鼓楼区聚丙烯酰胺在城市污水处理中的选型和效果

聚丙烯酰胺（PAM）是城市污水处理中应用最广泛、最重要的有机高分子絮凝剂，尤其在污泥脱水环节扮演着关键角色。其选型和效果直接影响处理效率、运行成本和最终处置效果。

一、 聚丙烯酰胺（PAM）的类型及其适用性

PAM主要根据其分子链上所带电荷分为三大类：

阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）：

电荷特性： 分子链上带有正电荷基团（如季铵盐基团）。

适用对象： 带负电荷的胶体颗粒。城市污水产生的有机污泥（初沉污泥、剩余活性污泥、消化污泥） 中的胶体颗粒和微生物细胞通常带负电荷。

主要作用机理： 电荷中和（中和污泥颗粒表面的负电荷，降低排斥力）和吸附架桥。

应用环节： 污泥浓缩、污泥脱水（带式压滤、板框压滤、离心脱水）的主力药剂。这是城市污水处理厂使用量最大、应用最广泛的PAM类型。

阴离子聚丙烯酰胺（APAM）：

电荷特性： 分子链上带有负电荷基团（如羧基）。

适用对象： 带正电荷的胶体颗粒或悬浮物。在城市污水中相对较少见。

主要作用机理： 主要通过高分子长链的吸附架桥作用使颗粒聚集，对电荷中和要求不高。

应用环节：

无机物含量高的场合： 如某些工业废水混入或初沉池以无机颗粒为主的污泥。

作为助凝剂： 与无机混凝剂（如PAC聚合氯化铝、硫酸铝、氯化铁等）联用。无机混凝剂先进行电荷中和并形成微絮体，APAM再通过架桥作用使微絮体快速长大成密实的矾花，提高沉降速度和沉淀效果。常用于强化初沉池沉淀、化学除磷、深度处理（如高效沉淀池） 等环节。

某些特定类型的污泥脱水： 当污泥电荷性质特殊或与CPAM配合使用时。

非离子聚丙烯酰胺（NPAM）：

电荷特性： 分子链不带电荷或带极少量电荷。

适用对象： 对电荷不敏感或处于等电点附近的悬浮物。

主要作用机理： 主要依靠吸附架桥作用。

应用环节： 在酸性条件下（此时CPAM效果可能下降）或某些特殊水质（如强酸、强碱性废水混入） 的污泥脱水中有一定应用，但使用频率远低于CPAM。有时也用于一些对电荷敏感的工艺。

