張東 許建華 肖羽堂
（同濟大學環境科學與工程學院，上海） 摘要：本文試驗研究了聚丙烯酰胺和聚合氯化鋁或硫酸鋁聯用除濁、除UV254和CODMn的效果，結果表明：聚丙烯酰胺和聚合氯化鋁或硫酸鋁聯用,比單獨用聚合氯化鋁或硫酸鋁的除濁效果顯著,而對UV254和CODMn去除率提高幅度不大，但可大量減少無機混凝劑用量和減少污泥濕基重量，從而減少水廠凈水處理成本和污泥處理量。
關鍵詞：聚丙烯酰胺 污泥濕基重量 經濟分析 混凝是以地面水為水源的自來水處理廠不可缺少的基本凈水工藝，國內各水廠大多使用無機混凝劑，投藥量大，產生的污泥數量多、體積大，難以處理,而且凈水效果也不盡如意。有機高分子聚丙烯酰胺(PAM)優良的助凝效果早已為人們熟知,但受其單體毒性、投加量及投加方式優化等問題的影響,國內自來水廠較少使用。然而研究表明：只要嚴格控制PAM投加量及產品單體含量，其在水廠使用不但可以提高凈水效果，而且是最有效減少污泥數量、體積及改善污泥脫水性質的途徑[1]。歐洲、美國已經有相當數量的給水廠選用聚丙烯酰胺作為給水處理的一種絮凝劑。隨著環境問題的日益嚴重，水廠污泥處理已為人們所重視，我國有些城市的新建水廠及原有水廠已將污泥處理提上議事日程，有的水廠污泥處理工程已建成投產。同濟大學在自來水廠使用PAM助凝和污泥處理方面作了大量研究，取得一定的經驗。 1 試驗部分 取某河水水樣，進行投加不同的混凝劑和聚丙烯酰胺的實驗室混凝攪拌試驗。
1.1 儀器與試劑
SC－956實驗攪拌機（湖北省潛江縣儀器廠）；2100N濁度儀（HACH公司）；751GW分光光度計（惠普上海分析儀器有限公司）；
聚合氯化鋁（以下簡稱PAC，Al2O330%,鹽基度65－80％，2300元/噸，上海五四凈水劑廠）；
硫酸鋁（以下簡稱AS，Al2O310%，900元/噸,上海五四凈水劑廠）；
聚丙烯酰胺（AN910PWG，陰離子型，分子量1.42×107,單體含量0.008%,水解度20.5%,26000元/噸,法國SNF公司）。
1.2 攪拌試驗
攪拌試驗過程：一組燒杯，各取1L水樣,在快速攪拌中(140r.min-1)加入無機混凝劑,攪拌1min,
然后轉至慢速攪拌(30 r.min-1)15min；靜置30min后取上清液測定濁度、CODMn和紫外吸光度。
PAM則于快速攪拌(140r.min-1)1min后加入，轉至中速攪拌（100r.min-1)30s,再轉至慢速攪拌(30 r.min-1)15min。
紫外吸光度在254nm處進行，水樣測定前用0.45um膜過濾水樣。
1.3 污泥濕基重量
小心傾去上清液，直至燒杯中約剩50ml泥和水，然后用濾膜過濾至無水珠滴下稱重。 2 結果與討論
2.1 凈水效果比較 試驗的原水主要水質情況：水溫=24℃；pH=7.2；濁度=196NTU；UV254=0.176；CODMn =7.12mg/l。混凝攪拌試驗結果，整理成圖1至圖6表示。 從圖3至圖6可以看出：PAM和無機混凝劑聯合使用對UV254和CODMn去除效果均有提高,但幅度不大,因為PAM不能產生對有機物質具有吸附作用的水解產物，其對有機物的去除僅因提高固液分離效果得以提高。最為顯著的是濁度的去除效果提高（見圖1和圖2），這是因為先加入的無機混凝劑和膠粒負電荷起電中和作用使膠體脫穩，去除了大的懸浮粒子，而高分子絮凝劑PAM能使被中和的膠體顆粒及很細微的膠粒迅速吸附和橋聯，可去除很微細的膠粒，從而去濁效果大大提高。
2.2 污泥濕基重量比較
表1 投加PAC和PAC+PAM 產生的污泥濕基重量比較 | 不加PAM | 加0.2mg/lPAM | | 編號 | 1 2 3 4 5 | 1 2 3 4 5 | 投加PAC（mg/l） | 5 10 15 20 30 | 5 10 15 20 30 | 剩余濁度（NTU） | 31.3 6.47 3.81 1.83 1.50 | 5.27 1.53 0.87 0.83 0.80 | | 污泥濕基重量(g) | 1.3641 1.3970 1.4135 1.7189 1.9305 | 0.8764 0.8830 0.8772 0.9015 0.9901 | 表2 投加AS和AS+PAM 產生的污泥濕基重量比較 | 不加PAM | 加0.2mg/lPAM | | 編號 | 1 