廣州市聚丙烯酰胺絮凝工藝的技術分析

       聚丙烯酰胺絮凝過程既是最古老的水質凈化處理方法，又是當今眾多水處理工藝技術中應用最廣泛、最普通的單元操作工藝技術。聚丙烯酰胺絮凝過程作為眾多處理工藝流程中不可缺少的前置關鍵環節，其效果的好壞往往決定后續工藝流程的運行工況、最終出水質量和成本費用，因此，它始終是水處理工程中重要的研究開發領域。我國現有近百余家聚丙烯酰胺生產廠，年總產量約30萬噸，但大多為粗放型小規模的鄉鎮企業。企業多、產值低，工藝技術落后、高能耗、重污染、低品位是目前我國無機高分子聚丙烯酰胺生產存在的普遍而突出的問題。如何強化聚丙烯酰胺絮凝工藝，提高生產工藝，成為水處理技術人員的重要課題。

   強化聚丙烯酰胺絮凝過程需要提高兩方面的技術：發展新型高效能聚丙烯酰胺；發展高效聚丙烯酰胺絮凝反應器，技術上取得新的突破。同時做到相互協同發展，進而將這兩方面優勢有機地結合起來，建立新型聚丙烯酰胺絮凝工藝技術系統，從整體上改進水處理聚丙烯酰胺絮凝過程的質量和面貌。

    在研究開發新型高效聚丙烯酰胺方面：無機高分子聚丙烯酰胺（IPF）無疑是當前研究的重點。由于它比傳統聚丙烯酰胺具有適應性強、無毒、可成倍提高效能且相對價廉等優點，因而近年已得到廣泛重視，正逐步發展成為混凝過程的主流藥劑。其中，聚合氯化鋁是當前工業生產技術最成熟、效能最高、應用最為廣泛的無機高分子聚丙烯酰胺品種。同時，以聚合氯化鋁產品作為基本原料，還可衍生制備出多種系列的適合于不同水質處理狀況的復合型無機高分子聚丙烯酰胺。如聚合鋁鐵、聚合硅鋁以及有機復合型聚丙烯酰胺。盡管大量的混凝實踐證明聚合鋁聚丙烯酰胺比傳統鋁鹽凝聚劑的混凝效能提高2~3倍。但對于這類新型藥劑為何會突出地高效尚缺乏全面深入的科學驗證和理論診斷，一般的認識和處理方法尚停留在沿用傳統凝聚劑的概念或主觀推斷，尚缺少直接的實驗驗證。實際上，在聚合鋁應用基礎方面，從形態分布及其轉化規律，聚合反應控制參數及其制備條件，投加后的形態轉化及其穩定性，高效凝聚聚丙烯酰胺絮凝機理及效能，以及應用工藝技術等諸多方面，均有別于傳統凝聚劑，這些問題只有經過全面系統深入地研究，才能夠得到較確切的解答，同時促進這類新型藥劑的進一步提高并擴展其應用范圍。

   現代化學及聚丙烯酰胺絮凝理論： 基于上述原因，我們就以現代化學及聚丙烯酰胺絮凝理論為基礎，追蹤當前國際研究發展動向，同時結合實際生產工藝及水處理實踐，從混凝理論的發展，聚合鋁水解形態轉化及其分布特征，聚丙烯酰胺絮凝形態穩定性及電動特性，以及高效凝聚聚丙烯酰胺絮凝效能，作用機理與聚丙烯酰胺絮凝動力學，聚合鋁高效聚丙烯酰胺絮凝應用實踐等多方面進行了全面深入、系統地研究，為深入揭示聚合水解－聚合反應過程及形態轉化規律，闡明聚合鋁水解聚合形態與凝聚作用機理及聚丙烯酰胺絮凝動力學的相互關系，建立定量聚合鋁的表面吸附沉淀模式提供科學理論研究的基礎。同時也為進一步改進聚合鋁產品質量，提高凝聚劑聚丙烯酰胺絮凝效能，拓寬應用范圍提供必要的應用基礎理論研究依據。最終為推動和發展我國無機高分子聚丙烯酰胺的基礎應用理論研究，提高工業化生產技術水平及其應用實踐作出貢獻。