二、 城市污水处理中PAM的选型关键因素

为特定污水厂或特定工段选择合适的PAM（主要是CPAM）是一个精细化的过程，需考虑以下关键因素：

污泥性质：

来源： 初沉污泥（含较多无机物）、剩余活性污泥（有机质高，难脱水）、消化污泥（性质改变）、混合污泥。

有机物含量（VS/TS）： 越高通常越难脱水，需要更高电荷密度或分子量的CPAM。

电荷性质（Zeta电位）： 通常为负值，绝对值越大（越负），需要电荷密度越高的CPAM进行中和。

pH值： 影响污泥颗粒表面电荷和PAM性能。CPAM在近中性条件下效果最佳。

温度： 影响污泥粘度和PAM溶解、扩散速度。

PAM产品特性：

离子类型： 如前所述，城市污水污泥脱水首选CPAM。

离子度（电荷密度）： 衡量CPAM分子链上正电荷的密集程度（通常用百分比表示，如30%、40%、50%、60%等）。

污泥负电荷强（Zeta电位绝对值大）、有机物含量高、粘度大 → 需选用高离子度CPAM。

污泥负电荷较弱、含较多无机物 → 可选用中低离子度CPAM。

分子量： 衡量分子链的长度（通常用百万道尔顿表示，如8百万、12百万、15百万等）。

分子量越高，分子链越长，架桥能力越强，形成的絮团越大。

但分子量过高可能导致絮团过于疏松、包裹水分多、滤水性差，或溶解困难、溶液粘度太高不易混合。

对于粘稠、难脱水的活性污泥，常选用高或超高分子量CPAM以增强架桥能力。对于含无机颗粒较多的污泥，可选用稍低分子量。

分子结构： 线性、支化或交联结构。常用的是线性结构。特定结构（如两性或疏水改性）针对特殊需求。

脱水设备类型：

带式压滤机： 需要形成强度适中、滤水性好、不易粘带的絮团。通常对分子量要求较高，对离子度要求范围较广（需根据污泥定）。

离心脱水机： 需要形成致密、坚固、高剪切力下不易破碎的絮团。通常需要高离子度（强电荷中和）和较高分子量的CPAM。

板框压滤机： 对絮团强度要求最高，常需要高分子量CPAM，离子度选择也需匹配污泥性质。

处理目标要求：

目标泥饼含水率（如80% vs 75%）。

上清液/滤液质量（要求SS低）。

絮凝速度要求。

药剂成本限制。

三、 选型方法：实验室小试与上机试验

由于污泥性质复杂多变，理论选型必须通过实验验证！ 标准流程是：

实验室小试：

取代表性污泥样品。

选择不同离子度、分子量的CPAM样品（供应商提供）。

进行烧杯试验：在搅拌条件下，加入不同剂量的PAM溶液，观察絮凝速度、絮体大小、密实度、沉降/上清液澄清度。

初步筛选出效果较好的几个候选产品和投加量范围。

上机试验（中试）：

将小试筛选出的产品在实际脱水设备（或同型号中试设备）上进行测试。

测试不同投加量下的关键运行参数和效果：泥饼含水率、滤液/上清液SS、处理量、药剂单耗（干污泥吨耗）、设备运行稳定性（是否堵塞、粘带）、絮团状况等。

这是最终确定最佳PAM型号和最佳投加量的关键步骤！

持续监测与调整： 污泥性质会随季节、进水水质、工艺运行参数等变化，需定期（如每季度）或当处理效果异常时，重新进行小试评估，必要时调整药剂型号或投加量。

四、 PAM在城市污水处理中的效果

污泥脱水效果：

显著降低泥饼含水率： 这是最主要的效果。合理选用PAM可将污泥含水率从浓缩后的95-99%降至80%以下（如78%-82%），大幅减少污泥体积（减少60%-75%），显著降低后续运输和处置成本（填埋、焚烧、堆肥等）。

提高脱水设备处理能力： 加快污泥在设备中的脱水速度，提高设备单位时间的处理量。

改善泥饼剥离性和设备运行稳定性： 形成结构良好的絮团，减少粘滤布/滤带现象，降低设备堵塞风险，延长滤布寿命，减少冲洗水耗。

提高滤液/离心液质量： 减少滤液中的悬浮物含量，降低其回流到污水处理系统前端的负荷。

在沉淀/澄清环节的效果（APAM作为助凝剂）：

提高沉降/上浮速度： 显著加快絮体沉降或气浮分离速度，缩短水力停留时间，提高沉淀/澄清池处理能力。

增大絮体尺寸和密度： 形成更大、更密实的矾花，减少出水浊度和SS。

提高污染物去除率： 在强化初沉、化学除磷、深度处理中，提高对SS、胶体物质、磷和部分COD的去除效率。

降低无机混凝剂用量： 在达到相同甚至更好效果的前提下，可以减少PAC、铁盐、铝盐等无机混凝剂的用量。

五、 使用注意事项

正确溶解： 必须使用清洁水（避免杂质干扰），按推荐浓度（通常0.1%-0.3%）缓慢均匀地将干粉撒入快速搅拌的水中（避免结团），再慢速搅拌熟化（约30-60分钟）至完全溶解。溶解不充分会严重影响效果并堵塞加药系统。

避免过度剪切： 配制好的溶液和与污泥混合时，避免长时间高速搅拌或泵送造成的过度剪切，会破坏分子链，降低絮凝效果。

优化投加点与混合： 确保PAM溶液与污泥快速、均匀地混合，但混合时间不宜过长。投加点和混合强度需根据设备调试确定。

控制投加量： “过犹不及”。投加量不足，效果差；投加量过高，不仅浪费药剂，还可能导致絮团重新稳定（胶体保护）、滤水性变差、泥饼发粘、滤液粘度增加、成本上升。必须通过试验找到最佳经济投加量。

储存： 干粉应储存在阴凉、干燥、通风处，避免吸湿结块。溶液应现配现用，长时间放置（尤其高温下）会降解失效。

安全性： PAM本身毒性很低，但其单体（丙烯酰胺）有神经毒性。务必选用符合国家标准（如GB 17514-2017）的产品，严格控制残留单体含量（饮用水处理要求更严）。操作人员应避免吸入粉尘和皮肤长期接触溶液。

总结

在城市污水处理中：

选型核心： 针对污泥性质（尤其电荷和有机质含量）和脱水设备类型，首选阳离子聚丙烯酰胺（CPAM），并通过严格的实验室小试和上机试验确定最佳的离子度、分子量和投加量。

关键效果：

污泥脱水： 大幅降低泥饼含水率（至80%以下），减少污泥体积和处理成本，提高设备处理能力和稳定性，改善滤液质量。

沉淀/澄清（APAM助凝）： 加快沉降、增大絮体、提高SS和磷去除率、降低无机混凝剂用量。

成功关键： 科学选型 + 正确配制与投加 + 持续监测优化。

因此，PAM是现代城市污水处理厂高效、经济运行的不可或缺的化学助手，其选型和使用效果直接关系到污水厂的运行成本、环境效益和合规性。