阴离子聚丙烯酰胺.docx

1、阴离子聚丙烯酰胺阴离子聚丙烯胺性能指标外观分子量（万）水解度水不溶物固含量粒度溶解时间残余单体白色或微黄色颗粒300-1200(可调)20-35%（可调）0.2%88%1.0mm的5%0.2mm的5%2小时0.1%聚丙烯酰胺絮凝机理探讨，溶解工艺及投加工艺的选择。50年代美国率先开发聚丙烯酰胺作净水处理絮凝剂以来，其生产和应用发展迅速，60年代以来，欧美国家已普遍使用聚丙烯酰胺作净水处理絮凝剂。国内60年代起，在长江、黄河流域的饮用水厂广泛应用聚丙烯酰胺于高浊水的净化处理，和城市污水和工业废水处理；90年代起某些水源受污染较严重的饮用水厂，开始使用聚丙烯酰胺作净水处理助凝剂。聚丙烯酰胺是应用最

2、多的人工合成絮凝剂。其分子链很长，它的酰胺基（-CONH2）可与许多物质亲和、吸附形成氢键，这就使它能在吸附的粒子之间架桥，使数个甚至数十个粒子连接在一起，生成絮团，加速粒子下沉，使它成为最理想的絮凝剂。曾有试验在部分水解的聚丙烯酰胺溶液中加入氧化铝的水合物进，聚合的阴离子吸附在氧化铝的阳离子上，黏度就迅速地增加或胶弟化。这同一般絮凝机理类似即一个分子能同时吸附几个粒子，使它们拉在一起，迅速沉降，沉降的速率取决于絮凝剂的浓度和悬浮固体的浓度。经过净水专家多年的水处理应用研究，普遍认为聚丙烯酰胺的絮凝要理是：（1）由于其具有极性基因酰胺基，易于借其氢健的作用在泥沙颗粒表面吸附；（2）因其有很长的

3、分子链，大数量级的长链在水中有巨大的吸附表面积，故絮凝作用好，能利用长链在颗粒之间架桥，形成大颗粒的絮凝体，加速沉降。（3）借助于聚丙烯酰胺的絮凝助凝，在净水处理的泥凝过程中可能发生双电离压缩，使颗粒聚集稳定性降低，在分子引力作用下颗粒结合起来，分散相的简单阴离子可以被聚合物阴离子基团所取代；（4）高分子和天然水组成中的物质和水中悬浮物，或在它之前投加的水解混凝剂的离子之间发生化学相互作用，可能是络合反应；（5）由于分子链固定在不同颗粒的表面上，各个固相颗粒之间形成聚合桥。聚丙烯酰胺是一种化学性质比较活泼的高分子化合物。由于分子侧链上酰氨基的活性，使聚合物获得了许多宝贵的性能。非离子型PAM类

4、絮凝剂由于不带离子型官能团，因此与阴离子型PAM类絮凝剂相比具有以下特点：絮凝性能受水pH值和盐类波动的影响小；在中型或碱性条件下，其絮凝效果（沉降速度）不如阴离子型，但在酸性的条件下却优于阴离子型，絮体强度比阴离子型高分子絮凝剂的强。阳离子型PAM类絮凝剂的分子量通常比阴离子型或非离子型的聚合物低，其澄清性能主要是通过电荷中和作用而获得。这类絮凝剂的功能主要是絮凝带负电荷的胶体，具有除浊、脱色等功能，适用于有机胶体含量高的水处理。三、溶解工艺及投加工艺的选择。聚丙烯酰胺在使用前均需将固体配制成0.1-0.5%备用溶液，投加时可再行稀释或水力输送，0.5%的备用溶液储存期为七天，0.05%的投

5、加溶液储存期为三天。配制溶液时要注意如下事项：（1）溶解温度。聚丙烯酰胺的溶解需要有一定的温度，以加快溶解速度。但温度过高，又会使高聚物的分子链断裂，降低使用效果，较适宜的溶解温度为50-60。（2）搅拌条件。聚丙烯酰胺的溶解应避免过强的剪切力搅拌，过强的搅拌会使分子链断裂，从而降低使用效果。搅拌宜采用低速浆叶，如锚式、框式、多层浆式等。搅拌速度为60转/分左右。输送时亦应避免采用高速离心泵，较适宜采用活塞泵或隔膜泵。（3）均匀分散投料。聚丙烯酰胺溶解的关键环节，是投料的均匀分散。一般先将水溶液加热调节至5060。开动搅拌机后，最好采用机械震动筛网投料（筛网目数为10目），尽量避免产生“大团块

6、状”、“鱼眼状”难溶颗粒，从而使聚丙酰胺得到充分溶解，发挥好使用效果。（4）避免与铁接解。在溶解搅拌及输送投加系统中，最好采用塑料、搪瓷、铝、不锈钢等材质。聚丙烯酰胺的投加点选择，对使用效果影响较大。有资料介绍，在处理高浊水时，应先投加聚丙烯酰胺，经充分混合后，再投加混凝剂。也有介绍在投加混凝剂前投加聚丙烯酰胺，会导致对溶胶的保护。国外资料介绍，在水中悬浮物含量超过50mg/L的季节里，聚丙烯酰胺和其他阴离子高分子絮凝剂在一级处理构筑物之前投加较合适，当悬浮物含量较少时，在滤池之前投加较合适，为了使混凝悬浮物来得及形成细小絮状物，不发生颗粒数量浓度的实际减少（由于聚集）和混凝悬浮物表面性质的恶

