聚二甲基二烯丙基氯化铵(HCA)对活性污泥的脱水性能研究

简介： 以聚二甲基二烯丙基氯化铵(HCA)均聚、共聚产品对活性污泥进行絮凝脱水性能研究，与阳离子聚丙烯酰胺（PAM-C）进行了对比。实验表明在用量为20～30mg/L时，HCA（均聚）对活性污泥有较好的絮泥脱水效果。
关键字：聚二甲基二烯丙基氯化铵(HCA) 污泥脱水 比阻
前言
　　活性污泥含水率通常在95%以上。这些带电污泥，以细小的颗粒存在，要使其脱稳絮凝脱水，需要在絮凝过程中投加大量的絮凝剂。常见的絮凝剂有无机絮凝剂和有机絮凝剂两类。投加无机絮凝剂，不仅药剂的消耗量大，沉淀物多，且处理效果不佳，近年来逐渐被有机絮凝剂所取代，目前被大多数厂商采用的主要是阳离子聚丙烯酰胺(PAM-C)，其在使用过程中的他点是用量少，沉淀性能好，泥饼含水率低。
　　近年来，国内的部分生产厂家开始对聚二甲基二烯丙基氯化铵进行了大量的研究。HCA是一种以二甲基二烯丙基氯化铵为主体的阳离子型有机高分子聚合物，它具有良好的水溶性，水溶液呈中性，在水溶液中电离后产生带正电荷的季胺盐类线型作用基团。它除了具有一般高分子絮凝剂的架桥、卷扫功能外，还具有相当强的电中和能力。其絮凝原理是高分子阳离子基团与带负电荷的污泥离子相吸引，降低及中和了胶体粒子的表面电荷，同时压缩了胶体扩散层而使微粒凝聚脱稳，并借助了高分子链的粘连架桥作用而产生絮凝沉降。本文对二甲基二烯丙基氯化铰均聚和共聚产品的污泥脱水性能进行了研究，实验表明该类絮凝剂具有良好的污泥脱水性能。
1 实验部分
1.1 主要试剂
　　PAM－C：阳离子聚丙烯酸胺，市售；
　　HCA：聚二甲基二烯丙基氯化胺均聚产品，自制；
　　HCA-AM：二甲基二烯丙基氯化按与丙烯酸胺共聚产品，自制。
　　实验用污泥取自深圳某污水处理厂的浓缩污泥，含水率98％，pH 6.0－6.5，温度30－31℃。
1.2 自制高分子产品的制备过程
　　①均聚产品
　　先制备出二甲基二烯丙基氯化按单体。将单体浓缩提纯后，取一定量的单体，按比例加入反应所需的引发剂，维持一定的温度在四口烧瓶中密闭进行反应。整个制备过程约为20 h左右。
　　 ②共聚产品
　　取一定量的二甲基二烯丙基氯化铰单体，并按比例加人丙烯酸胺单体，加入反应所需量的引发剂，维持一定的温度在四口烧瓶中进行密闭反应。整个制备过程约为16 h左右。
2 结果与讨论
2.1 活性污泥的pH值对药剂脱水性能的影响
　　在不同的活性污泥pH值条件下，3种药剂的投加量均为30 mg／L，真空抽滤 lmin，比较3种药剂对活性污泥脱水体积的影响。根据实验数据作图如下，由图1可看出在pH为5时，絮凝条件最好，脱水率最高。碱性条件对脱水不利。　
2.2 药剂对污泥过滤性能的比较
　　因污泥中微细颗粒带负电，相互排斥，部分污泥与表面附着水结合成絮凝体，能在水中稳定分布，沉降和过滤性能都较差。当加入有机絮凝剂后，经电中和后，使胶体脱稳，并将表面附着水转化成游离水。因为游离水比较容易去除，故在相同条件下，自然过滤的滤液体积，可作为污泥表面附着水转化为游离水的一个重要指标。
　　本实验对HCA（均聚）的用量与污泥自然过滤5min所得的滤液体积的关系进行了测定，并与HCA（共聚）和PAM—C进行了对比，结果见图2。从图2可以看出，在10～30 mg／L范围内，HCA（均聚、共聚）的脱水效果始终优于PAM－C。

　　污泥脱水实验是在同一真空度下进行，过滤时间一般可取4～5 min。在一定时间内过滤的滤液体积是衡量絮凝剂对污泥脱水效果的最直观指标，滤液体积越多，则絮凝剂脱水越好。图3是HCA均聚、共聚和 PAM－C在投加量为20mg／L所得滤液体积与过滤时间关系图。从图3中可看出，HCA（均聚、共聚）的脱水效果要好于PAM－C。脱水时间以4min较为合适。

2.3 药剂对活性污泥比阻影响的比较：
　　污泥比阻r是衡量污泥过滤性能的综合指标，它是表示污泥阻抗固液分离倾向的指标，r越大，说明污泥过滤脱水的性能越差。
　　r=(2P/μ)·(A2/C)·K
　　式中：r—比阻；
　　　　　μ—滤液的粘滞系数；
　　　　　P—真空度；
　　　　　C—单位容积滤液截留的滤液重量；
　　　　　A—过滤面积；
　　　　　K—t／V－V曲线的斜率。
　　取 100 mL活性污泥，加人一定量的药剂，摇匀。将混合液倒人布氏漏斗中进行抽滤，抽滤真空度为0.1Mpa，漏斗的过滤面积为36.2cm2。过滤材料为定性滤纸。将实验所得数据代入以上污泥比阻的计算公式中，
　　从图4可看出随药剂投加量的增加，污泥的比阻逐渐下降，说明污泥脱水性能变好。在上述图中，在相同投加量下，HCA比HCA－AM和PAM－C的比阻小，即污泥的过滤性能要好。
2.4 药剂对污泥ζ电位的影响
　　图5是污泥的ζ电位与絮凝剂投加量的关系图。随着有机絮凝剂的加人，污泥的ζ电位由负值逐渐变为正值，整个体系的电位由负变正，使胶体脱稳，而达到固液分离的目的。

　　由图 5可以看出，HCA和PAM－C都具有较强的电中和能力，加人量为 30 mg／L时，可达到电中和的等当点附近，此时污泥脱水性能最好。
3 结论
　　① 在实验的三种药剂中，HCA的污泥脱水率较高，其絮凝效果优于HCA-AM和PAM-C。HCA产品的最佳投放量为30mg/L，最适宜的PH为5。
　　② HCA不仅用量少，脱水率高，同时其处理成本低于PAM-C，HCA产品易溶于水，便于使用。