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(jìn)行絮凝脫水性能研究，與陽離子聚丙烯酰胺（PAM-C）進(jìn)行了對比。實(shí)驗(yàn)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(guān)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(xì)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(jī)絮凝劑和有機(jī)絮凝劑兩類。投加無機(jī)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(jī)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(diǎn)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(jìn)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(jī)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(tuán)。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(dāng)強(qiáng)的電中和能力。其絮凝原理是高分子陽離子基團(tuán)與帶負(fù)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(kuò)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(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)表明該類絮凝劑具有良好的污泥脫水性能。

1 實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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
　?、倬郛a(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(yīng)所需的引發(fā)劑，維持一定的溫度在四口燒瓶中密閉進(jìn)行反應(yīng)。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(yīng)所需量的引發(fā)劑，維持一定的溫度在四口燒瓶中進(jìn)行密閉反應(yīng)。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(shí)驗(yàn)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(xì)顆粒帶負(fù)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(dāng)加入有機(jī)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?yàn)橛坞x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(biāo)。
　　本實(shí)驗(yàn)對HCA（均聚）的用量與污泥自然過濾5min所得的濾液體積的關(guān)系進(jìn)行了測定，并與HCA（共聚）和PAM—C進(jìn)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(shí)驗(yàn)是在同一真空度下進(jìn)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(biāo)，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(guān)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(biāo)，它是表示污泥阻抗固液分離傾向的指標(biāo)，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(jìn)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(shí)驗(yàn)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(guān)系圖。由圖5可知，隨著有機(jī)絮凝劑的加人，污泥的ζ電位由負(fù)值逐漸變?yōu)檎担麄€體系的電位由負(fù)變正，使膠體脫穩(wěn)，而達(dá)到固液分離的目的。

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

3 結(jié)論

　　① 在實(shí)驗(yàn)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(xué)學(xué)士學(xué)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。