李楊¹，朱瑋青²，尹郁¹

（1 天津東郊污水處理廠，天津 300300；2 天津紀(jì)莊子污水處理廠，天津 300074）

　　1992年六月，聯(lián)合國發(fā)展大會(huì)通過的“21世紀(jì)議程”，提出了可持續(xù)發(fā)展這一人類共同的發(fā)展戰(zhàn)略。在這一戰(zhàn)略中，環(huán)境保護(hù)是物質(zhì)基礎(chǔ)，而保護(hù)水源，控制和治理水污染則是環(huán)境保護(hù)的重要環(huán)節(jié)。隨著環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，對水處理過程產(chǎn)生的污水和污泥的處置，越來越引起人們的重視。而聚丙烯酰胺（簡稱PAM）則在水處理方面具有非常重要的作用。

　　我國是一個(gè)水資源相當(dāng)貧乏的地區(qū)，平均年水資源總量2.8萬億立方米，居世界第六位，但人均占有量只有2710立方米，相當(dāng)于世界人均占有量的四分之一，居世界第88位。因而在我國，PAM在水處理方面的應(yīng)用更具有特別重要的意義。

　　PAM是一種線型水溶性高分子，是水溶性高分子中應(yīng)用最為廣泛的品種之一。PAM和它的衍生物可以用作有效的絮凝劑、增稠劑、減阻劑等，普遍應(yīng)用于水處理、造紙、石油、煤炭、地質(zhì)、建筑等工業(yè)部門。由于PAM分子量高（10³ ~ 10⁷），水溶性好，可調(diào)節(jié)分子量并可以引進(jìn)各種離子基團(tuán)以得到特定的性能。其高分子量時(shí)是重要的絮凝劑，因此被廣泛應(yīng)用于污水及飲用水的處理中。

　　在地下水、地面水以及污水中，含有很多成微小顆粒狀態(tài)存在的雜質(zhì)，為了去除這些雜質(zhì)，即平時(shí)說的“去除水中的濁度”，可以利用懸浮顆粒的重力作用，通過靜止沉淀或慢速流動(dòng)將雜質(zhì)去掉。但是能借自然沉降去除的物質(zhì)都是一些有機(jī)物，而且沉降速度很小，多在0.2 mm/s下。隨著現(xiàn)代工業(yè)和城市建設(shè)的發(fā)展，自然沉降已不能滿足要求，借助化學(xué)藥品加快沉降的技術(shù)早已應(yīng)用于生產(chǎn)。PAM的酰胺基（-CONH₂）可與許多物質(zhì)親和、吸附形成氫鍵。高分子量PAM在被吸附的粒子間形成“橋聯(lián)”，使數(shù)個(gè)甚至數(shù)十個(gè)粒子連接在一起，生成絮團(tuán)，加速粒子下沉。這使它成為最理想的絮凝劑。它與無機(jī)絮凝劑相比較的優(yōu)點(diǎn)在于：品種多，能適應(yīng)多種條件，計(jì)量小、效率高、生成的泥渣少，后處理容易。它的投藥量約為無機(jī)凝聚劑的1/30至1/200。

　　因?yàn)镻AM是效能最高的高分子有機(jī)合成絮凝劑，所以它是我國目前使用最多的絮凝劑。PAM主要以兩種形式存在：一種是粉狀，一種是膠體。膠體不易于運(yùn)輸，使用也不方便，常用的是粉狀產(chǎn)品。PAM又有陽離子、陰離子及非離子，適用于不同用途和不同的絮凝對象。

　　在應(yīng)用PAM之前，首先將它配成水溶液。一般是將粉狀PAM緩慢地、小批量地倒進(jìn)攪拌著的冷水中，攪拌速度不宜太快，以免過度剪切引起聚合物分子斷裂。使其不致結(jié)團(tuán)就可。加入速度也應(yīng)隨著溶液粘度的增加而降低。稍稍提高溫度可以稍微增加溶解速度，但溫度不宜超過60℃。高分子PAM最高溶液濃度為0.5%，低分子PAM的溶液濃度可配置成1%或稍高一點(diǎn)。溶液配置后不宜長時(shí)間存放以免變質(zhì)。例如：我廠污泥脫水使用干粉狀高分子陽離子型PAM，溶解濃度為0.3%。配置時(shí)，一邊攪拌一邊加入被水霧沖散的藥劑，在溶藥池溶解后的溶液，繼續(xù)攪拌90分鐘，并在當(dāng)天使用完畢。

　　處理飲用水有嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，殘余單體含量在0.05%以下，用量在2×10^-6以下；用于處理食品工業(yè)用水如洗菜洗水果的水，或用于食品包裝紙等方面時(shí)，也必須有嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)專門的機(jī)關(guān)批準(zhǔn)和保證。

　　非離子性PAM由于不帶離子形官能團(tuán)，因此，與陰離子PAM相比有以下特點(diǎn)：絮凝性能受廢水pH值和鹽類波動(dòng)的影響??；在中性或堿性條件下，其絮凝效果不如陰離子型；絮體強(qiáng)度比陰離子型的要強(qiáng)。

　　陽離子型PAM分子量通常比陰離子或非離子型的聚合物低，其澄清性能主要是通過電中和作用而獲得。這類絮凝劑的功能主要是絮凝帶負(fù)電荷的膠體，具有除濁、脫色等功能，適用于有機(jī)膠體含量高的廢水，例如染色、造紙、食品、水產(chǎn)品加工等工業(yè)廢水，以及城市下水處理工藝中的污泥脫水等。城市與工業(yè)污水常用活性污泥處理法，生化污泥常常是親水性很強(qiáng)的膠體，所含水極難脫去，若采用陽離子性PAM類絮凝劑能收到良好的脫水效果。

