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聚丙烯酰胺(PAM)在强化絮凝沉淀中的应用

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发表于 2011-7-22 10:25:52 | 显示全部楼层 |阅读模式
  来源: 论文库www.Lwku.com  作者: 佚名
                          摘要:强化絮凝沉淀是近年来国内外城市污水深度处理的热点,在污水处理的研究中历时已久,由于投加絮凝剂运行费用较高,所以一直阻碍其在实践中的。近年来,廉价、高效絮凝药剂的迅速涌现,使化学强化一级处理工艺的基建费用、运行费用都低于二级处理,且其总磷的去除率很高,在国外城市污水处理中已经开始。由于它适应我国国情,在国内也得到了普遍的重视,并且已经取得了一定的研究成果。

关键词:聚丙烯酰胺 强化絮凝

1、强化絮凝反应原理
强化絮凝沉淀包括两个过程:混合过程和絮凝反应过程。
(1)混合过程
混合是反应第一关,也是非常重要的一关。在这个过程中应使混凝剂水解产物迅速地扩散到水中的每一个细部,使所有胶体颗粒几乎在同一瞬间脱稳并凝聚,这样才能得到好的絮凝效果。因为在混合过程中同时产生胶体颗粒脱稳与凝聚,可以把这个过程称为初级混凝过程。但这个过程的主要作用是混合,因此一般称为混合过程。
混合的实质是混凝剂水解产物在水中的扩散问题。使水中胶体颗粒同时脱稳产生凝聚,是取得好的絮凝效果的先决条件,也是节省投药量的关键。
(2)絮凝反应过程
絮凝反应是强化絮凝沉淀过程中最重要的工艺环节。其作用原理是,通过高分子絮凝剂——聚丙烯酰胺(PAM)来吸附污水中的悬浮粒子,使高分子链互缠交联,形成架桥,从而使絮凝结构增大变粗,最后形成沉淀。而在此过程中,PAM选择的正确与否关系到该工艺环节处理效果的好坏。
(3)无机药剂和有机高分子絮凝剂在强化絮凝沉淀中的复配使用
在强化絮凝沉淀中,为了降低药耗,节约成本,提高处理率,充分发挥不同絮凝剂间的协同作用,通过多次实验和在工程上的实际应用,无机絮凝剂与有机絮凝剂的复配使用能够达到较好的效果。
复配使用中,先加入带正电荷的无机絮凝剂,使污水中胶体脱稳,再加入带负电荷的阴离子型聚丙烯酰胺,使脱稳后的胶体颗粒通过架桥作用和网捕作用迅速长大。由于有机高分子容易机械降解,所以复配使用对水力条件要求较高。搅拌要均匀,速度要慢。
2、高分子絮凝剂——聚丙烯酰胺(PAM)
(1)PAM合成工艺
PAM主要原料为丙烯腈,它与水经一定比例混合,经水合、提纯、聚合、干燥等工艺可得到成品,合成工序如下:


(2)PAM的选择
通过多次实验和实际应用可以作出下列结论:
阴离子型PAM适用于浓度较高的带正电荷的无机悬浮物,以及悬浮粒子较粗(0.01-1mm),pH值为中性或碱性溶液。
阴离子型PAM适用于带负电荷、含有机物质的悬浮物。
非离子型PAM适用于有机、无机混合状态的悬浮物分离,溶液呈酸性或中性。
(3)PAM絮凝作用的主要因素
1) 絮凝剂的用量:最佳的絮凝剂用量是絮凝剂全部被吸附在固相粒子表面上,且絮块的沉降速度达到最大值。最佳用量随着絮凝剂的离子性质、分子量、悬浮液的pH值而变化,可用试验确定。当絮凝剂超过最佳用量时,絮凝效果反而下降。
2) 絮凝剂分子量对絮凝的影响:絮凝剂分子量越大,絮凝效果越好。但分子量太大,难于溶解且制造费用也高。常用的分子量为300-1500万。
3) 搅拌对絮凝的影响:搅拌可使絮凝剂均匀的分散到悬浮液中,达到高效絮凝。但搅拌过于剧烈,会使形成的絮块碎裂,因而絮凝剂的消耗量增加,而絮凝效果相对讲是降低了。所以在絮凝处理时只能进行适当的搅拌,搅拌机转速一般应控制在50-250r/min。
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 楼主| 发表于 2011-7-22 10:25:53 | 显示全部楼层

