在國內(nèi)絮凝劑應(yīng)用領(lǐng)域，目前使用較廣泛的有機(jī)聚合物絮凝劑為聚丙烯酰胺類系列產(chǎn)品，根據(jù)聚合物組成單體的不同，可以分為兩類，一是全部采用有機(jī)化工單體（如丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨等）進(jìn)行聚合而生成；二是采用具有絮凝作用的天然原料（如淀粉、蛋白或纖維素類）和聚丙烯酰胺類接枝（或共聚）制成。這些種類的絮凝劑在水中可以溶解，高分子上所帶電荷與水中污染物/顆粒所帶電荷相反，實(shí)現(xiàn)正負(fù)電荷中和，使之脫穩(wěn)并形成細(xì)小凝聚體；同時，高分子的長鏈可以作為吸附架橋，將水中污染物/細(xì)小顆粒以及前一步形成的凝聚體吸附并纏結(jié)成較大的絮凝物。基于此原理，聚丙烯酰胺類絮凝劑（從低到高的分子量、不同組成單元、不同水解度）在許多行業(yè)中被廣泛應(yīng)用作絮凝、增稠、粘結(jié)、阻垢、穩(wěn)定膠體、減阻、成膜、凝膠及生物材料，滿足了多數(shù)行業(yè)對固液分離及工業(yè)生產(chǎn)過程的不同需求。

目前在污水處理廠中廣泛采用絮凝脫水技術(shù)來處理污泥，絮凝劑的選用主要為聚合氯化鋁PAC和陽離子聚丙烯酰胺CPAM。對污水處理廠來說，絮凝劑的使用是一項(xiàng)長期持續(xù)的經(jīng)濟(jì)投入，因而針對本廠水質(zhì)與污泥情況進(jìn)行絮凝劑的選用優(yōu)化，是一項(xiàng)非常有意義的工作。根據(jù)遼寧省撫順市兩大污水處理廠（三寶屯和海新廠）水質(zhì)與污泥化驗(yàn)情況，選擇絮凝劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過對污泥濃縮池中的污泥沉降性能的測定，污泥沉降體積比，泥餅含水率、污泥濃度、懸浮物、COD和氨氮實(shí)驗(yàn)表征絮凝劑效果，尋找絮凝劑的較佳用量，實(shí)現(xiàn)撫順市污水處理廠的絮凝劑優(yōu)化，達(dá)到經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、效果可觀的目標(biāo)，也為全國污水處理廠的絮凝劑用量提供參考，非常具有實(shí)際意義；同時，采用MS的Forcite模塊，以高嶺土代替污泥樣本（主要成分類似），計(jì)算陽離子聚丙烯酰胺片段在高嶺土鋁氧層和硅氧層表面的吸附行為。結(jié)果表明，CPAM與Si-O表面之間的相互作用較強(qiáng)，CPAM更容易吸附在Si-O表面上。

1 材料與試劑

鄰菲羅啉，95%乙醇，濃硫酸，甲基橙，甲基紅硫，輕質(zhì)氧化鎂，亞甲藍(lán)，硫酸亞鐵，溴百里酚藍(lán)，鹽酸，氫氧化鈉，酸亞鐵銨，硫酸銀，碳酸鈉，重鉻酸鉀等所用藥品均為分析純，來自天津市鼎盛新化工有限公司；PAC(28)，CPAM（陽離子度～30%）為工業(yè)級，來自鞏義凈水材料廠；活性污泥來自三寶屯/海新廠污泥濃縮池。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 污泥沉降體積比

取污泥濃縮池混合液于50mL量筒沉降30min，準(zhǔn)確讀取沉降污泥的毫升數(shù)。

計(jì)算污泥沉降體積比=沉降讀數(shù)（mL）×100%/50mL

2.2 懸浮物

量取充分混合均勻的試樣4mL于恒重過的濾膜（0.45μm）過濾后，以水洗滌后并取出濾膜放于恒重的稱量瓶中，移入烘箱中在105℃下干燥1h，反復(fù)冷卻烘干稱量直至恒重。