　　陰離子型PAM絮凝劑適用于粒子表面帶正電荷的漿體，和陽離子型相比，它的分子量較高，在水中的分子伸展度較大，因而具有良好的粒子絮體化性能?？捎行в糜诘V物懸浮業(yè)的沉降分離。除可用于煉鐵高爐、鋁加工、造紙等的廢水處理外，還應(yīng)用在城市下水處理的一級處理中。

　　PAM類絮凝劑能適應(yīng)多種絮凝對象，對某些情況有特殊價(jià)值。應(yīng)用中使用效果與選型、劑量和絮凝工藝有關(guān)。例如：某鋼廠收塵污水的絮凝澄清，原使用陰離子度20% ~ 30%的PAM，單耗高達(dá)2.5 g/m³污水，改用陰離子度PAM單耗僅0.2 g/m³。一般PAM分子量越高則單耗越低。

　　PAM可用于處理電廠用水。在處理中，首先要對原水（如河水）進(jìn)行澄清處理。常用的化學(xué)方法是將PAM和無機(jī)凝聚劑（如石灰、硫酸鋁）配合使用。因?yàn)槿鐔斡脽o機(jī)凝聚劑，需高濃度才有效，合用PAM后，無機(jī)凝聚劑用量大大下降，這就可以避免由于無機(jī)凝聚劑用量大而容易在冷卻塔等的換熱表面沉積出來，加速設(shè)備的腐蝕和結(jié)垢。例如：把石灰、三氯化鐵和PAM一起使用時(shí)，水澄清能力會(huì)大大提高。

　　在工業(yè)水處理中，低分子量的PAM還可用做冷卻水的阻垢劑。低分子量陰離子型PAM能阻止鹽類晶體析出和生長，使固體顆粒懸浮而不致沉積，對鍋爐、冷卻塔及熱交換器能起到阻垢作用。

　　工業(yè)用水除需要絮凝懸浮物外，常有更多要求，因此，應(yīng)把PAM類高分子絮凝劑與無機(jī)類絮凝劑和一些其他添加劑，如阻垢劑、殺菌藻劑等配合使用。

　　建國以來，特別是改革開放以后，我國雖然在污水處理廠的建設(shè)方面取得了一定的成績，但仍沒能控制住水污染。由于我國水污染嚴(yán)重，全國7大水系中近一半河段受不同程度的污染。湖泊、水庫富營養(yǎng)化嚴(yán)重，流經(jīng)城市的河段超過三類標(biāo)準(zhǔn)而不適用于生活用水的達(dá)78%，50%以上的城市地下水也受到不同程度的污染。在污水處理方面，90年代初，我國制定了到2000年城市污水處理率達(dá)20% ~ 30%，工業(yè)廢水處理率達(dá)34%，城市排污設(shè)施普及率達(dá)70%的水污染控制總體規(guī)劃目標(biāo)。

　　市政污水處理廠和工業(yè)廢水處理廠的污水都需用PAM等絮凝劑進(jìn)行絮凝澄清凈化處理。一般一座二級污水處理廠產(chǎn)生的污泥量約占處理水量的0.5% ~ 1.0%（體積）。所產(chǎn)生的污泥需要脫水，以產(chǎn)生清凈的濾水和高固含量的泥餅，并減少廢物污泥的重量和體積，來提高焚化和制作肥料的效力。許多污水處理廠用壓濾機(jī)來提高脫水率。這些污泥親水性很強(qiáng)，帶負(fù)電荷，很難脫水。在機(jī)械脫水前必須用PAM進(jìn)行有效的預(yù)處理，以改善污泥性能，提高機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)能力。污泥脫水所用PAM越來越傾向于使用陽離子產(chǎn)品。以我廠為例，經(jīng)過對幾種類型絮凝劑的測試，得出的結(jié)論是：高分子陽離子型PAM的脫水效果最好?，F(xiàn)在我廠一直使用陽離子型PAM，使用濃度為0.3%，脫水后泥餅含水率為75%，泥餅厚度為4 ~ 6 mm，大大減少了污泥的重量與體積。

　　目前，PAM已在很多國家的水處理方面得到了廣泛應(yīng)用，以下是美國和日本在使用PAM上的一些情況統(tǒng)計(jì)：

表1  美國1993年P(guān)AM消耗結(jié)構(gòu)

表2  日本PAM消耗情況   （萬t）

　　從上表中可以看出，水處理在PAM消耗量中占有很大比例，這充分證明了PAM在環(huán)保中起到的重要作用。所以，對PAM進(jìn)行深入研究和開發(fā)新品有著極大的社會(huì)意義。

　　在我國提出的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)中，控制和治理水污染是環(huán)境保護(hù)的重要環(huán)節(jié)。我國自60年代以來就開始PAM的生產(chǎn)，現(xiàn)在，生產(chǎn)技術(shù)水平已經(jīng)達(dá)到了90年代先進(jìn)水平。雖然目前我國的PAM主要應(yīng)用于石油工業(yè)，在污水處理方面還沒有得到廣泛使用，但預(yù)計(jì)PAM聚合物的化學(xué)藥劑在我國水處理方面的應(yīng)用將有很大的發(fā)展。我國將新建萬噸/年級規(guī)模、技術(shù)最先進(jìn)、產(chǎn)品品種齊全的PAM生產(chǎn)廠。因此預(yù)計(jì)，在21世紀(jì)初，我國將成為全世界PAM產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣、技術(shù)最先進(jìn)的國家之一。