鹽都區聚丙烯酰胺在城市污水處理中的選型和效果

聚丙烯酰胺（PAM）是城市污水處理中應用最廣泛、最重要的有機高分子絮凝劑，尤其在污泥脫水環節扮演著關鍵角色。其選型和效果直接影響處理效率、運行成本和最終處置效果。

一、 聚丙烯酰胺（PAM）的類型及其適用性

PAM主要根據其分子鏈上所帶電荷分為三大類：

陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）：

電荷特性： 分子鏈上帶有正電荷基團（如季銨鹽基團）。

適用對象： 帶負電荷的膠體顆粒。城市污水產生的有機污泥（初沉污泥、剩余活性污泥、消化污泥） 中的膠體顆粒和微生物細胞通常帶負電荷。

主要作用機理： 電荷中和（中和污泥顆粒表面的負電荷，降低排斥力）和吸附架橋。

應用環節： 污泥濃縮、污泥脫水（帶式壓濾、板框壓濾、離心脫水）的主力藥劑。這是城市污水處理廠使用量最大、應用最廣泛的PAM類型。

陰離子聚丙烯酰胺（APAM）：

電荷特性： 分子鏈上帶有負電荷基團（如羧基）。

適用對象： 帶正電荷的膠體顆粒或懸浮物。在城市污水中相對較少見。

主要作用機理： 主要通過高分子長鏈的吸附架橋作用使顆粒聚集，對電荷中和要求不高。

應用環節：

無機物含量高的場合： 如某些工業廢水混入或初沉池以無機顆粒為主的污泥。

作為助凝劑： 與無機混凝劑（如PAC聚合氯化鋁、硫酸鋁、氯化鐵等）聯用。無機混凝劑先進行電荷中和并形成微絮體，APAM再通過架橋作用使微絮體快速長大成密實的礬花，提高沉降速度和沉淀效果。常用于強化初沉池沉淀、化學除磷、深度處理（如高效沉淀池） 等環節。

某些特定類型的污泥脫水： 當污泥電荷性質特殊或與CPAM配合使用時。

非離子聚丙烯酰胺（NPAM）：

電荷特性： 分子鏈不帶電荷或帶極少量電荷。

適用對象： 對電荷不敏感或處于等電點附近的懸浮物。

主要作用機理： 主要依靠吸附架橋作用。

應用環節： 在酸性條件下（此時CPAM效果可能下降）或某些特殊水質（如強酸、強堿性廢水混入） 的污泥脫水中有一定應用，但使用頻率遠低于CPAM。有時也用于一些對電荷敏感的工藝。

