去除一些工業廢水以及城市生活污水中的低濁細泥懸浮物，一直是水處理界研究的重點之一。P. Ludwig等研究不同粒徑的顆粒穩定性時發現，顆粒粒徑越小，懸浮液越穩定，混凝處理難度越大。而水中含有黏土、蒙脫石等物質時，其在水中極易泥化，使表面電位變大，黏土顆粒之間始終為斥力而處于分散狀態，導致懸浮液難沉降。加之低濁水中顆粒數量少，顆粒碰撞速率和幾率都減少，從而全面影響混凝效果。這是低濁細泥懸浮液混凝處理困難的主要原因。在以往的研究與工業應用中，對于低濁細泥懸浮液的處理，一般采用無機藥劑（如PAC、PFS），這主要是因為無機藥劑在水中易于分散，適當的水力條件便能作用到顆粒表面，且獲得滿意的除濁效果。但它也存在缺陷，如形成的絮體細小，沉降速度緩慢，相應地所需沉降時間較長，影響了其總體處理效果，此外金屬離子含量過高對微生物有毒害作用，因此有些廢水的處理要限制使用無機藥劑。
針對低濁細泥懸浮液混凝處理中存在的問題，筆者采用PAM作絮凝劑，并向懸浮液中投加一定量的PAM-絮體來強化處理低濁細泥懸浮液，通過多組試驗研究PAM-絮體的強化效應。
1 試驗材料與方法
1.1 試驗藥劑與儀器
聚丙烯酰胺（PAM，工業級，相對分子質量＞700 萬），聚合氯化鋁（PAC，Al2O3質量分數為30%，工業級），WJL-602激光粒度分析儀（上海精密科學儀器有限公司），ZR4－6型混凝攪拌機（深圳中潤有限公司），WZS-180型濁度儀（上海雷磁儀器廠），D 10 mm×1 000 mm型玻璃圓柱。
1.2 試驗用水
取河南陳四樓選煤廠濃縮池煤泥樣，烘干、碾磨至0.045 mm（325目）以下，稱取適量樣品，用去離水充分浸泡并間歇攪拌后配制成一定濃度的煤泥水，用濁度儀進行測定，試驗期間水溫為20～23 ℃，水樣pH為7~8。
1.3 試驗方法
分別取1 L水樣于混凝燒杯中，向燒杯中各自投加不同劑量的PAC和PAM，先快攪（400 r/min） 5 min，然后慢攪（100 r/min）10 min，測定不同沉降時間下的出水濁度和絮體平均沉降速度。根據不同投加量PAC和PAM對濁度的去除情況，比較二者的除濁效果及絮體平均沉降速度差異，同時確定各自最佳處理效果。再取相同量的水樣，同時加入PAM-絮體（PAM絮凝形成的絮體）和PAM進行絮凝試驗，考察PAM-絮體的絮凝效果，即PAM-絮體加入量、水力條件、藥劑投加順序以及水樣濁度等因素對絮凝效果的影響，進而探討PAM-絮體的絮凝去除機理，并確定不同濁度水樣的最佳工藝參數。其中水力條件由攪拌轉速和攪拌時間表示；出水濁度取沉后水面下2 cm 處的上清液用濁度儀測定；絮體平均沉降速度可取少量絮體置于內徑10 mm、高度1 m的玻璃圓柱中，記錄平均沉降時間，由水柱高度和平均沉降時間之比進行表示。
2 試驗結果與討論
2.1 PAC和PAM對比混凝試驗
試驗配水濁度為45 NTU，考察PAC、PAM不同投加量下對低濁細泥懸浮液的處理效果。結果表明，在一定投加量范圍內，兩種藥劑的除濁效果有明顯差異：投加PAC且沉淀10 min后的出水濁度要比投加PAM的低。隨著投加量的增加，二者對濁度的去除率逐漸升高，當PAC投加量>60 mg/L時，其對濁度的去除率呈下降趨勢，這是由于PAC投加量超過一定限度會使顆粒表面電性異號，反而影響出水水質；當PAM投加量>2 mg/L時，其對濁度的去除率增長緩慢，考慮成本因素也不宜過多投加。因此，PAM總體上的除濁效果都不如PAC，PAC最佳投加量為60 mg/L，此時出水濁度為11.82 NTU，濁度去除率為73.7%；PAM最佳投加量為2 mg/L時出水濁度為20.21 NTU，濁度去除率為55.09%。這可能是因為懸浮液中顆粒細小且濃度低，PAM不易擴散，吸附橋聯難以與細顆粒充分接觸作用，故處理效果沒有PAC壓縮雙電層或吸附電中和作用好。
