　　 2.3 經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析
　　 加入有機(jī)絮凝劑PAM后, 污泥濕基重量減少很多,取剩余濁度為5NTU左右的水樣進(jìn)行比較(表１中的兩個(gè)２號(hào)之間,表２中的兩個(gè)４號(hào)之間)：10mg/lPAC產(chǎn)生的濕基污泥量為1.3970g,5mg/lPAC+0.2mg/lPAM產(chǎn)生的濕基污泥量為0.8764g,前者多產(chǎn)生的濕基污泥量0.5206g,測(cè)其含固率為10.38%,則其折算成干污泥量0.05404g。 同樣可以計(jì)算出40mg/lAS比20mg/lAS+0.2mg/lPAM多產(chǎn)生干污泥量0.06436g（測(cè)得40mg/lAS產(chǎn)生的濕基污泥含固率為5.99%）。根據(jù)上海閔行水廠一車間的污泥處理經(jīng)驗(yàn)排泥水折算成干污泥的處理費(fèi)用為912.32元/噸干泥[3]。以水廠處理萬(wàn)噸水為例進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析見(jiàn)下表3　　
表3 用PAC+PAM，萬(wàn)噸水可節(jié)約處理費(fèi)用（元） 干泥量（t） 節(jié)約污泥處理費(fèi)用（元） 總計(jì)節(jié)約處理費(fèi)用（元）
0.05404g/l=0.5404t/萬(wàn)t 0.5404×912.32元/t=493.02元 493.02+262=755.02元
絮凝劑用量 節(jié)約絮凝劑費(fèi)用（元）
30mg/l=0.3t/萬(wàn)t (0.3×1550)-(0.1×1550+0.002×2400)=262元
10mg/l=0.1t/萬(wàn)t
0.2mg/l=0.002t/萬(wàn)t
　　3 小結(jié)
　　（1）PAM和無(wú)機(jī)鋁鹽混凝劑聯(lián)用比單獨(dú)用無(wú)機(jī)鋁鹽混凝劑，可以使去濁效果明顯改善，而對(duì)去除CODMn和UV254改善很少；
　　 （2）PAM和無(wú)機(jī)鋁鹽混凝劑聯(lián)用比單獨(dú)用無(wú)機(jī)鋁鹽混凝劑，可使污泥濕基重量減少40%左右；
　　 （3）PAM和無(wú)機(jī)鋁鹽混凝劑聯(lián)用比單獨(dú)用無(wú)機(jī)鋁鹽混凝劑，可降低污泥處理費(fèi)和凈水加藥費(fèi)用,從而能降低總的凈水成本；
　　 （4）用于飲用水處理的PAM，其單體AM含量均應(yīng)小于0.05%，PAM投加率一般均少于1mg/l，足以保證飲用水的安全性。我國(guó)許多以地面水為水源的凈水廠（特別是原水濁度較高的凈水廠）在用混凝劑的同時(shí)，適量投加PAM，將具有很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
　　 （5）陽(yáng)離子型PAM的價(jià)格較高（一般為陰離子價(jià)格的兩倍左右），而非離子型PAM溶解性較差，對(duì)這兩種類型PAM和無(wú)機(jī)混凝劑聯(lián)用時(shí)的凈水效果，有待進(jìn)一步探討。