聚丙烯酰胺（PAM）在强化絮凝沉淀中的应用

摘要： 强化絮凝沉淀是近年来国内外城市污水深度处理研究的热点，在污水处理的研究中历时已久，由于投加絮凝剂运行费用较高，所以一直阻碍其在实践中的发展。近年来，廉价、高效絮凝药剂的迅速涌现，使化学强化一级处理工艺的基建费用、运行费用都低于二级处理，且其总磷的去除率很高，在国外城市污水处理中已经开始应用。由于它适应我国国情，在国内也得到了普遍的重视，并且已经取得了一定的研究成果。

关键词： 聚丙烯酰胺 强化絮凝 1、强化絮凝反应原理
  强化絮凝沉淀包括两个过程：混合过程和絮凝反应过程。
  （1）混合过程
  混合是反应第一关，也是非常重要的一关。在这个过程中应使混凝剂水解产物迅速地扩散到水中的每一个细部，使所有胶体颗粒几乎在同一瞬间脱稳并凝聚，这样才能得到好的絮凝效果。因为在混合过程中同时产生胶体颗粒脱稳与凝聚，可以把这个过程称为初级混凝过程。但这个过程的主要作用是混合，因此一般称为混合过程。
  混合问题的实质是混凝剂水解产物在水中的扩散问题。使水中胶体颗粒同时脱稳产生凝聚，是取得好的絮凝效果的先决条件，也是节省投药量的关键。
  （2）絮凝反应过程
  絮凝反应是强化絮凝沉淀过程中最重要的工艺环节。其作用原理是，通过高分子絮凝剂——聚丙烯酰胺（PAM）来吸附污水中的悬浮粒子，使高分子链互缠交联，形成架桥，从而使絮凝结构增大变粗，最后形成沉淀。而在此过程中，PAM选择的正确与否关系到该工艺环节处理效果的好坏。
  （3）无机药剂和有机高分子絮凝剂在强化絮凝沉淀中的复配使用
  在强化絮凝沉淀中，为了降低药耗，节约成本，提高处理率，充分发挥不同絮凝剂间的协同作用，通过多次实验和在工程上的实际应用，无机絮凝剂与有机絮凝剂的复配使用能够达到较好的效果。
  复配使用中，先加入带正电荷的无机絮凝剂，使污水中胶体脱稳，再加入带负电荷的阴离子型聚丙烯酰胺，使脱稳后的胶体颗粒通过架桥作用和网捕作用迅速长大。由于有机高分子容易机械降解，所以复配使用对水力条件要求较高。搅拌要均匀，速度要慢。
  2、高分子絮凝剂——聚丙烯酰胺（PAM）
  （1）PAM合成工艺
  PAM主要原料为丙烯腈，它与水经一定比例混合，经水合、提纯、聚合、干燥等工艺可得到成品，合成工序如下：
  
（2）PAM的选择
  通过多次实验和实际应用可以作出下列结论：
  阴离子型PAM适用于浓度较高的带正电荷的无机悬浮物，以及悬浮粒子较粗（0.01-1mm），pH值为中性或碱性溶液。
  阴离子型PAM适用于带负电荷、含有机物质的悬浮物。
  非离子型PAM适用于有机、无机混合状态的悬浮物分离，溶液呈酸性或中性。
  （3）影响PAM絮凝作用的主要因素
  1） 絮凝剂的用量：最佳的絮凝剂用量是絮凝剂全部被吸附在固相粒子表面上，且絮块的沉降速度达到最大值。最佳用量随着絮凝剂的离子性质、分子量、悬浮液的pH值而变化，可用试验方法确定。当絮凝剂超过最佳用量时，絮凝效果反而下降。
  2） 絮凝剂分子量对絮凝的影响：絮凝剂分子量越大，絮凝效果越好。但分子量太大，难于溶解且制造费用也高。常用的分子量为300-1500万。
  3） 搅拌对絮凝的影响：搅拌可使絮凝剂均匀的分散到悬浮液中，达到高效絮凝。但搅拌过于剧烈，会使形成的絮块碎裂，因而絮凝剂的消耗量增加，而絮凝效果相对讲是降低了。所以在絮凝处理时只能进行适当的搅拌，搅拌机转速一般应控制在50-250r/min。
  
