不同类型高分子絮凝剂处理高

张建锋 金同轨 王华军

　　摘要：从浓缩和除浊两方面比较不同类型的高分子絮凝剂处理高浊度水时的沉淀浓缩性能，同时探求在处理高浊度水时，一定条件和要求下高分子絮凝剂投药量与原水混液面自然沉速的相关性。

　　近年来，高分子絮凝剂越来越多地用于水处理领域。由于投加高分子絮凝剂后，絮体的沉速较大，所产生污泥比较密实且投药量较无机混凝剂少，因此在高浊度水处理中，采用高分子絮凝剂已得到了大家的公认。高分子絮凝剂按其基团带电性可分为：非离子型、阳离子型和阴离子型三类。国内对于非离子型和阴离子型高分子絮凝剂（如聚丙烯酰胺（PAM）等）的应用研究已开展了很多年，PAM已成功地用于黄河高浊度水的处理，但新近投入市场的阳离子型则处于实验阶段。本项研究通过不同类型高分子絮凝剂对高浊度水沉淀浓缩性能的比较，拟探讨分子量、基团带电性及投药量对沉速、浓缩污泥浓度、余浊的影响，同时结合以前的工作及本次实验结果，探求在一定条件高分子絮凝剂投药量与浑液面自然沉速的相关性。

　　1 实验条件

　　实验采用西安黄土和黄河泥沙，黄河泥沙取自黄河宁夏大坝段，西安黄土取自地表下2—5米、无明显杂质。将两种泥用西安市市政自来水人工搅拌浸泡7日，浸透的泥浆配成含砂量200kg/m³左右的原水，根据实验要求配至需要的浓度。两种泥样的颗分曲线如图1。

　　实验采用的高分子絮凝剂主要性能见表1：

　　采用沉降筒实验，检测数据包括：浑液面自然沉速及絮凝沉速(mm/s),90分钟后上清液余浊(NTU),由沉降曲线根据肯奇理论计算沉降90min后的沉泥浓度(kg/m³)。

　　2 实验结果及分析

　　2.1 阴离子絮凝剂的沉降性能比较
　　不同品种阴离子絮凝剂的沉降性能如表2：

　　由表2中的结果可知，在相同条件下，投加低分子量的PAM时絮体沉速较大，浓缩污泥密实，且上清液余浊较小。
　　2.2 阳离子度的影响
　　阳离子度反映了合成絮凝剂的单体上正电荷的电性强弱。采用不同阳离子度的阳离子絮凝剂，用西安黄土配成的水样进行沉降筒实验，结果如表3：

　　从实验结果可以看出，随阳离子度的增大，阳离子絮凝剂的沉降性能愈好，但增加到一定程度后，阳离子度对沉降性能的影响变得比较迟缓，因此在实际生产中，没有必要一味追求高的阳离子度。
　　2.3 基团带电性的影响
　　为使线型分子链在水溶液中充分伸展，增强架桥和卷扫沉淀作用，一般在非离子型高分子絮凝剂的构造单体中引入带电的官能基，使其转化阴离子型或阳离子型。三种类型高分子絮凝剂处理高浊度水的效果见表4：

　　计算结果表明，在高浊度水沉降浓缩中，电性中和不如吸附架桥的作用强烈，投加阴离子型絮凝剂，浑液面沉速较大、沉泥浓度高，但上清液浊度也比较大。所以，可以认为：处理高浊度水时，在相同条件下，投加阴离子型高分子絮凝剂可获得较大的浑液面沉速和较强的浓缩能力，而阳离子型和非离子型絮凝剂的除浊能力强。有鉴于此，在高浊度水处理的实践中，应区分处理目的是除浊还是浓缩，根据实际要求选用不同类型的高分子絮凝剂。

　　3 浑液面自然静沉沉速与投药量的相关性

　　研究表明，在高浊度水处理中，高分子絮凝剂投药量与泥砂颗粒总表面积及含砂量有如下关系：

　　 　　　　　　（1）

　　式中：D_i——在某一确定的等速段沉速时PAM的投量（kg/l）；
　　　　　S_p——水中泥砂颗粒总表面积（m²/m³）；
　　　　　S₀——水中泥砂颗粒比表面积（m²/kg）；
　　　　　C_w——含砂量（kg/m³）；
　　　　　a_i,b_i——相应等速段沉速时的经验系数。

　　另一方面，高浊度水自然静沉的实验表明，浑液面的自然沉速u与含砂量及泥砂粒度因素有关，西安建筑科技大学金同轨给出了如下的经验公式：

　　 　　　　　　　　　（2）

　　式中：u——浑液面自然沉速（mm/s）；
　　　　　α,β——经验系数；
　　　　　S₀——质量比表面积（m²/kg）。

　　式（1），（2）给出了下面的关系：

　　 　　　　　　　（3）

　　通过这个关系，可以推测：u与D有相关性，即u=f₃（D）。此关系通过以下的实验来得到验证，即：一定的自然沉速对应一定的含砂量及粒度，具有该含砂量及粒度的泥浆在一定絮凝沉速下有一定的投药量。在不同絮凝沉速条件下自然沉速与对应的原水投药量的关系见图2。

　　从图2可以看出，u与D具有很好的相关性，对曲线拟合得到如下形式的经验关系：

　　 　　　　　　（4）

　　式中：k₁，k₂——对应不同絮凝沉速的经验系数。

　　这样，在实际处理一定组成的高浊水时，可以借助于实验得到的经验关系，根据浑液面自然沉速以及所期望达到的絮凝速度确定高分子絮凝剂的投药量，从而避免对泥砂进行颗粒分析和测定含砂量带来的麻烦，简化实际操作。

　　4 结论

　　4.1 阴离子型高分子絮凝剂具有较好的絮凝沉速和浓缩性能；阳离子型与非离子型高分子絮凝剂的除浊能力较强。相对而言，非离子型絮凝剂的絮凝沉速很小。
　　4.2 随阳离子絮凝剂的阳离子度增加，其处理高浊水的混凝沉降性能愈好，但没有必要追求过高的阳离子度。
　　4.3 组成一定的高浊水自然沉速与高分子絮凝剂的投量具有很好的相关性，在一定条件可通过这种相关性，根据浑液面自然沉速和要求达到的絮凝沉速确定加药量。

参考文献
1．傅文德，许保玖，高浊度给水工程，中国建筑工业出版社，北京，1994.7
2．金同轨，沉淀分离，西安冶金建筑学院，西安，1983

张建锋，西安建筑科技大学环境工程专业博士研究生，西安市雁塔路13号（710055），
电话：029-2201422