陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）是處理市政污水污泥普遍使用的一種高分子絮凝藥劑，藥劑使用過程中的多個關(guān)鍵控制點包括pH值、投加量、投加方式、攪拌速度、攪拌時間、溶解水溫等都對藥劑在實際生產(chǎn)中所發(fā)揮的絮凝作用有很大影響。文章結(jié)合水廠實際生產(chǎn)運行經(jīng)驗，并查閱大量文獻，對陽離子聚丙烯酰胺使用過程中的多個關(guān)鍵因素的控制參數(shù)、影響機理進行詳細討論。此外，帶式脫水機、離心式脫水機、板框壓濾機由于其工藝上的差異，藥劑的選型、配藥濃度、投加量、與無機絮凝劑的搭配等方面都有較大差異，在文章中將做出詳細描述。

近幾年來，隨著第三產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，各類生活廢水、餐飲廢水的排放量日益增加。城市生活污水為城市下水道系統(tǒng)收集到的各種污水，通常由生活污水、工業(yè)廢水和城市降水徑流三部分組成，是一種混合污水。如果對生活廢水不加以凈化處理，直接排放，會對環(huán)境造成很大的污染。且隨著用水量的急劇增加，引起水資源的匱乏。污水凈化處理后再利用是解決這一難題的重要途徑之一。

污泥脫水是污水處理的一個重要組成部分，越來越受到關(guān)注。利用物理、化學或其他方法改變污泥固液分離特性的步驟，稱為污泥調(diào)理。污泥化學調(diào)理是污泥脫水單元的核心技術(shù)?；瘜W調(diào)理法常使用的無機化學品有氯化鐵、硫酸亞鐵、硫酸鋁、聚合氯化鋁等；常使用的有機化學品為聚丙烯酰胺。使用高分子調(diào)理劑有三個優(yōu)點：1、使用的劑量比無機藥劑要少；2、無機調(diào)理劑會增加污泥量，增加污泥處置成本；3、污泥后期處置過程中，焚化不會降低泥餅的燃耗值。

市政污水污泥中主要存在負電荷，所以在城市污水處理廠，多采用陽離子型聚丙烯酰胺作為污泥脫水用藥劑。文章主要探討了陽離子型聚丙烯酰胺使用過程中的多個影響因素對污泥脫水性能的影響，并針對不同的污泥脫水工藝中藥劑使用的差異進行闡述。

1、使用過程中各種因素的影響

通常市售的高分子絮凝劑，依其外觀形態(tài)可分為粒型、乳化型。各種高分子在使用上各有其優(yōu)缺點，如粉粒型高分子優(yōu)點是價格低、保存期限長，但容易吸濕結(jié)塊、配置不便、溶解熟化時間長等缺點。乳化型高分子優(yōu)點是取用方便、無粉塵、溶解熟化時間短，缺點是價格較高。

污泥調(diào)質(zhì)的主要任務是增加污泥顆粒尺寸，克服水合作用和電性排斥作用。有3種作用機理可以解釋陽離子聚丙烯酰胺的調(diào)質(zhì)作用：

1、電中和作用。污泥顆粒本身帶負電荷，相互間排斥，在污泥中加入與膠體帶相反電荷的聚電解質(zhì)，則可降低粒子的電位，使粒子相互吸引形成絮團。

2、去水化作用。將親水膠體轉(zhuǎn)變?yōu)樵魉z體，這是污泥調(diào)質(zhì)的關(guān)鍵。污泥膠體與高分子間發(fā)生活性反應或形成絡(luò)合物，產(chǎn)生不溶性產(chǎn)物，從而實現(xiàn)絮凝。

3、吸附作用。主要以吸附架橋和表面吸附為主。吸附架橋作用包括2種情形：①高分子絮凝劑陽離子聚丙烯酰胺的活性基團所產(chǎn)生氫鍵的吸附作用；②同電荷污泥顆粒之間，由異電荷膠體連在一起，也稱為異電荷膠體互凝現(xiàn)象。

陽離子聚丙烯酰胺絮凝劑對污泥的調(diào)質(zhì)作用，是通過上述3種作用機理調(diào)整固體粒子群性狀及其排列狀態(tài)，使之適合于各種不同的濃縮脫水條件，因為污泥的脫水速度明顯受到固體粒子群的性狀及其排列狀態(tài)的影響。