  3、实例分析
  下表为某城市污水处理厂同一进水下的自然沉降、复合作用、单独作用对照的试验结果。
  

投加药剂 及加药量	分析项目	CODcr(mg/L)	BOD5(mg/L)	TP(mg/L)	浊度
原水		317.0	56.4	4.4	170
自然沉降	出水	181.2	27.8	2.1	51.8
	去除率	42.8%	50.7%	52.3%	69.5%
聚铁200mg/L	出水	88.5	12.1	0.5	9.8
	去除率	73.0%	78.5%	88.6%	94.2%
聚铝200mg/L	出水	80.5	12.1	0.7	8.4
	去除率	74.6%	78.5%	84.1%	95.1%
硫酸铝50mg/L   +PAM 1mg/L	出水	100.6	13.8	0.7	5.0
	去除率	68.3%	75.5%	84.1%	97.1%
硫酸铝100mg/L +PAM 0.5 mg/L	出水	88.1	11.8	0.6	4.0
	去除率	72.2%	79.1%	86.4%	97.6%
硫酸铝50mg/L +PAM 0.5 mg/L	出水	57.9	14.5	0.7	5.0
	去除率	81.7%	74.3%	84.1%	97.1%
聚铝铁50mg/L +PAM 0.5 mg/L	出水	42.8	11.6	0.6	2.9
	去除率	86.5%	79.4%	86.4%	98.3%
注：水温为27℃，pH值为7.2， Cl-离子浓度为2327.6 mg/L。

从对该污水厂的试验中可以看出：
  （1） 从试验现象上看，复配使用所产生的絮体比单独投加无机絮凝剂产生的絮体结实紧密，絮体形成速度和沉降速度快。
  （2）试验数据表明，复配使用可大大减少投药量，且去除率明显提高。以硫酸铝50mg/L+PAM0.5 mg/L的投药量，可以去除CODcr、BOD5、TP和浊度分别达到81.7%、74.3%、84.1%和97.1%，出水指标大大低于二级生化处理排放标准。
  （3）出水总磷含量低于1.0mg/L的国际标准，不会造成富营养化的问题，避免造成象赤潮那样的藻类的繁生问题。这是由于Al3+ 和Fe3+ 可与PO43- 反应生成AlPO4和FePO4沉淀。
  （4）投加铁盐和铝盐，处理效果差别不是很大，但投加铁盐后，出水色度偏高，所以铁盐的应用将受到很大的限制。但铁盐除磷效果略好一些。
  （5）投加聚合铝铁+PAM的去除率比投加硫酸铝+PAM的去除率略高一些，但聚合铝铁、聚合氯化铝等的价格是硫酸铝的2-3倍，所以，硫酸铝+PAM是该厂絮凝强化沉淀中的首选药剂。
  4、PAM在其他工艺中的应用
  PAM除用于污水的强化絮凝，大部分用于污泥脱水。通过絮凝作用使PAM在污泥的单独颗粒间发生架桥，使聚合物链段吸附在不同的颗粒上，促进颗粒的聚集，达到泥水分离的效果。污泥脱水必须与脱水设备的配合使用，常见的脱水设备有离心机，带式压滤机和板框压滤机三种。不同设备对药剂的要求是不同的。比如，离心机在脱水过程中会对絮团产生极强的剪切作用，所以要求絮凝剂的抗剪切性能好。
  另外，聚丙烯酰胺在石油开采、造纸行业以及采矿、冶金、煤炭、高吸水性树脂、粘合剂、皮革复鞣剂等其他工业中都拥有广阔的应用。

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