陽離子瓜爾膠與聚丙烯酰胺聯合調理汙泥，中國城市汙水處理 廠日處理汙水的能力己超過1.1x10s m3,城市汙水處理率達到82.6%，產生的汙泥量突破3x107t (以 含水率80%計）。隨著環保要求的提高，汙水處理 量進一步加大，產生的汙泥越來越多，汙泥中含有 大量重金屬、病毒、寄生蟲卵等有害物質，如果處 理和處置不當，將造成嚴重的二次汙染[1-2]。
在汙泥處理中，聚丙烯酰胺（PAM)作為常用 絮凝劑來改善汙泥的沉降和脫水性能，其作用機理 主要是對汙泥顆粒產生吸附架橋作用，快速形成大 的絮體，便於分離，但PAM脫水過程中會部分水 解成丙烯酸等有毒單體，如果加入過量，容易給汙 泥處理和處置帶來負麵影響，不符合環保要求[3-6]。
陽離子瓜爾膠（CGG)是對瓜爾膠進行氨基化 陽離子改性得到的一種天然絮凝劑。天然改性絮凝 劑相對人工合成高分子絮凝劑有著來源豐富、無毒、 收稿日期：2013-03-08;修改稿日期：2013-05-07。
基金項目：廣東省科技計劃項目（2009B030802054)。
第一作者及聯係人：李玉瑛（1971—)，女，副教授，博士，研宄方向 為環境汙染控製。E-mail wyuchemlyy@126.com。
易降解等優點，已在廢水處理領域有了一定的應 用[7-10]。本文作者采用CGG調理汙泥旨在探究天然 改性絮凝劑在汙泥處理當中的應用，為天然絮凝劑 在水處理方麵的應用提供一定的參考。
本試驗研究了投加PAM、CGG後，對汙泥脫 水性和沉降性的影響，並確定了兩種絮凝劑的最佳 投加量與混合投加順序。
1材料與方法
1.1汙泥來源及性質
汙泥取自於江門市文昌沙水質淨化廠濃縮汙 泥，汙泥取回後，經50目孔徑篩過濾後使用。汙泥 基本性質見表1。
表1汙泥基本性質
pH值汙泥濃度 /g-L-1CST
/s汙泥
含水率/%濾餅離心 含水率/%上清液 透光率/%
6.8649.847095.088.328.9
1.2藥品與儀器
陽離子瓜爾膠（C-14-S，工業品，河北天時化 工有限公司）；聚丙烯酰胺（相對分子質量>500萬， AR，天津市大茂化學試劑廠)；AnKe DL-5-B離心 機（上海安亭科技儀器廠)；DAG-9053A型電熱恒 溫鼓風幹燥箱（上海精密實驗設備有限公司）； ZR4-6混凝試驗攪拌機（深圳市中潤水工業技術發 展有限公司）；J-11-09-011 723可見分光光度計（上 海菁華科技儀器有限公司）。
1.3試驗步驟
取1L汙泥，在相同攪拌速度和時間條件（先 快速 350 r/min、60 s，後慢速 60 r/min、10 min)下，
分別投加不同量的PAM和CGG，確定兩種藥品的 最佳投加量。在確定最佳投加量的基礎上，考察兩 種藥劑以不同投加量、不同投加順序複合調理汙泥 的效果。
1.4分析方法
1.4.1汙泥毛細吸水時間（CST)
分別取20 mL調理後的汙泥和未處理汙泥倒入 直徑為20 mm的有機玻璃圓柱，兩塊有機玻璃板之 間的Whatman色譜紙將水分從汙泥中吸收，記錄色 譜紙濕潤半徑達到2 cm時所需時間，即為CST[11]。 1.4.2汙泥離心含水率和上清液透光率
分別取一定量調理後的汙泥和未處理汙泥倒入 離心筒中，在2000 r/min下離心30 min，將離心後 汙泥上清液倒入比色皿中，用分光光度計在600 nm 下測得其透光率，再將離心筒中的泥餅取出，在 105 °C恒溫烘箱內烘幹至恒重，冷卻後稱重，計算 出濾餅含水率[12_13]。