二、 城市污水處理中PAM的選型關鍵因素

為特定污水廠或特定工段選擇合適的PAM（主要是CPAM）是一個精細化的過程，需考慮以下關鍵因素：

污泥性質：

來源： 初沉污泥（含較多無機物）、剩余活性污泥（有機質高，難脫水）、消化污泥（性質改變）、混合污泥。

有機物含量（VS/TS）： 越高通常越難脫水，需要更高電荷密度或分子量的CPAM。

電荷性質（Zeta電位）： 通常為負值，絕對值越大（越負），需要電荷密度越高的CPAM進行中和。

pH值： 影響污泥顆粒表面電荷和PAM性能。CPAM在近中性條件下效果最佳。

溫度： 影響污泥粘度和PAM溶解、擴散速度。

PAM產品特性：

離子類型： 如前所述，城市污水污泥脫水首選CPAM。

離子度（電荷密度）： 衡量CPAM分子鏈上正電荷的密集程度（通常用百分比表示，如30%、40%、50%、60%等）。

污泥負電荷強（Zeta電位絕對值大）、有機物含量高、粘度大 → 需選用高離子度CPAM。

污泥負電荷較弱、含較多無機物 → 可選用中低離子度CPAM。

分子量： 衡量分子鏈的長度（通常用百萬道爾頓表示，如8百萬、12百萬、15百萬等）。

分子量越高，分子鏈越長，架橋能力越強，形成的絮團越大。

但分子量過高可能導致絮團過于疏松、包裹水分多、濾水性差，或溶解困難、溶液粘度太高不易混合。

對于粘稠、難脫水的活性污泥，常選用高或超高分子量CPAM以增強架橋能力。對于含無機顆粒較多的污泥，可選用稍低分子量。

分子結構： 線性、支化或交聯結構。常用的是線性結構。特定結構（如兩性或疏水改性）針對特殊需求。

脫水設備類型：

帶式壓濾機： 需要形成強度適中、濾水性好、不易粘帶的絮團。通常對分子量要求較高，對離子度要求范圍較廣（需根據污泥定）。

離心脫水機： 需要形成致密、堅固、高剪切力下不易破碎的絮團。通常需要高離子度（強電荷中和）和較高分子量的CPAM。

板框壓濾機： 對絮團強度要求最高，常需要高分子量CPAM，離子度選擇也需匹配污泥性質。

處理目標要求：

目標泥餅含水率（如80% vs 75%）。

上清液/濾液質量（要求SS低）。

絮凝速度要求。

藥劑成本限制。

三、 選型方法：實驗室小試與上機試驗

由于污泥性質復雜多變，理論選型必須通過實驗驗證！ 標準流程是：

實驗室小試：

取代表性污泥樣品。

選擇不同離子度、分子量的CPAM樣品（供應商提供）。

進行燒杯試驗：在攪拌條件下，加入不同劑量的PAM溶液，觀察絮凝速度、絮體大小、密實度、沉降/上清液澄清度。

初步篩選出效果較好的幾個候選產品和投加量范圍。

上機試驗（中試）：

將小試篩選出的產品在實際脫水設備（或同型號中試設備）上進行測試。

測試不同投加量下的關鍵運行參數和效果：泥餅含水率、濾液/上清液SS、處理量、藥劑單耗（干污泥噸耗）、設備運行穩定性（是否堵塞、粘帶）、絮團狀況等。

這是最終確定最佳PAM型號和最佳投加量的關鍵步驟！

持續監測與調整： 污泥性質會隨季節、進水水質、工藝運行參數等變化，需定期（如每季度）或當處理效果異常時，重新進行小試評估，必要時調整藥劑型號或投加量。

四、 PAM在城市污水處理中的效果

污泥脫水效果：

顯著降低泥餅含水率： 這是最主要的效果。合理選用PAM可將污泥含水率從濃縮后的95-99%降至80%以下（如78%-82%），大幅減少污泥體積（減少60%-75%），顯著降低后續運輸和處置成本（填埋、焚燒、堆肥等）。

提高脫水設備處理能力： 加快污泥在設備中的脫水速度，提高設備單位時間的處理量。

改善泥餅剝離性和設備運行穩定性： 形成結構良好的絮團，減少粘濾布/濾帶現象，降低設備堵塞風險，延長濾布壽命，減少沖洗水耗。

提高濾液/離心液質量： 減少濾液中的懸浮物含量，降低其回流到污水處理系統前端的負荷。

在沉淀/澄清環節的效果（APAM作為助凝劑）：

提高沉降/上浮速度： 顯著加快絮體沉降或氣浮分離速度，縮短水力停留時間，提高沉淀/澄清池處理能力。

增大絮體尺寸和密度： 形成更大、更密實的礬花，減少出水濁度和SS。

提高污染物去除率： 在強化初沉、化學除磷、深度處理中，提高對SS、膠體物質、磷和部分COD的去除效率。

降低無機混凝劑用量： 在達到相同甚至更好效果的前提下，可以減少PAC、鐵鹽、鋁鹽等無機混凝劑的用量。

五、 使用注意事項

正確溶解： 必須使用清潔水（避免雜質干擾），按推薦濃度（通常0.1%-0.3%）緩慢均勻地將干粉撒入快速攪拌的水中（避免結團），再慢速攪拌熟化（約30-60分鐘）至完全溶解。溶解不充分會嚴重影響效果并堵塞加藥系統。

避免過度剪切： 配制好的溶液和與污泥混合時，避免長時間高速攪拌或泵送造成的過度剪切，會破壞分子鏈，降低絮凝效果。

優化投加點與混合： 確保PAM溶液與污泥快速、均勻地混合，但混合時間不宜過長。投加點和混合強度需根據設備調試確定。

控制投加量： “過猶不及”。投加量不足，效果差；投加量過高，不僅浪費藥劑，還可能導致絮團重新穩定（膠體保護）、濾水性變差、泥餅發粘、濾液粘度增加、成本上升。必須通過試驗找到最佳經濟投加量。

儲存： 干粉應儲存在陰涼、干燥、通風處，避免吸濕結塊。溶液應現配現用，長時間放置（尤其高溫下）會降解失效。

安全性： PAM本身毒性很低，但其單體（丙烯酰胺）有神經毒性。務必選用符合國家標準（如GB 17514-2017）的產品，嚴格控制殘留單體含量（飲用水處理要求更嚴）。操作人員應避免吸入粉塵和皮膚長期接觸溶液。

總結

在城市污水處理中：

選型核心： 針對污泥性質（尤其電荷和有機質含量）和脫水設備類型，首選陽離子聚丙烯酰胺（CPAM），并通過嚴格的實驗室小試和上機試驗確定最佳的離子度、分子量和投加量。

關鍵效果：

污泥脫水： 大幅降低泥餅含水率（至80%以下），減少污泥體積和處理成本，提高設備處理能力和穩定性，改善濾液質量。

沉淀/澄清（APAM助凝）： 加快沉降、增大絮體、提高SS和磷去除率、降低無機混凝劑用量。

成功關鍵： 科學選型 + 正確配制與投加 + 持續監測優化。

因此，PAM是現代城市污水處理廠高效、經濟運行的不可或缺的化學助手，其選型和使用效果直接關系到污水廠的運行成本、環境效益和合規性。