聚丙烯酰胺表面吸附作用：

什么是水溶性有機聚合物 ？目前應用于水處理中的高分子凝劑，為分子量由數萬至數百萬的高分子水溶性有機聚合物。有機高分子聚丙烯酰胺具有在顆粒間形成更大的絮體及由此產生的巨大表面吸附作用。因而，近年來國內外在研究和應用方面都進展得很快。聚丙烯酰胺的種類很多，按其來源可分為天然和人工合成的兩大類。天然高分子聚丙烯酰胺主要有淀粉、單寧、纖維素、藻朊酸鈉、古爾膠、動物膠和白明膠等等。 天然高分子聚丙烯酰胺可經過各種化學改性以適應不同的需要，如淀粉可改性為糊精、苛化淀粉、含磷酸鹽－CH2OPO（CH）2和含胺基－CH2CH2NH2的淀粉等。

一般來說天然高分子聚丙烯酰胺價格低廉，但分子量較低且不穩定，使用時用量高，效果不佳且排放時有可能產生BOD等問題。所以，除考慮到毒性而使用人工合成的高分子聚丙烯酰胺。其中用得最為廣泛的要屬分子量為300萬以上的聚丙烯酰胺及其衍生物。實踐證明，不同的高分子聚丙烯酰胺，對不同的水質處理效果相差很大，其最佳效果的用量幅度很小，超過一定范圍，反而會形成復穩。

高聚合度的水溶性有機高分子聚合物或共聚物的分子中，含有許多能與膠粒和細徽懸浮物顆粒表面上某些點位起作用的活性基團，分子量在數十萬至數百萬。根據聚丙烯酰胺聚合物單體上活性基團在水中的離解情況，按官能團分類可分為非離子型、陰離子型和陽離子型三類。表1是許多高分子聚丙烯酰胺的主要官能團。

國內外常用的具有代表性的高分子聚丙烯酰胺有：非離子型－聚丙烯酰胺（簡寫為PAM，分子量在150萬－900萬，商品濃度一般為8%）、聚氧化乙烯；陰離子型－聚丙烯酸（PAA）、聚甲基丙烯酸水解聚丙烯酰胺（HPAM）、聚磺基苯乙烯；陽離子型－丁基溴聚乙烯吡、聚二丙烯二甲基胺（PDADMA）。用量一般為廢水量的百萬分之一至百萬分之二。　　

 當聚丙烯酰胺為離子型，且其電性與膠粒表面電荷相反時，聚丙烯酰胺就考慮到降低ξ電位和吸附橋連的雙重作用，聚丙烯酰胺絮凝效果就特別顯著；而當其點性與膠粒表面電荷相同時，則要求雙方的電荷都不太強。為要充分發揮聚丙烯酰胺的吸附橋連作用，應使它的長鏈生長到最大限度，同時讓可離解的基團達到最大的離解度且得到充分的暴露，以便產生更多的帶電部位，并與微粒有更多的碰撞機會，結果聚丙烯酰胺絮凝效果可提高數倍。

當然，聚丙烯酰胺的選擇及使用量要根據廢水的具體性質而定，總的原則是所用的聚丙烯酰胺必須價廉、易得、高效、使用量少。生成的聚丙烯酰胺絮凝物易沉降分離。

聚丙烯酰胺pH值和化學架橋作用

使用無機聚丙烯酰胺時要注意其適用的pH值范圍，一般在投加無機鹽聚丙烯酰胺后再添加pH調節劑。對高分子聚丙烯酰胺，為了充分發揮其在水中的化學架橋作用，應選用能在水中均勻分散、溶解，具有吸附活性基因的高分子化合物、水容性高分子化合物。為了使其在水中處于較大的分散狀態，一般先用純水或軟水溶解配成一定濃度的溶液，然后再加到待處理的廢水中去。因為這些高分子化合物往往會受到水質的影響。使分子的擴散和離子基的離解受到抑制，處理效果下降。

聚丙烯酰胺絮凝反應器說明：在聚丙烯酰胺絮凝反應器方面，目前處于主流的反應器有：隔板反應池、渦流式反應池、機械攪拌反應池、靜態混合器、文丘里管道混合器、機械加速澄清池、固定聚丙烯酰胺絮凝器等等。

為了使膠體脫穩和絮體顆粒增大密實，并降低能耗、藥耗，就需要對聚丙烯酰胺絮凝設備結構構造進行深入研究，開發出新型高效的聚丙烯酰胺絮凝設備。根據渦流理論設計的多極渦流管式混合器和通過一系列格網以增加水流紊動度來提高聚丙烯酰胺絮凝效果的豎流往復折流式聚丙烯酰胺絮凝反應器便是其中效果較好的兩種聚丙烯酰胺絮凝設備。