1.4.3汙泥沉降比（SV)
分別取100 mL經藥劑調理過的汙泥和未處理 汙泥倒入100 mL量筒中，靜置30 min後記錄汙泥 沉降體積占原混合液的體積分數，即為SV。
2結果與分析
2.1最佳投加量的確定
本試驗考察兩種絮凝劑混合使用的效果，首先 確定兩種藥劑的最佳投加量。在此基礎上，考察不 同體積分數的藥劑聯合處理汙泥效果。
2.1.1 PAM最佳用量的確定
PAM調理汙泥時，PAM用量對汙泥脫水效果 的試驗結果如圖1。陽離子瓜爾膠與聚丙烯酰胺聯合調理汙泥，從圖1中看出，當PAM投加量 大於120 mg/L時，CST比原汙泥的470 s有大幅降 低，在56〜90 s之間，並且投加量超過240 mg/L 後，CST變化很小。汙泥經調理之後，離心含水率 均得到降低，當汙泥投加量為240 mg/L時最低為 85.75%，之後隨著投加量的增加而逐漸增大。綜合
考慮，確定PAM最佳投加量為240 mg/L。
2.1.2 CGG最佳用量的確定
CGG相對分子質量大於20萬，是通過瓜爾膠 分子鏈引入陽離子基團，從而獲得一定的正電性。 陽離子瓜爾膠在汙水處理中的研究已有報道，其絮 凝性機理主要有兩個方麵：一方麵是電中和產生的 凝聚作用；另一方麵是通過懸浮物之間的交聯吸附 作用[14]。
圖2為不同濃度CGG調理汙泥的結果。從圖2 中可見，在投加不同量的CGG後，CST都有所降 低，當投加量為900 mg/L時最低為154 s，此後隨 投加量的增加而增大。汙泥的離心含水率和SV先 減小後增大，其中SV在投加量為900 mg/L時出現 最小值93.88°%，離心含水率則在550〜900 mg/L之 間比較低，均在85°%以下，當投加量大於900 mg/L 後，離心含水率和SV均增大。汙泥離心上清液的 透光率一定程度可以反映絮凝劑作用於汙泥的效 果。當投加量低於750 mg/L，透光率低於原汙泥， 之後先增大後減小，在900 mg/L投加量時最大為 63.9%。原因可能是當投加量低時，藥劑由於與汙 泥的中和作用形成一種更難分離的膠體顆粒，致使 透光率下降，當超過一定投加量，汙泥形成相對較 大的顆粒，便於離心分離，從而透光率上升。綜合 考慮，確定CGG最佳投加量為900 mg/L。
2.2兩種藥劑協同調理汙泥
本試驗在確定CGG和PAM最佳投加量後，著 重考察兩種藥劑混合調理汙泥的效果。試驗中投加 方式分為3種：①先投加CGG，快速攪拌後再投加 PAM，表示為CGG+PAM;②先投加PAM，快速攪 拌後加CGG，表示為PAM +CGG;③混合CGG和 PAM後，同時投加，表示為CGG.PAM。兩種藥劑 的投加量見表2。
2.2.1複合藥劑對汙泥脫水性的影響
本研究采用CST和離心汙泥含水率作為脫水 性指標，其中CST測定具有操作簡單，時間短，重 複性好等優勢，是評價汙泥脫水性的重要指標。
圖3為複合藥劑調理汙泥後對CST的影響。從 圖3中可以看出，當PAM投加量大於60 mg/L或 CGG投加量大於300 mg/L時，CST都明顯降低。 其中，PAM和CGG投加量分別為150 mg/L和900 mg/L時，3種不同投加順序的CST都比較低。在複 合藥劑投加量較小時，投加方式有一定的影響，當 超過一定投加量後，影響變小。分析認為，汙泥中 顆粒大多帶有負電荷，當加入陽離子藥劑後，吸
