聚丙烯酰胺（PAM）在强化絮凝沉淀中
的应用(1)
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求较高。搅拌均匀，速度慢。
2、高分子絮凝剂——聚丙烯酰胺（PAM） （1）PAM合成工艺
PAM主原料为丙烯腈，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
原水
317.0
56.4
分析项目
CODcr(mg/L)
BOD5(mg/L)
TP(mg/L)
浊度
4.4
170
自然沉降
181.2
27.8
2.1
51.8
出水
去除率
42.8%
50.7%
52.3%
69.5%
聚铁200mg/L
88.5
12.1
0.5
出水
9.8
去除率
73.0%
78.5%
88.6%
94.2%
聚铝200mg/L
80.5
出水
12.1
0.7
摘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
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8.4
去除率
74.6%
78.5%
84.1%
95.1%
硫酸铝50mg/L PAM 1mg/L
100.6
13.8
0.7
5.0
出水
去除率
68.3%
75.5%
84.1%
97.1%
硫酸铝100mg/L PAM 0.5 mg/L
88.1
11.8
0.6
4.0
出水
去除率
72.2%
79.1%
86.4%
97.6%
硫酸铝50mg/L PAM 0.5 mg/L
57.9
14.5
出水
0.7
5.0
81.7%
74.3%
84.1%
97.1%
聚铝铁50mg/L PAM 0.5 mg/L
去除率出水
42.8
11.6
0.6
2.9
86.5%
79.4%
86.4%
98.3%
去除率
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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