聚丙烯酰胺是全球消费量最大、应用最广泛的合成类水溶性高分子化合物，一般用于采油、造纸、选矿、洗煤、纺织、冶金、水泥增强剂、高吸水性树脂、黏合剂、水处理等行业，而且应用领域不断扩大。阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）大分子链上的正电荷密度高，水溶性好，絮凝能力强，在污水处理中用量少，而且无毒、对环境无污染，因此，在水处理中污泥脱水方面的应用引起广泛关注。随着我国城镇的发展，污水处理量不断提高，污泥产量急剧增加，2016年，我国城镇污水处理厂产生的污泥量将突破35000kt。目前，我国污泥处理费用已占污水处理厂总运行费用的20%～50%，甚至高达70%。污泥中水分的分离过程是污泥处理的重要步骤，旨在减少污泥的体积，从而减轻后续处理环节的污泥体积负荷。由于污泥颗粒带负电荷，相互间排斥，污泥颗粒表面极性基团对水分子的强烈吸附，使颗粒表面附着水膜，进一步阻碍了颗粒间的结合，最终形成稳定的胶体分散系统。因此，将污泥中的水分进行浓缩脱水，是处理污泥的关键。在污泥中加入高分子絮凝剂CPAM，利用絮凝剂与污泥间电性中和、吸附架桥作用，以及分子间的缠绕包裹作用可以改善污泥的脱水性能，提高污泥脱水效果，从而减少运输费用和后续处置费用。本文利用有机高分子絮凝剂CPAM对污泥进行浓缩脱水研究。

1 实验部分

1.1 主要原料及仪器

CPAM，加拿大Clearflow Enviro System Group Inc公司生产。污泥取自加拿大埃德蒙顿市Big Lake湖底，取样点位于湖泊的入口和出口处，污泥试样各取2份，分别命名为In1，In2，Out1，Out2。污泥性质如下：

浑浊度采用美国Orbeco-Hellige Analytical Systems Inc公司生产的Digital Direct-Reading Turbidimeter TL#1型浑浊度仪测试；pH值和电导率采用威达优尔贸易（上海）有限公司制造的B40PCID型台式万用表测试。

1.2 测试方法

泥饼含水率：污泥经处理后，取部分置于表面皿中，于105℃干燥6～8h后，冷却，计量，计算泥饼的含水率。本实验采用含水质量分数为97.0%的污泥。

公式：A=(m1-m2)/(m1-m0)×100%，式中：A为泥饼含水率；m0为称量皿的质量；m1为湿污泥与称量皿的总质量；m2为干燥泥饼与称量皿的总质量。

浑浊度：温度为25℃，分别将质量浓度为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搅拌1min，静置1h，取污泥上清液测试浑浊度。

pH值：温度为25℃，分别将质量浓度为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搅拌1min，静置1h，取污泥上清液测试pH值。

电导率：电导率反映了水中含盐量的多少，是水纯度的一个重要指标。水的纯度越高，含盐量越低，电导率越小。电导率按公式：K25=Kt/[1+a(t-25)]计算。式中：K25为污泥上清液在25℃时的电导率，μS/cm；Kt为污泥上清液在温度为t℃时的电导率，μS/cm；a为各种离子电导率的平均温度系数，取值0.022/1℃。

污泥体积：选取经不同浓度CPAM溶液处理过的100mL污泥及其上清液，在量筒中沉淀24h后测定量筒底部的污泥泥饼体积，记录固液界面处读数。

2 结果与讨论

2.1 CPAM溶液浓度对上清液浑浊度的影响

污泥上清液的浑浊度可以表征污泥的泥水分离效果，浑浊度越低，絮凝剂调理污泥性能越好。随着CPAM溶液浓度的增加，上清液的浑浊度先降后升。CPAM溶液质量浓度为0.30g/L时，上清液浑浊度最低；CPAM溶液质量浓度高于0.30g/L后，浑浊度上升。这说明CPAM溶液质量浓度为0.30g/L时，分离效果最好。实验中还观察到：CPAM溶液质量浓度为0.30g/L时，上清液液面无絮体漂浮物存在；随着CPAM溶液浓度的增加，污泥絮体沉降速率变慢，絮体变大，上清液黏度增加。因此，在实际污泥处理中，应合理控制CPAM溶液的浓度，使上清液浑浊度达到最佳。

2.2 CPAM溶液浓度对上清液pH值的影响

上清液的pH值为7.00～8.10，属中性范围，满足环境要求，不会对环境造成二次污染。

2.3 CPAM溶液浓度对上清液电导率的影响

水溶液的电导率是测量水中盐、离子、杂质等成分的重要指标，这些成分在水溶液中的含量越高，电导率越大，导电性能越强。因此，该指标常用于推测水中离子的总浓度或含盐量。一般天然水的电导率为50.0～1500.0μS/cm，无机盐含量高的水的电导率可达10000.0μS/cm以上，一般认为电导率低于600.0μS/cm时，水质尚好。

随着CPAM溶液浓度的增加，上清液电导率增加，尤其在CPAM溶液质量浓度大于0.30g/L以后，随着CPAM溶液浓度的增加，电导率呈线性增大。CPAM溶液质量浓度为0.05g/L时，电导率最小；CPAM溶液质量浓度为0.30g/L时，电导率为220.0～270.0μS/cm，相当于一般天然水的电导率；CPAM溶液质量浓度为2.00g/L时，电导率大于500.0μS/cm，CPAM溶液质量浓度为5.00g/L时，电导率大于700.0μS/cm。考虑到Big Lake天然湖水的电导率为300.0～400.0μS/cm，CPAM的加入是为了污泥脱水浓缩，使污泥减量，净化水质，而不应影响湖水的生态环境。因此，在对湖水进行处理时，加入CPAM后的电导率应接近天然湖水的电导率，CPAM溶液质量浓度应控制在0.30～0.50g/L。

2.4 CPAM溶液浓度对污泥体积的影响

CPAM溶液质量浓度小于0.30g/L时，污泥体积基本保持不变；CPAM溶液质量浓度为0.30g/L时，污泥体积明显减小，此时絮体沉降较快且密实；待质量浓度大于0.30g/L，可明显看见絮体之间的空隙，污泥体积增加。这是由于CPAM的长链结构可促进污泥絮体之间通过范德华力产生良好的吸附架桥作用。同时，由于CPAM所带的正电荷可以中和污泥表面的负电荷，减小了污泥之间的静电斥力，增强了污泥的可压缩性，从而使污泥的沉降性能得到改善；但超过最佳用量后，污泥带正电荷，造成颗粒间的电荷排斥。因此，过量的CPAM会导致污泥的沉降性能变差，污泥絮体也相互排斥，污泥体积反而增加。为了达到污泥减量最佳效果，CPAM溶液质量浓度应为0.30g/L。

3 结论

（1）CPAM溶液质量浓度为0.30g/L时，上清液液面无絮体漂浮物存在，浑浊度最低，污泥絮体沉降速率快，泥饼密实、体积最小。

（2）CPAM溶液浓度对污泥上清液的pH值影响较小，污泥上清液的pH值为7.00～8.10，满足环境要求，不会对环境造成二次污染。

（3）CPAM溶液质量浓度为0.30g/L时，上清液电导率为220.0～270.0μS/cm，符合天然水水质标准。