對比二者形成絮體的平均沉降速度可知，PAC-絮體（投加PAC形成的絮體）的平均沉速速度比 PAM-絮體慢，僅為0.45 cm/s，而PAM-絮體可達1.56 cm/s，是其3.4倍，且PAC出水濁度基本穩定所需沉降時間為10 min，而PAM只需3 min。造成兩者差異的原因在于PAM絮凝架橋形成的絮體尺寸要比PAC壓縮雙電層形成的絮體尺寸大，使得PAM-絮體獲得很好的沉降速度。
2.2 PAM-絮體和PAM聯用的絮凝效果
通過2.1對比試驗得出，向低濁細泥懸浮液投加PAM可使絮體的體積增大，平均沉降速度加快，從而縮短沉降時間，但PAM的除濁效果不如PAC好。為了保持PAM絮凝時的良好沉降性能，并提高其濁度去除率，試驗采用加入PAM的同時投加PAM絮凝形成的絮體即PAM-絮體，以期利用PAM-絮體結構特性產生的吸附效應，提高原水濁度，增加顆粒碰撞幾率，擴大粒徑比，從而達到較好的絮凝處理效果。試驗中PAM-絮體為0~200 mg/L，PAM為2 mg/L；藥劑投加順序為同時加入PAM-絮體和PAM，絮凝效果見圖 1。
圖 1 PAM-絮體不同投加量下的絮凝效果
由圖 1可知，PAM-絮體與PAM聯用時的絮凝效果比單獨使用PAM的要好。隨著PAM-絮體投加量的增加，濁度去除率增加，絮體平均沉降速度增大。這主要是因為多孔結構的PAM-絮體具有很強的吸附能力，能吸附和網捕水中懸浮的細小顆粒，形成結構更密實的絮體；同時PAM-絮體的加入增加了水中固體顆粒物的數量，使顆粒碰撞次數增多，形成絮體的幾率加大，聯合絮凝劑PAM的作用可進一步提高濁度去除率。此外加入PAM-絮體可擴大顆粒粒徑比，Y. I. Chang等認為，懸浮液中顆粒粒徑比越大，溶液越不穩定，混凝效果也越好。當PAM-絮體投加量為120 mg/L時處理效果最好，濁度去除率可由55.09%提高到78.56%（出水濁度僅為9.65 NTU），絮體平均沉降速度為2.57 cm/s，但當PAM-絮體投加量>120 mg/L，濁度去除率和絮體的平均沉降速度呈下降趨勢。這是因為PAM -絮體投加量超過飽和用量時，過多的PAM-絮體不僅不能吸附水中顆粒，反而會把原吸附在絮體上的顆粒釋放出來，此時出水濁度增加，絮體平均沉降速度減小。因此，試驗中PAM-絮體的最佳投加量為120 mg/L。
與PAC處理低濁細泥懸浮液的處理效果對比可以看出，PAM-絮體與PAM聯用產生的絮體平均沉降速度明顯提高，濁度去除率達到甚至超過PAC的去除率。因此，通過PAM-絮體和PAM的聯用可提高絮凝處理低濁細泥懸浮液的除濁率，縮短沉降時間，具有重要意義。
2.3 水力條件對PAM-絮體強化絮凝效果的影響
在PAM-絮體為120 mg/L、PAM為2 mg/L，同時加入PAM-絮體和PAM的條件下，分別采取以下4種水力條件：（1）先快攪（400 r/min）5 min，然后慢攪（100 r/min）10 min；（2）先快攪（300 r/min）5 min，然后慢攪（100 r/min）10 min；（3）先快攪（300 r/min） 3 min，然后慢攪（100 r/min）10 min；（4）先快攪（300 r/min）3 min，然后慢攪（100 r/min）7 min。考察水力條件對PAM-絮體強化PAM絮凝處理低濁細泥懸浮液的影響，試驗結果見表 1。
