污水處理過程中產(chǎn)生的污泥顆粒較小，且?guī)ж?fù)電，顆粒間彼此排斥，導(dǎo)致活性污泥聚集體不易被壓縮和自然沉降。同時，污泥表面存在的胞外聚合物(EPS)中的蛋白質(zhì)帶有很多高度親水的極性基團(tuán)，如-COO-、-CONH2、-OH、-SH 和磷�；�等，使污泥絮凝體外表面吸附大量的水分子，不僅增加了細(xì)胞粘附水的量，而且在其表面形成一層密度較厚的水膜，增加了污泥脫水的難度;胞外總糖的親水性能強(qiáng)于胞外蛋白質(zhì)，具有較強(qiáng)的粘附性，使污泥形成凝膠體，并含較多的間隙水，影響膠體顆粒布朗運(yùn)動，減弱絮凝作用。污泥調(diào)質(zhì)的目的之一是向污泥中投加各種調(diào)理劑，通過改變污泥顆粒表面的電荷性能，使污泥EPS中的糖類、蛋白質(zhì)和核酸等釋放出來，降低污泥表面能與水分子結(jié)合的大分子物質(zhì)的數(shù)量，減弱污泥顆粒間的排斥作用，降低污泥顆粒的親水性，從而改善污泥的脫水性能。
    目前，聚丙烯酰胺PAM在城市污泥調(diào)質(zhì)方面的應(yīng)用十分廣泛。城市污泥顆粒膠體通常帶負(fù)電荷，陰離子聚丙烯酰胺PAM對城市污泥調(diào)質(zhì)的作用機(jī)制主要有: PAM 中某些基團(tuán)所產(chǎn)生的氫鍵和范德華力等吸附作用，或聚丙烯酰胺PAM中某些基團(tuán)與膠體表面產(chǎn)生特殊的反應(yīng)和架橋作用。這些作用受聚丙烯酰胺PAM相對分子質(zhì)量、水解度的影響，致使污泥的沉降性能和脫水性能因聚丙烯酰胺PAM劑型的不同而異，當(dāng)相對分子質(zhì)量相同時，水解度越大，污泥絮凝顆粒的粒徑和上清液的體積愈大，污泥的比阻愈小，泥餅的含固率愈高，對脫水性能和沉降性能的改善效果越好; 而水解度相同時，相對分子質(zhì)量增大，污泥絮凝體的粒徑和上清液的體積愈大，污泥的比阻愈小，泥餅含固率越高，對脫水性能和沉降性能的改善效果越好，但當(dāng)相對分子質(zhì)量進(jìn)一步增大至1200萬時，污泥絮凝體的顆粒變小，比阻增大，泥餅含固率降低，脫水性能和沉降性能相應(yīng)降低。分析認(rèn)為，聚丙烯酰胺PAM水解度越高，其鏈上可水解的活性官能團(tuán)越多，帶負(fù)電官能團(tuán)和水解出的H+等通過吸附架橋和氫鍵等作用壓縮污泥表面雙電層，使表面EPS脫落，絮凝顆粒重新絮凝增大，釋放出更多的自由水; 而聚丙烯酰胺PAM水解度相同時，相對分子質(zhì)量越大，絮凝的分子鏈就長，活性官能團(tuán)越多，其吸附、架橋、網(wǎng)捕能力就越強(qiáng)，對污泥沉降性能改善效果越好，但相對分子質(zhì)量過大時，許多聚丙烯酰胺PAM鏈端就吸附在同一污泥顆粒上，或纏繞在其表面形成水化殼，阻礙絮凝，從而降低污泥的沉降和脫水性能． 因而，對污泥脫水性能的改善存在的聚丙烯酰胺PAM劑型。本研究中，陰離子聚丙烯酰胺PAM劑型為相對分子質(zhì)量800萬、水解度20%的聚丙烯酰胺PAM，其次為相對分子質(zhì)量600萬、水解度30%的聚丙烯酰胺PAM。
