聚丙烯酰胺的污泥絮凝机制、改性设计优化及环境毒理特性研究

发布时间：2020-11-14 23:32

　　 随着人们对环境质量要求的提高,当前的市政污泥处理与处置出现技术瓶颈,“污泥成灾”亟待破解。而被广泛应用于污水、污泥处理的聚丙烯酰胺(PAM)的原有絮凝性能已显露出局限性,难于满足新的技术指标要求;且其缓慢的降解及其产物使得环境累积风险日益严峻。显然,系统研究PAM对污泥的絮凝机制、提高PAM絮凝性能的改性方法及降低其环境毒理特性,从而解决PAM絮凝性能和环境友好性的问题,对于有效地处理与处置市政污泥,具有理论和实际意义。因此,本文开展如下研究工作。首先,研究不同性质PAM对污泥调理效果的影响,分析阳离子型聚丙烯酰胺(CPAM)的分子量和离子度对污泥颗粒的作用机理。研究结果表明,CPAM的分子量和离子度对污泥絮凝脱水的作用各有侧重,但非完全独立,而是耦合关系;其中,离子度决定了CPAM提供阳离子电解质能力,对携带负电荷污泥胶体颗粒失稳凝聚尤为重要,在污泥调理中起关键作用。继而,研究钙镁离子对PAM的改性方法,设计优化改性产物(钙/镁离子-PAM)的絮凝性能。通过分子结构表征,探究钙/镁离子-PAM的聚合改性机制;通过对污泥比阻、Zeta电位、毛细吸水时间(CST)、上清液浊度和滤液粘度等测试,研究钙/镁离子-PAM对污泥的调理效果;从钙/镁离子-PAM的分子结构特征分析其对污泥的絮凝机理。研究结果表明,钙/镁离子-PAM的分子结构是以钙/镁水合离子的多核羟桥络离子与PAM链上羧基交联。处于核心部分的多核羟桥络离子可提供更有效的阳性正电荷,与带负电荷胶体颗粒实现电中和。而多核羟桥络离子交联的PAM充分水解使高聚物分子链彻底打开,吸附架桥、网捕卷扫作用完全发挥,因而絮凝性能显著优于常规使用的CPAM;所制备的分子量分别为5.10×106Da、6.62×106Da和6.26X106Da的三种钙/镁离子-PAM,均具有废水浊度去除率≥99%、污泥比阻降低率≥97%的良好性能。最后,考察钙/镁离子-PAM和CPAM在土壤中的自然降解及对植物、动物的毒理特性,以及其对种子萌发、植株生长和蚯蚓的存活、生长、繁殖等影响差异;探讨不同PAM分子结构对其降解的影响机理。结果表明,钙镁离子对PAM的降解有促进作用,钙/镁离子-PAM降解速率比CPAM快30～50%,其环境残存时间更短,环境累积风险和影响生物持久性更小,更具环境友好性。
【学位单位】：福建师范大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X703;X171.5;TQ317
【部分图文】：

图１－１污泥比阻的测定装置??－１?Ｍｅａｓｕｒｍｅｎｔ?ｄｅｖｉｃｅ?ｆｏｒ?ｓｐｅｃｉｆｉｃ?ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ?ｏｆ?ｓｌｕｄ公式：??ｄ＝Ｍｌ?上Ｍ?Ｃ??时压强降（Ｐａ）；??面积（ｃｍ２）；??的动力黏度（Ｎｎ２或ｇ?ｃｍ＋ｓ－１）??Ｖ作图的曲线斜率；??体积滤液的滤渣质量（ｇ，ｃｎｒ３）。??滤液的滤渣质量Ｃ由式１－２计算：??Ｃ－?！???１００?－?Ｃ，?１００?－?ｃｆ??Ｃｉ?ｃ?ｆ

理效果越好，脱水性亦更佳。市政剩余污泥ＣＳＴ?—般大于２０?ｓ?，?ＣＳＴ小于２０?ｓ时??才可能适合进行脱水。??从图１－３可以看出，七种ＮＰＡＭ基本能减小污泥的ＣＳＴ，但减小幅度很小。调??理前原始污泥ＣＳＴ＝２８．４ｓ，调理后ＣＳＴ在２６．１？３０．３?ｓ之间，均大于２０?ｓ。其中，??Ｎ１０、化２和Ｎ１４的ＣＳＴ降低幅度相对较明显，而Ｎ６、Ｎ８反而使污泥的ＣＳＴ略有延??长，这种现象应该是ＮＰＡＭ与污泥颗粒形成的絮体不够密实，分散的ＮＰＡＭ自身??的粘性增大了絮体的ＣＳＴ。??－２２－??

?－?４５?＾??１！?Ｈｌｚｉｉｌｉ?；：｜??ＣＫ?Ｎ６?Ｎ８?Ｎ１０?Ｎ１２?Ｎ１４?Ｎ１６?Ｎ１８??实验组??图１－２不同ＮＰＡＭ对污泥比阻的影响??Ｆｉｇ．?１－２?Ｅｆｆｅｃｔｓ?ｏｆ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ＮＰＡＭ?ｏｎ?ｓｐｅｃｉｆｉｃ?ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ?ｏｆ?ｓｌｕｄｇｅ??（２）对污泥ＣＳＴ的影响??ＣＳＴ是利用渗透滤纸毛细管吸入力产生的滤失来表征含水体系的滤失特性，常??用于评价污泥的脱水性能［２１６１，ＣＳＴ越短，可表示污泥的滤失性能越好，即ＰＡＭ调??理效果越好，脱水性亦更佳。市政剩余污泥ＣＳＴ?—般大于２０?ｓ?，?ＣＳＴ小于２０?ｓ时??才可能适合进行脱水。??从图１－３可以看出，七种ＮＰＡＭ基本能减小污泥的ＣＳＴ，但减小幅度很小。调??理前原始污泥ＣＳＴ＝２８．４ｓ，调理后ＣＳＴ在２６．１？３０．３?ｓ之间，均大于２０?ｓ。其中，??Ｎ１０、化２和Ｎ１４的ＣＳＴ降低幅度相对较明显，而Ｎ６、Ｎ８反而使污泥的ＣＳＴ略有延??长，这种现象应该是ＮＰＡＭ与污泥颗粒形成的絮体不够密实，分散的ＮＰＡＭ自身??的粘性增大了絮体的ＣＳＴ。??－２２－??
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本文编号：2884071