影響陽離子型聚丙烯酰胺絮凝效果的因素很多，泥液的pH值、藥劑的投加量、攪拌速度、攪拌時間、反應溫度、離子強度等對藥劑脫水效果產(chǎn)生影響。有許多研究指出，攪拌條件是決定污泥調(diào)理較主要因素之一，即攪拌強度。攪拌強度與攪拌速度、攪拌時間有關(guān)。污泥的pH會影響到污泥中化學成分的離子狀態(tài)，影響電荷密度，從而影響污泥絮凝效果。溶解水溫也是關(guān)鍵因素之一，水溫較低時（如冬天），高分子絮凝劑需要長時間才能完全溶解，分子鏈才能完全展開，且電荷與污泥顆粒碰觸的頻率會較低。此外，配置絮凝劑溶液時，機械剪切力會切斷高分子鏈，導致分子量下降，所以溶液配置時攪拌速度不宜過快。鄭懷禮、楊風霞等人做過詳細闡述，詳見表1。

表1各因素對藥劑脫水效果的影響

影響因素	對藥劑脫水效果的影響
pH值	適宜5.0-7.5；≤3.5絮團??；≥9.5泥水不易分離
投加量	0.3-0.6mg/L，藥劑過少絮凝效果不明顯，藥劑過量絮團易沉淀于反應池后部
投加方式	藥劑溶解均勻后再向泥液中投加
攪拌速度	低速攪拌，10r/min
攪拌時間	60min以上
溫度	溫度升高，利于脫水

在城市污水處理廠的生產(chǎn)運行中，為節(jié)省人力，提高效率，避免人為操作造成的誤差，陽離子聚丙烯酰胺絮凝劑的使用多采用溶藥、投加系統(tǒng)，由自控系統(tǒng)自動控制藥劑的溶解時間、熟化周期、攪拌強度、投加速度等，所以自控系統(tǒng)及設(shè)備的選擇和參數(shù)設(shè)定將會對藥劑絮凝效果的發(fā)揮有直接影響。

2、不同污泥濃縮脫水方式中的藥劑使用差異

污泥處理是整個廢水處理中較重要的環(huán)節(jié)之一，為了提高污泥的固含量，污泥經(jīng)常要經(jīng)過脫水處理。迄今，污泥脫水較可行的辦法是使用陽離子絮凝劑，該法不僅生成的污泥量少，且易機械脫水，對節(jié)約用水、提高污水處理效果和廢水回用具有重要的作用。目前常見的機械脫水方式有三種：帶式脫水機、離心式脫水機和板框壓濾機。不同脫水設(shè)備藥劑的使用情況也大不相同。表2展示了各種脫水設(shè)備所經(jīng)常使用的絮凝劑。

表2各種脫水程序經(jīng)常使用的絮凝劑

脫水程序	石灰	氯化鐵	聚合物
離心式脫水機	不使用	不使用	普遍使用
帶壓式過濾脫水機	不使用	不使用	普遍使用
真空過濾脫水機	普遍使用	普遍使用	普遍使用
加壓過濾脫水機	普遍使用	普遍使用	有時使用

2.1 帶式脫水機

帶式脫水機具有投資省、耗鋼材少、耗電低、運行穩(wěn)定的優(yōu)點，所以被廣泛應用于國內(nèi)外許多污水處理廠。對于現(xiàn)代污水處理廠，選用聚合物對污泥濃縮脫水進行適當?shù)男跄{(diào)節(jié)已經(jīng)成為必要的手段。絮凝劑加入量過多不但會導致資源的浪費，而且達到一定量時還會堵塞濾帶，影響脫水機的正常運行，反之加入量不足同樣會影響脫泥效果。因此，對絮凝劑較佳投藥量的研究成了污水處理廠運行中的一個重要課題。污泥絮凝時投藥量主要與污泥種類、處理量及污泥濃度等性質(zhì)有關(guān)。

帶式脫水環(huán)節(jié)中，絮凝劑溶液是通過計量泵調(diào)節(jié)到一定的流量，然后污泥與絮凝劑溶液分別由各自的輸送管道送入混合桶進行混合與絮凝。絮凝后的污泥進入分離部分通過濾帶實現(xiàn)固液分離的目的。研究表明，隨著絮凝劑加入量的增加，泥餅的含水率均呈下降趨勢，兩者之間不呈線性關(guān)系。開始泥餅的含水率下降速度很快，當絮凝劑的干重投加量增加到7‰以上后，下降速度減慢，趨于穩(wěn)定。這主要是由于濃縮去除的只是污泥中的間隙水和部分毛細水，當這部分水被分離后，污泥含水率就不能繼續(xù)降低了，就算繼續(xù)增加絮凝劑的投入量，處理效果也不會有大的改善。

目前，一種可用于污水廠絮凝劑投加量自動控制的聚合物控制系統(tǒng)已在市政污水處理廠開始應用，該系統(tǒng)采用流動電流技術(shù)，通過測定濾液中的流動電荷變化狀況，來自動調(diào)節(jié)藥劑投配率，可在合理并及時調(diào)整藥劑投配率的同時，節(jié)省藥劑、避免浪費、節(jié)約運行成本。

