聚丙烯酰胺是全球消費量最大、應用最廣泛的合成類水溶性高分子化合物，一般用于采油、造紙、選礦、洗煤、紡織、冶金、水泥增強劑、高吸水性樹脂、黏合劑、水處理等行業(yè)，而且應用領域不斷擴大。陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）大分子鏈上的正電荷密度高，水溶性好，絮凝能力強，在污水處理中用量少，而且無毒、對環(huán)境無污染，因此，在水處理中污泥脫水方面的應用引起廣泛關注。隨著我國城鎮(zhèn)的發(fā)展，污水處理量不斷提高，污泥產(chǎn)量急劇增加，2016年，我國城鎮(zhèn)污水處理廠產(chǎn)生的污泥量將突破35000kt。目前，我國污泥處理費用已占污水處理廠總運行費用的20%～50%，甚至高達70%。污泥中水分的分離過程是污泥處理的重要步驟，旨在減少污泥的體積，從而減輕后續(xù)處理環(huán)節(jié)的污泥體積負荷。由于污泥顆粒帶負電荷，相互間排斥，污泥顆粒表面極性基團對水分子的強烈吸附，使顆粒表面附著水膜，進一步阻礙了顆粒間的結(jié)合，最終形成穩(wěn)定的膠體分散系統(tǒng)。因此，將污泥中的水分進行濃縮脫水，是處理污泥的關鍵。在污泥中加入高分子絮凝劑CPAM，利用絮凝劑與污泥間電性中和、吸附架橋作用，以及分子間的纏繞包裹作用可以改善污泥的脫水性能，提高污泥脫水效果，從而減少運輸費用和后續(xù)處置費用。本文利用有機高分子絮凝劑CPAM對污泥進行濃縮脫水研究。
1 實驗部分
1.1 主要原料及儀器
CPAM，加拿大Clearflow Enviro System Group Inc公司生產(chǎn)。污泥取自加拿大埃德蒙頓市Big Lake湖底，取樣點位于湖泊的入口和出口處，污泥試樣各取2份，分別命名為In1，In2，Out1，Out2。污泥性質(zhì)如下：
試樣 | pH值 | 含水質(zhì)量分數(shù)（%） | 湖水電導率（μS/cm） |
In1 | 6.70 | 97.7 | 386 |
In2 | 6.80 | 97.2 | 337 |
Out1 | 6.70 | 96.9 | 306 |
Out2 | 6.60 | 97.4 | 351 |
渾濁度采用美國Orbeco-Hellige Analytical Systems Inc公司生產(chǎn)的Digital Direct-Reading Turbidimeter TL#1型渾濁度儀測試；pH值和電導率采用威達優(yōu)爾貿(mào)易（上海）有限公司制造的B40PCID型臺式萬用表測試。
1.2 測試方法
泥餅含水率：污泥經(jīng)處理后，取部分置于表面皿中，于105℃干燥6～8h后，冷卻，計量，計算泥餅的含水率。本實驗采用含水質(zhì)量分數(shù)為97.0%的污泥。
公式：A=(m1-m2)/(m1-m0)×100%，式中：A為泥餅含水率；m0為稱量皿的質(zhì)量；m1為濕污泥與稱量皿的總質(zhì)量；m2為干燥泥餅與稱量皿的總質(zhì)量。
渾濁度：溫度為25℃，分別將質(zhì)量濃度為0.05，0.10，0.30，0.50，2.00，5.00g/L的CPAM溶液50mL加到50mL污泥中，以200r/min攪拌1min，靜置1h，取污泥上清液測試渾濁度。
pH值：溫度為25℃，分別將質(zhì)量濃度為0.05，0.10，0.30，0.50，2.00，5.00g/L的CPAM溶液80mL加到20mL污泥中，以200r/min攪拌1min，靜置1h，取污泥上清液測試pH值。
電導率：電導率反映了水中含鹽量的多少，是水純度的一個重要指標。水的純度越高，含鹽量越低，電導率越小。電導率按公式：K25=Kt/[1+a(t-25)]計算。式中：K25為污泥上清液在25℃時的電導率，μS/cm；Kt為污泥上清液在溫度為t℃時的電導率，μS/cm；a為各種離子電導率的平均溫度系數(shù)，取值0.022/1℃。
