有机高分子絮凝剂动态絮凝的模拟研究

Posted 2023-01-12 絮凝

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指出了在离心脱水过程中，需对污泥投加絮凝剂进行化学调理，保证脱水效果。通过对有机高分子絮凝剂静态与动态絮凝的模拟研究，考察了絮凝剂在高剪切力下的耐受程度，研究选择了适用于卧螺离心机的絮凝剂。
1 引言
卧螺离心机因其分离效果好、自动化程度高等特点，广泛应用于市政、工业污水厂的污泥脱水工艺。由于污泥的固体颗粒一般很细小，常常带负电荷，能够形成一种稳定的胶体悬浮液，为了提高污泥脱水效果，需对污泥进行预处理，目前普遍采用的方法为投加絮凝剂的化学调理方法，细小的污泥颗粒通过絮凝后形成较大颗粒，从而便于离心分离。在卧螺离心机实际运行过程中，会产生很高的剪切力，最大时为2 500～3 000倍重力加速度，将絮凝好的颗粒搅碎。实验室污泥絮凝实验时，通过对絮凝体沉降速度和上清液澄清度的考察，可衡量絮凝效果的好坏，由于实验是静态的过程，絮凝体耐受高剪切力的性能容易被忽略，待到上机实验时筛选合适的絮凝剂，往往会消耗大量的时间和资源。因此采用模拟高剪切力环境的方法，进行动态絮凝，以便更加准确地选择适合的絮凝剂与预测用量。
2 材料与方法
2.1 实验方法
通过控制搅拌速度来模拟高剪切力的环境，搅拌速度会影响絮凝效果，速度过快，会将大胶体或絮体搅碎，同时高分子絮凝剂在高剪切作用下极易断链，造成降解失效。一般搅拌速度以40～80r/min为宜，不要超过100r/min。由于各种文献资料表述的最大搅拌速度不尽相同，搅拌直径也未说明，故以线速度表示，采用两种实验方法，将污泥高速搅拌，再投加絮凝剂，通过对絮凝体沉降效果的考察，判断絮凝剂耐受高剪切力的程度；小试模拟后，进行中试模拟，采用上海市离心机械研究所有限公司研发的专利装置模拟卧螺离心机内部流动状态。
2.2 实验仪器与试剂
仪器为恒速搅拌器S312-40，转速60～1 300r/min，搅拌器最大直径48mm，数字显示转速；试剂为聚丙烯酰胺絮凝剂(PAM)，阳离子、阴离子各两种，相对分子量分别800万和1 200万；样品为二沉池污泥，取自上海长桥污水处理厂，污泥浓度3%(m/m)。
2.3 实验数据
2.3.1 小样实验
将PAM絮凝剂配成0.1%浓度的溶液备用。取200mL污泥，加入絮凝剂至获得良好的絮凝效果，留作对比样，观察并记录絮凝体大小、絮凝剂用量；将物料在高速下搅拌，转速分为5档：400、600、800、1 000、1 200r/min，分别对应线速度为1.0、1.5、2.0、2.5、3.0m/s，加入絮凝剂絮凝，搅拌10s后倒入量筒，测定污泥沉降比(SV)，计算污泥指数(SVI)。
实验数据见图1，实验显示动态絮凝时的絮凝体要比静态小许多，阴离子絮凝剂在高速搅拌下容易被打散，污泥回到原有状态，沉降性能差；阳离子絮凝剂相对比较稳定，絮凝体比阴离子大些，分子量高的絮凝剂沉降性能好些。

2.3.2 中试实验
实验装置如图2所示，进泥量1.0m3/h，线速度8.0m/s，采用阳离子絮凝剂进行实验。实验步骤：进泥同时投加絮凝，从取样口取样测定SVI值，调节絮凝剂的量直至SVI值达到小样实验时的水平，记录絮凝剂的用量。阳离子1200万分子量用量为静态时的1.5倍，800万分子量为1.9倍。

3 结语
小样实验表明：阳离子絮凝剂相比阴离子抗高剪切力的性能强，絮凝效果也更好，因此市政污泥采用阳离子絮凝剂更好些，相对分子量高的絮凝剂用量少些，而动态中试时的用量基本是静态实验时的1.5～2.0倍。