2.2 離心式脫水機

離心式脫水機比帶式脫水機的運行更穩(wěn)定、管理更方便，缺點是耗電量大，維護維修費用高。離心式脫水機依靠強大的離心力，利用不同物質(zhì)在受到相同離心力后所產(chǎn)生的運動曲線不同，達到泥水分離效果。

對于同種機器而言，影響脫水效果的主要因素是工藝條件，即投料污泥性質(zhì)調(diào)質(zhì)處理，投配率及污泥在機內(nèi)停留時間等。研究表明，污泥不經(jīng)過調(diào)質(zhì)，用離心機脫水完全可以運行，且出泥產(chǎn)率隨污泥投加量加大而相應增加，但固體回收率會有所下降。在實際生產(chǎn)運行中，離心機不會單獨使用，投加適量的陽離子聚丙烯酰胺可有效提高脫水效率，一般干固投加量控制在5‰左右。藥劑濃度應根據(jù)實際情況配制在0.1‰至0.5‰使用，在取得較好的處理效果的同時，確保投配率較省。若污泥的處理量一定，絮凝劑投加量要根據(jù)污泥濃度的變化進行調(diào)整，污泥濃度增加，絮凝劑投加量增加。如果污泥濃度過高，超過了機器較大可處理的干固體負荷，則會導致藥劑處理效果下降，投配率增加。因此，應盡可能將污泥濃度控制在一定范圍，以達到較穩(wěn)定處理效果。

離心式脫水機與帶式脫水機用藥有所不同。①離心機用絮凝劑的分子量比帶式機所用藥劑分子量高，帶式機用絮凝劑分子量一般控制在500萬左右，而離心式脫水機用藥在800萬至1200萬。由于污泥調(diào)質(zhì)后需要經(jīng)離心機進行脫水處理，因此，應選擇分子量大、抗剪切力強的有機高分子絮凝劑作為調(diào)質(zhì)藥劑。②離心機用絮凝劑有干粉和乳液兩種形態(tài)，而帶式機主要采用干粉絮凝劑。乳液態(tài)絮凝劑比干粉態(tài)絮凝劑更易溶解，溶解時間短，且溶解更為均勻。

2.3 板框壓濾機

板框壓濾機由于處理后污泥含水率低、體積小，在歐洲發(fā)達國家已被廣泛采用。我國上海石洞口污水廠、廈門集美污水廠等地也引進了板框壓濾機。在污泥處理過程中，確保污泥濃縮脫水設(shè)備的穩(wěn)定運行，選擇合適的絮凝劑和投藥量，既是工藝保障的關(guān)鍵所在，也是污水廠低耗運行的需要。

板框壓濾機的絮凝劑用藥以無機絮凝劑為主，一般為FeCl3與石灰組合。然而，由于有機絮凝劑能有效提高污泥的絮凝效果，且用量比石灰小許多，產(chǎn)泥量大大減小，所以FeCl3與陽離子聚丙烯酰胺的組合使用也受到廣泛關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn)，脫水泥餅含水率與無機絮凝劑和有機絮凝劑的投藥量都有著重要聯(lián)系，按照干重質(zhì)量比來計算，一般FeCl3的投加量為4%到15%，且在該范圍內(nèi)隨著投加量的增加，泥餅含固率增加；另一方面，陽離子聚丙烯酰胺的投加量要大于6.9kg/TDS，且隨著投加量的增加，泥餅含固率也隨之明顯升高，具體的投配需要綜合考量泥質(zhì)、設(shè)備、運行成本等多方面來決定。

此外，“鐵鹽+陽離子聚丙烯酰胺”與“鐵鹽+石灰”兩種投藥方式相比，陽離子聚丙烯酰胺可以大幅度提升設(shè)備處理能力。在相同的設(shè)備條件和運行周期下，處理泥量比用石灰加藥時提高13%以上。每一批次的處理能力變大，鐵鹽消耗量降低，且由于不用投加大量污泥，產(chǎn)泥量大大降低，這樣有利于延長設(shè)備維護周期，減少工作人員的勞動時間。

3、應用總結(jié)

（1）陽離子聚丙烯酰胺的溶藥及投加過程，對藥效的發(fā)揮有著重要作用，合理控制溶藥過程中的攪拌速度、攪拌時間、水溫，選擇合適的藥劑投加方式，是藥劑使用的關(guān)鍵控制點，及時根據(jù)產(chǎn)泥情況調(diào)整藥劑投加量，可有效提高產(chǎn)泥固含量，并節(jié)省藥量，避免浪費。

（2）帶式脫水機、離心式脫水機、板框壓濾機的脫水工藝大不相同，所以對藥劑的要求和使用也有很大差異，藥劑的選型、溶液的配置濃度、投加量等因素對藥劑的絮凝和泥水分離效率有重要影響。