污泥體積：選取經(jīng)不同濃度CPAM溶液處理過的100mL污泥及其上清液，在量筒中沉淀24h后測定量筒底部的污泥泥餅體積，記錄固液界面處讀數(shù)。
2 結(jié)果與討論
2.1 CPAM溶液濃度對上清液渾濁度的影響
污泥上清液的渾濁度可以表征污泥的泥水分離效果，渾濁度越低，絮凝劑調(diào)理污泥性能越好。隨著CPAM溶液濃度的增加，上清液的渾濁度先降后升。CPAM溶液質(zhì)量濃度為0.30g/L時，上清液渾濁度最低；CPAM溶液質(zhì)量濃度高于0.30g/L后，渾濁度上升。這說明CPAM溶液質(zhì)量濃度為0.30g/L時，分離效果最好。實驗中還觀察到：CPAM溶液質(zhì)量濃度為0.30g/L時，上清液液面無絮體漂浮物存在；隨著CPAM溶液濃度的增加，污泥絮體沉降速率變慢，絮體變大，上清液黏度增加。因此，在實際污泥處理中，應合理控制CPAM溶液的濃度，使上清液渾濁度達到最佳。
2.2 CPAM溶液濃度對上清液pH值的影響
上清液的pH值為7.00～8.10，屬中性范圍，滿足環(huán)境要求，不會對環(huán)境造成二次污染。
2.3 CPAM溶液濃度對上清液電導率的影響
水溶液的電導率是測量水中鹽、離子、雜質(zhì)等成分的重要指標，這些成分在水溶液中的含量越高，電導率越大，導電性能越強。因此，該指標常用于推測水中離子的總濃度或含鹽量。一般天然水的電導率為50.0～1500.0μS/cm，無機鹽含量高的水的電導率可達10000.0μS/cm以上，一般認為電導率低于600.0μS/cm時，水質(zhì)尚好。
隨著CPAM溶液濃度的增加，上清液電導率增加，尤其在CPAM溶液質(zhì)量濃度大于0.30g/L以后，隨著CPAM溶液濃度的增加，電導率呈線性增大。CPAM溶液質(zhì)量濃度為0.05g/L時，電導率最??；CPAM溶液質(zhì)量濃度為0.30g/L時，電導率為220.0～270.0μS/cm，相當于一般天然水的電導率；CPAM溶液質(zhì)量濃度為2.00g/L時，電導率大于500.0μS/cm，CPAM溶液質(zhì)量濃度為5.00g/L時，電導率大于700.0μS/cm?？紤]到Big Lake天然湖水的電導率為300.0～400.0μS/cm，CPAM的加入是為了污泥脫水濃縮，使污泥減量，凈化水質(zhì)，而不應影響湖水的生態(tài)環(huán)境。因此，在對湖水進行處理時，加入CPAM后的電導率應接近天然湖水的電導率，CPAM溶液質(zhì)量濃度應控制在0.30～0.50g/L。
2.4 CPAM溶液濃度對污泥體積的影響
CPAM溶液質(zhì)量濃度小于0.30g/L時，污泥體積基本保持不變；CPAM溶液質(zhì)量濃度為0.30g/L時，污泥體積明顯減小，此時絮體沉降較快且密實；待質(zhì)量濃度大于0.30g/L，可明顯看見絮體之間的空隙，污泥體積增加。這是由于CPAM的長鏈結(jié)構(gòu)可促進污泥絮體之間通過范德華力產(chǎn)生良好的吸附架橋作用。同時，由于CPAM所帶的正電荷可以中和污泥表面的負電荷，減小了污泥之間的靜電斥力，增強了污泥的可壓縮性，從而使污泥的沉降性能得到改善；但超過最佳用量后，污泥帶正電荷，造成顆粒間的電荷排斥。因此，過量的CPAM會導致污泥的沉降性能變差，污泥絮體也相互排斥，污泥體積反而增加。為了達到污泥減量最佳效果，CPAM溶液質(zhì)量濃度應為0.30g/L。
3 結(jié)論
（1）CPAM溶液質(zhì)量濃度為0.30g/L時，上清液液面無絮體漂浮物存在，渾濁度最低，污泥絮體沉降速率快，泥餅密實、體積最小。
（2）CPAM溶液濃度對污泥上清液的pH值影響較小，污泥上清液的pH值為7.00～8.10，滿足環(huán)境要求，不會對環(huán)境造成二次污染。
（3）CPAM溶液質(zhì)量濃度為0.30g/L時，上清液電導率為220.0～270.0μS/cm，符合天然水水質(zhì)標準。