由表 1可知，快攪速度對絮凝效果影響很大，300 r/min時的絮凝效果要比400 r/min的好。快速攪拌有兩個目的，一是使PAM-絮體和PAM迅速分散并與水中顆粒物充分接觸，故需要一定強度的攪拌速度；二是使投加的PAM-絮體保持適當的尺寸大小，避免徹底破碎而失效，所以又要求快攪速度不宜過大，攪拌時間不宜過長。水力條件（1）的處理效果最差，這是由于快攪速度過快、時間過長，導致投加的PAM-絮體破碎成小絮體，破壞了多孔結構，沒有充分發揮其吸附特性與尺寸效應。慢攪時間為7 min的處理效果不如10 min，原因是慢攪時間過短，PAM-絮體及大絮體沒有充分發揮網捕作用吸附水中細小顆粒，同時小絮體也來不及充分結合成大絮體。因此，最佳的水力條件應為先快攪（300 r/min）3 min，然后慢攪（100 r/min）10 min。
2.4 藥劑投加順序對PAM-絮體強化絮凝效果的影響
藥劑投加量為PAM-絮體120 mg/L、PAM 2 mg/L，水力條件為先快攪（300 r/min）3 min，然后慢攪（100 r/min）10 min，分別采取以下3種藥劑投加順序：（1）同時投加PAM-絮體和PAM；（2）先投加PAM-絮體，然后再投加PAM，前后相隔30 s；（3）先投加PAM，然后再投加PAM-絮體，前后相隔30 s。考察藥劑投加順序對PAM-絮體強化PAM絮凝處理低濁細泥懸浮液的影響，試驗結果見表 2。
由表 2可以看出，后投加PAM-絮體的絮凝效果要好于其他兩種投加順序，濁度去除率提高約5%以上，絮體平均沉降速度也有所提高。先向水樣中投加PAM-絮體，較長時間的快攪使PAM-絮體很容易破碎，無法充分發揮其強化效應；而先投加PAM，水中懸浮物和膠體顆粒在PAM的作用下大部分形成較大絮體，剩余難絮凝的細顆粒將被之后投加的PAM-絮體吸附或網捕，進一步降低出水濁度。因此，先投加PAM再投加PAM-絮體為最佳投藥順序。
2.5 不同濁度懸浮液的PAM-絮體投加量
配制不同濁度的低濁細泥懸浮液，藥劑投加量為PAM-絮體120 mg/L、PAM 2 mg/L，投藥順序為先投加PAM再投加PAM-絮體；水力條件為先快攪（300 r/min）3 min，然后慢攪（100 r/min）10 min。確定不同濁度懸浮液的最佳PAM-絮體投加量，試驗結果見表 3。
由表 3可知，隨著懸浮液濁度的增加，PAM-絮體的最佳投加量相應減小，對于濁度為45～206 NTU的懸浮液，投加70～120 mg/L的PAM-絮體，濁度去除率和絮體平均沉降速度基本保持穩定。這表明對于一定低濁度范圍內的細泥懸浮液，投加適量的PAM-絮體，即使藥劑用量不變也能獲得很好的除濁效果和絮體沉降速度，具有減少藥劑用量、節省成本的意義。
3 結論
（1）投加PAM-絮體對PAM絮凝處理低濁細泥懸浮液具有強化作用，不僅能縮短絮凝和沉降時間，更重要的是能顯著提高濁度去除率；此外PAM-絮體是PAM絮凝處理的剩余產物，不增加額外藥劑成本，投加PAM-絮體還能減少PAM的用量，經濟效益明顯。具體參見http://m.bnynw.com更多相關技術文檔。
（2）PAM-絮體是多孔結構，能吸附或網捕水中細小的懸浮物和膠體顆粒；其較大的尺寸擴大了懸浮液中顆粒粒徑比，能降低溶液穩定性，使之更容易發生絮凝；投加PAM-絮體還能增加水中顆粒物濃度，提高顆粒碰撞幾率，因此投加適量的PAM-絮體可顯著提高PAM的絮凝效果。
（3）PAM-絮體與PAM聯用處理低濁細泥懸浮液的效果比投加PAC時的效果好，對于濁度為45 NTU的水樣，最佳藥劑用量為PAM-絮體120 mg/L、PAM 2 mg/L，先快攪（300 r/min）3 min，然后慢攪（100 r/min）10 min，先投加PAM，然后再投加PAM-絮體。在上述最佳工藝條件下，濁度去除率從55.09%提高到88.35%，絮體平均沉降速度從1.56 cm/s提高到3.05 cm/s。針對不同濁度的低濁細泥懸浮液，投加相應用量的PAM-絮體都可獲得良好的處理效果。因此，PAM-絮體強化絮凝技術在低濁細泥懸浮液處理中具有廣闊的應用前景。