23 4 5 | 1 2 3 4 5 | | 投加AS（mg/l） | 10 20 30 40 50 | 10 20 30 40 50 | | 剩余濁度（NTU） | 48.7 17.7 11.7 5.41 2.23 | 15.2 6.27 2.34 1.32 1.28 | | 污泥濕 基重量(g) | 1.7121 1.9273 2.0384 2.2671 2.7837 | 1.0718 1.1925 1.2079 1.4219 1.6310 | 由表1和表2可見：加入PAM后，各污泥濕基重量分別減少約40％，究其原因可能是單獨投加鋁鹽時污泥中一般以無機金屬氫氧化合物為主，這些化合物帶大量的結合水，造成污泥含水率增高，體積龐大[2]。而加入PAM，一方面可減少無機混凝劑的量，從而減少金屬氫氧化物沉淀及結合水，另一方面形成的絮體緊密，可“壓縮”絮體孔隙中的水和減少無機金屬氫氧化合物和水的結合位。
2.3 經濟技術分析
加入有機絮凝劑PAM后, 污泥濕基重量減少很多,取剩余濁度為5NTU左右的水樣進行比較(表１中的兩個２號之間,表２中的兩個４號之間)：10mg/lPAC產生的濕基污泥量為1.3970g,5mg/lPAC+0.2mg/lPAM產生的濕基污泥量為0.8764g,前者多產生的濕基污泥量0.5206g,測其含固率為10.38%,則其折算成干污泥量0.05404g。 同樣可以計算出40mg/lAS比20mg/lAS+0.2mg/lPAM多產生干污泥量0.06436g（測得40mg/lAS產生的濕基污泥含固率為5.99%）。根據上海閔行水廠一車間的污泥處理經驗排泥水折算成干污泥的處理費用為912.32元/噸干泥[3]。以水廠處理萬噸水為例進行經濟分析見下表3和表4： 表3 用PAC+PAM，萬噸水可節約處理費用（元）| 干泥量（t） | 節約污泥處理費用（元） | 總計節約處理費用（元） | | 0.05404g/l=0.5404t/萬t | 0.5404×912.32元/t=493.02元 | 493.02+63=556.02元 | | 絮凝劑用量 | 節約絮凝劑費用（元） | | 10mg/l=0.1t/萬t | (0.1×2300)-(0.05×2300+0.002×26000)=63元 | | 5mg/l=0.05t/萬t 0.2mg/l=0.002t/萬t | 表4 用AS+PAM，萬噸水可節約處理費用（元） | 干泥量（t） | 節約污泥處理費用（元） | 總計節約處理費用（元） | | 0.06436g/l=0.6436t/萬t | 0.6436×912.32元/t=587.17元 | 587.17+128=715.17元 | | 絮凝劑用量 | 節約絮凝劑費用（元） | | 40mg/l=0.4t/萬t | (0.4×900)-(0.2×900+0.002×26000)=128元 | | 20mg/l=0.2t/萬t 0.2mg/l=0.002t/萬t |
3 小結 （1）PAM和無機鋁鹽混凝劑聯用比單獨用無機鋁鹽混凝劑，可以使去濁效果明顯改善，而對去除CODMn和UV254改善很少；
（2）PAM和無機鋁鹽混凝劑聯用比單獨用無機鋁鹽混凝劑，可使污泥濕基重量減少40%左右；
（3）PAM和無機鋁鹽混凝劑聯用比單獨用無機鋁鹽混凝劑，可降低污泥處理費和凈水加藥費用,從而能降低總的凈水成本；
（4）用于飲用水處理的PAM，其單體AM含量均應小于0.05%，PAM投加率一般均少于1mg/l，足以保證飲用水的安全性。我國許多以地面水為水源的凈水廠（特別是原水濁度較高的凈水廠）在用混凝劑的同時，適量投加PAM，將具有很大的經濟效益和社會效益。
（5）陽離子型PAM的價格較高（一般為陰離子價格的兩倍左右），而非離子型PAM溶解性較差，對這兩種類型PAM和無機混凝劑聯用時的凈水效果，有待進一步探討。 作者：張東，同濟大學環境科學與工程學院98級博士生；上海市四平路1239號，郵編：200092；電話：021—65984822。 參考文獻 （1）馬青山等編著 絮凝劑化學和絮凝劑，中國環境科學出版社，1990
（2）[日]永澤滿等著 陳振新譯 高分子水處理劑，化學工業出版社,1985
（3）“水廠排泥水處理工程生產性研究”分報告(五),上海市自來水公司,1998 | 