聚丙烯酰胺(PAM)在强化絮凝沉淀中的应用

  
3、实例
下表为某城市污水处理厂同一进水下的沉降、复合作用、单独作用对照的试验结果。
投加药剂
及加药量
分析项目
CODcr(mg/L)
BOD5(mg/L)
TP(mg/L)
浊度
原水
  317.0
56.4
4.4
170
自然沉降
出水
181.2
27.8
2.1
51.8
去除率
42.8%
50.7%
52.3%
69.5%
聚铁200mg/L
出水
88.5
12.1
0.5
9.8
去除率
73.0%
78.5%
88.6%
94.2%
聚铝200mg/L
出水
80.5
12.1
0.7
8.4
去除率
74.6%
78.5%
84.1%
95.1%
硫酸铝50mg/L
+PAM 1mg/L
出水
100.6
13.8
0.7
5.0
去除率
68.3%
75.5%
84.1%
97.1%
硫酸铝100mg/L +PAM 0.5 mg/L
出水
88.1
11.8
0.6
4.0
去除率
72.2%
79.1%
86.4%
97.6%
硫酸铝50mg/L +PAM 0.5 mg/L
出水
57.9
14.5
0.7
5.0
去除率
81.7%
74.3%
84.1%
97.1%
聚铝铁50mg/L +PAM 0.5 mg/L
出水
42.8
11.6
0.6
2.9
去除率
86.5%
79.4%
86.4%
98.3%
注:水温为27℃,pH值为7.2, Cl-离子浓度为2327.6 mg/L。
从对该污水厂的试验中可以看出:
(1) 从试验现象上看,复配使用所产生的絮体比单独投加无机絮凝剂产生的絮体结实紧密,絮体形成速度和沉降速度快。
(2)试验数据表明,复配使用可大大减少投药量,且去除率明显提高。以硫酸铝50mg/L+PAM0.5 mg/L的投药量,可以去除CODcr、BOD5、TP和浊度分别达到81.7%、74.3%、84.1%和97.1%,出水指标大大低于二级生化处理排放标准。
(3)出水总磷含量低于1.0mg/L的国际标准,不会造成富营养化的,避免造成象赤潮那样的藻类的繁生问题。这是由于Al3+ 和Fe3+ 可与PO43- 反应生成AlPO4和FePO4沉淀。
(4)投加铁盐和铝盐,处理效果差别不是很大,但投加铁盐后,出水色度偏高,所以铁盐的将受到很大的限制。但铁盐除磷效果略好一些。
(5)投加聚合铝铁+PAM的去除率比投加硫酸铝+PAM的去除率略高一些,但聚合铝铁、聚合氯化铝等的价格是硫酸铝的2-3倍,所以,硫酸铝+PAM是该厂絮凝强化沉淀中的首选药剂。
4、PAM在其他工艺中的应用
PAM除用于污水的强化絮凝,大部分用于污泥脱水。通过絮凝作用使PAM在污泥的单独颗粒间发生架桥,使聚合物链段吸附在不同的颗粒上,促进颗粒的聚集,达到泥水分离的效果。污泥脱水必须与脱水设备的配合使用,常见的脱水设备有离心机,带式压滤机和板框压滤机三种。不同设备对药剂的要求是不同的。比如,离心机在脱水过程中会对絮团产生极强的剪切作用,所以要求絮凝剂的抗剪切性能好。
另外,聚丙烯酰胺在石油开采、造纸行业以及采矿、冶金、煤炭、高吸水性树脂、粘合剂、皮革复鞣剂等其他中都拥有广阔的应用。
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