    經(jīng)聚丙烯酰胺PAM調(diào)質(zhì)后污泥絮凝顆粒粒徑、沉降后上清液的體積、比阻及泥餅含固率隨聚丙烯酰胺PAM投加量的增加而發(fā)生變化。其中，A劑型聚丙烯酰胺PAM因水解度過低、E劑型聚丙烯酰胺PAM因相對分子質(zhì)量過大對污泥調(diào)質(zhì)的影響較小，改變投加量對污泥的沉降性能影響不大; 但對C和D劑型而言，隨投加量的增加，污泥絮凝顆粒粒徑和沉降后上清液的體積逐漸增大、比阻降低，泥餅含固率增高，當(dāng)投加量達(dá)到75mg·L－1 后，粒徑＞0.85mm的污泥絮凝顆粒組成和上清液體積達(dá)大值，而此時比阻低，泥餅含固率高，但當(dāng)投加量超過該值時，反而降低． 這表明聚丙烯酰胺PAM投加量愈大，參與吸附架橋的PAM分子就越多，對污泥脫水、沉降性能的改善效果就越好，但當(dāng)投加量超過某一點時，用量增多會導(dǎo)致絮凝劑分子自身纏繞使吸附架橋能力降低，因而，從污泥調(diào)質(zhì)的角度來看，聚丙烯酰胺PAM存在用量。 本研究中，C、D 劑型聚丙烯酰胺PAM的用量為75 mg·L－1，此時以干污泥計，聚丙烯酰胺PAM投加率為1.7‰，即每噸干污泥需投加C、D劑型聚丙烯酰胺PAM均為1.7kg，低于在將陰離子聚丙烯酰胺PAM應(yīng)用于污泥脫水研究中發(fā)現(xiàn)的投加率范圍0.23%～0.31%，這可能是由聚丙烯酰胺PAM的相對分子質(zhì)量、水解度及污泥性質(zhì)不同所引起。投加聚丙烯酰胺PAM之所以能改善城市污泥的沉降和脫水性能，與其通過吸附、表面反應(yīng)、架橋等作用對污泥表面物質(zhì)的影響有關(guān)。結(jié)果表明，污泥經(jīng)A、B、C和D4種劑型聚丙烯酰胺PAM調(diào)質(zhì)后，上清液中核酸、蛋白質(zhì)和多糖濃度的變化趨勢與污泥沉降后上清液體積(圖3) 及泥餅含固率的變化(圖5) 趨勢相同，與污泥比阻的變化趨勢相反(圖4)。由于上清液中的核酸、蛋白質(zhì)和多糖主要來自污泥中EPS的釋放，其濃度的提高表明聚丙烯酰胺PAM促進(jìn)了污泥表面EPS的脫落。還表明，向城市污泥投加陰離子聚丙烯酰胺PAM后，上清液中蛋白質(zhì)和總糖濃度的變化幅度大于核酸，從變化趨勢看，投加A、B、C 和D4種劑型聚丙烯酰胺PAM使上清液蛋白質(zhì)、總糖和核酸濃度均高于未添加聚丙烯酰胺PAM的處理，而投加E劑型聚丙烯酰胺PAM使核酸濃度呈先降低再上升的趨勢。這可能與它們在EPS中所占的比例和不同劑型聚丙烯酰胺PAM對EPS的作用強(qiáng)弱有關(guān)。在污泥中，糖類和蛋白質(zhì)占EPS總量的70%～80%，而核酸所占比例較低。EPS的脫落降低了污泥表面的負(fù)電荷，增強(qiáng)了污泥的疏水性，使更多的結(jié)合水轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂伤�，有利于�?xì)小顆粒重新絮凝成緊實的大絮凝體，使污泥易于沉降，上清液體積增加，同時大的絮凝體可減輕過濾介質(zhì)堵塞，降低污泥比阻，改善污泥脫水性能。