圖2 CGG投加量對汙泥沉降性和脫水性的影響
附負電荷膠粒，通過電中和、壓縮雙電層、交聯吸 附等作用後，膠體脫穩，加入PAM後，膠體通過吸附架橋作用形成大的顆粒，從而增強了脫水效果。
圖4為複合藥劑對汙泥離心含水率的影響。由 圖4中可以看出，投加方式對汙泥含水率的影響較 大。投加方式為PAM+CGG時，汙泥離心含水率相 對較低；此投加方式下，當PAM、CGG投加量分 別為60 mg/L、300 mg/L時，汙泥離心含水率最小 為84.57%。本試驗中，CST與汙泥離心含水率之間 沒有必然的正線性相關性，與劉歡等[15]的結論相 符。劉歡等研究表明，CST與汙泥比阻有正線性相 關性，CST能很好地反映板框壓濾脫水和真空抽濾
脫水效果，但不能很好地預測離心脫水效果。
2.2.2複合藥劑對汙泥沉降性的影響
圖5為複合藥劑對汙泥SV的影響結果。從圖 5中看出，投加方式對汙泥沉降性影響較大，當投 加方式為CGG+PAM時，SV相對較低。此投加方 式下，CGG投加量達到900 mg/L後，SV均低於 84%。複合藥劑的投加量相對於投加方式的影響較 小。這是因為吸附架橋起主要作用，當膠粒顆粒脫 穩後能夠形成大的顆粒，從而能夠固液分離，有很 好的沉降效果；而如果PAM的吸附架橋作用後， 再加入陽離子藥劑，經過攪拌破壞了已經形成的大 的絮體；其次，陽離子藥劑與汙泥顆粒的接觸麵積 減小，不能完全發揮其電中和和交聯吸附作用，致 使沉降效果下降。
2.2.3複合藥劑對汙泥上清液透光率的影響
圖
圖6為複合藥劑對汙泥上清液透光率的影響。 從圖6中得知，複合藥劑的投加方式和投加量對上 清液透光率都有很大的影響。投加方式為 CGG.PAM時，汙泥上清液透光率較高，基本都大 於75%。說明當兩種藥劑混合同時使用時，具有電
中和作用和凝聚作用，能更好地吸附汙泥顆粒，使 上清液中汙泥顆粒減少，透光率升高。當PAM和 CGG投加量分別為150 mg/L和900 mg/L時，上清 液透光率都超過了 90%。
3結論
通過研究CGG和PAM對汙泥沉降性和脫水性 的影響，得到以下結論。
(1)CGG能夠提高汙泥的脫水性和沉降性， 投加量為900 mg/L時，陽離子瓜爾膠與聚丙烯酰胺聯合調理汙泥，效果較好。但單獨使用CGG 不能大幅提高脫水和沉降性能，兩種藥劑複合使用 時，有很好效果。
(2)當CGG與PAM複合調理汙泥時，兩種 藥劑的投加順序和投加量對汙泥脫水性和沉降性影 響很大。PAM和CGG投加量分別為150 mg/L和 900 mg/L，投加方式為先加CGG，攪拌後加PAM， 汙泥脫水和沉降效果較好。並且，複合藥劑調理汙 泥時，能夠減少PAM的用量，比單獨使用時減少 了 33.3%。
(3)CGG在汙泥調理方麵有不錯的效果，其 來源廣泛、無二次汙染的特性，使得有一定的應用 空間，但受價格的影響，製約了其作為絮凝劑在水 處理方麵的應用，隨著生產擴大、工藝的改進，提 高取代度和電荷密度，勢必會縮減其成本並可以獲 得更高效的絮凝性，有廣闊的應用前景。
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