2.3 污泥沉降性能的測定

（1）取100mL來自三寶屯/海城/海新廠污泥濃縮池的活性污泥于100mL量筒中，靜置，沉淀。

（2）每隔0.5,1,2,3,4,5h分別讀取各污泥樣品的污泥體積；以時間為橫坐標(biāo)，污泥體積為縱坐標(biāo)，得到污泥沉降曲線。

（3）通過調(diào)節(jié)絮凝劑投加量，重復(fù)第二步驟，得到一系列污泥沉降曲線。從中可得到較優(yōu)污泥沉降曲線。

2.4 泥餅含水率

（1）將陶瓷坩堝于105℃條件下烘干2h后，冷卻后稱量，極為m0。

（2）將活性污泥混勻，取4mL污泥于坩堝中，稱重，記為m1（含坩堝重）。

（3）將2中稱量好的污泥于105℃條件下烘至恒重，稱重，記為m2（含坩堝重）。

泥餅含水率=（m1-m2）/（m1-m0）

2.5 污泥濃度

（1）將濾紙于稱量瓶中，于105℃烘箱內(nèi)恒重。

（2）量取20mL污泥濃縮池混合液，用上述濾紙過濾后，將此濾紙放于原稱量瓶中，在105℃烘箱中烘干2h并反復(fù)冷卻稱量直至恒重。

3 結(jié)果與分析

3.1 污泥沉降體積比與懸浮物含量測定

海新水廠的污泥自身沉降性能很差，懸浮物含量較高可達(dá)10⁴mg/L，而三寶屯的活性污泥沉降情況良好，自身沉降可達(dá)～74%，懸浮物含量為10³mg/L。

3.2 污泥沉降性能的測定

對海新和三寶屯污水處理廠活性污泥進(jìn)行絮凝沉降。對海新來說，每100mL活性污泥投入0.06g CPAM（800萬或者1200萬）為較佳選擇，污泥沉降可到～40mL；而對三寶屯來說，每100mL活性污泥投入0.14g PAC或者0.04g CPAM（800萬）就可使污泥沉降到～45mL。

3.3 泥餅含水率

在未加絮凝劑時，活性污泥含水量很高；陽離子聚丙烯酰胺的污泥脫水性能要好于聚合氯化鋁，分子量高的有機(jī)絮凝劑要好于分子量低一些的。

3.4 污泥濃度

海新水廠的污泥濃度很高，接近40mg/L；而三寶屯的污泥濃度僅是他們的1/5。

3.5 上清液理化指標(biāo)CODcr

絮凝劑的加入，可以大大降低COD的含量，CPAM的使用效果要明顯好于PAC。同時，CPAM分子量越大，效果越明顯。

3.6 氨氮

海新污水處理廠的氨氮含量明顯低于三寶屯水廠，絮凝劑的加入可以明顯降低上清液的氨氮含量。在降低氨氮含量方面，相對聚合氯化鋁來說，陽離子聚丙烯酰胺的效果沒有表現(xiàn)出優(yōu)勢。

4 模擬

本文所設(shè)計(jì)的CPAM片段是由6個丙烯酰胺和3個甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨單體組成。計(jì)算均使用Material Studio 5.5的Forcite模塊（Force Field: COMPASS）完成。

計(jì)算結(jié)果表明，Al-O-CPAM之間吸附能為-1391.04kcal/mol，而Si-O-CPAM之間吸附能為-3428.16kcal/mol。因此，CPAM與Si-O面之間的相互作用更強(qiáng)，絡(luò)合物更穩(wěn)定，CPAM更容易吸附在Si-O層表面。

5 結(jié)束語

撫順市兩大污水處理廠（三寶屯和海新廠）網(wǎng)絡(luò)涵蓋了全市大部分的生活污水管網(wǎng)，通過對其的水質(zhì)與污泥化驗(yàn)情況，既可以代表本市污泥情況，也可以反映全國和撫順同級別城市的污泥性質(zhì)。通過對污泥沉降性能的測定，污泥沉降體積比，泥餅含水率、污泥濃度、懸浮物、COD和氨氮實(shí)驗(yàn)表征絮凝劑效果，發(fā)現(xiàn)有機(jī)高分子絮凝劑CPAM相比無機(jī)高分子絮凝劑PAC來說，各項(xiàng)指標(biāo)都占據(jù)優(yōu)勢。高分子量（1200萬）陽離子聚丙烯酰胺在上清液理化指標(biāo)CODcr中相比低分子量（800萬）領(lǐng)先一步，其他則表現(xiàn)平平。考慮到成本因素，整體來說，選擇800萬陽離子聚丙烯酰胺，每100mL活性污泥投入0.06g為較佳選擇。同時，模擬結(jié)果表明，CPAM與Si-O表面之間的相互作用更強(qiáng)；CPAM更容易吸附在高嶺土的Si-O表面上。