7、化，选择向水中投加混凝剂和絮凝剂的时间间隔，一般在14分钟之间。水的温度和浊度越低、水的色度越高，则混凝剂和絮凝剂投入的时间间隔应当越长，还应当考虑到水的消毒情况，如果聚丙煅酰胺在加氯前投加，水的消毒程度可能降低，可能会恶化阳离子高分子絮凝剂的工艺性质，因为预加氯可能使阳离子高分子对生物对象消毒过程产生屏蔽作用，和高分子在氧化剂作用下被破坏。聚丙烯酰胺投加时搅拌条件对絮凝效果影响较大，要助凝效果最好应为在反应池前部初级绒絮形成时投加为好。关于聚丙烯酰胺的投加量，要根据不同的水源水质和净水工艺特点，通过实验来确定。国外有关资料介绍，高分子絮凝剂絮凝过程可存在以下规律：（1）当高分子絮凝剂投量保证

8、覆盖可容覆盖的固体颗粒表面部位时，可达到最佳条件；（2）颗粒表面被聚合物分子过饱和，就会导致絮凝恶化，因为在这种情况下高分子的自由末端也可以吸附在同一表面上，形成弯曲状，相领颗粒间的架桥结合数因而减少；（3）当强烈的搅拌到能够破坏聚合物的结合时，就会发生已絮凝颗粒的散开，如果高分子絮凝剂剂投量少于最佳投量，则架桥键的更弱；（4）聚合物最佳投量和分散相颗粒表面上容许吸附的面积之间存在线性关系。南方某水厂认为，对于其污染比较严重、污染物品种繁多、pH值和碱度较低的原水而言，非离子型聚丙烯酰胺相对比较适合其的絮凝，阴离子型聚丙烯酰胺略微逊色，阳离子型聚丙烯酰胺则效果较差。根据絮凝理论推断，可能是污染

9、严重的枯水期原水浊度比较低，水体中可供架桥的颗粒比较少，先投加液氯消毒，后投加絮凝剂，对阳离子型絮凝剂的结构可能有破坏作用，已投加混凝剂和消毒剂的水体，pH值一般不高于7.0，水体电荷倾向不明显，阴、阳离子型的聚丙烯酰胺表现不出优势。四、丙烯酰胺应用于生活饮用水的净化处理聚丙烯酰胺在某公司供水生产已使用多年，对提高絮凝效果、节约矾耗、去除藻类、降低致突变性、提高水质、应付突发水质事故等方面取得明显的效果。1、提高絮凝效果，克服枯水期絮体上浮，节约矾耗，降低净水成本。低温低浊，相对水中浑浊度成分中，有机物占的比例更大，单投加硫酸铝和聚合铝，形成的絮凝体结构松散、轻飘，难以沉淀。投加聚丙烯酰胺0.

10、025-0.05mg/L助凝后，由于其巨大的吸附表面积和优良的架桥能力，使反应生成的絮凝体体积增大，比重增加，沉降速度加快，沉淀池沉淀能力迅速提高，出水浊度大为降低。投聚丙烯酰助凝后，5分钟后出水剩余浊度仅为20NTU以下，同等时间内比无投加助凝剂的水样出水剩余浊度除低2030NTU。无投加助凝剂的水样由于原水有机物污染严重，絮体轻浮，最终浊度无法降低，将其放置1小时其剩余浊工也无明显减少。投加聚丙烯酰助凝提高了絮凝效果，能节约矾耗约25%，产水量不升约510%，成本节约约24%。2、提高水质，去除色度，去除有机物，去除藻类，降低致突变性。由于聚丙理的安全性聚丙烯酰胺本身基本无毒，因为它在进入

11、人体后，绝大部分在短期内排出体外，很少被消化道吸收入。多数商品也不刺激皮肤，只有某些水解体可能有残余碱，当反复、长期接触时会有刺激性。美国食品及药物管理局认为，PAM及其水解体是低毒或无毒的。PAM的毒性来自残留的丙烯酰胺单体和生产过程夹带的有毒金属。丙烯酰胺为神经性致毒剂，对神经系统有损伤作用，中毒后表性出肌体无力，运动失调等症状。因此各国卫生部门均有规定聚丙烯酰胺工业产品中残留的丙烯酰胺含量，一般为0.5%-0.05%。应用于水的一般净化处理时，丙烯酰胺含量0.2%以下，用于直接饮用水处理时，需在0.05%以下。国际健康卫生组织1985年出生的聚丙烯酰胺标准指出：PAM中残留AM量控制在0

12、.05%以下并控制用量时，处理后水中的含量将低于 0.25ug/L，符合大多数国家的饮用水标准。目前欧美主要国家一般规定，饮用水处理及食品用PAM中残留AM含量在0.05%以下，并控制PAM用量。某些阳离子型聚丙烯酰胺的情况就复杂得多，这是因为阳离子型聚丙烯酰胺引入的氨基类等基团，其毒性往往数十至数百倍地高于阴离子型和非离子型，他们的慢性毒性正进一步研究中。对应用于饮用水处理的絮凝聚，应使用食品级的产品为合适。在给水排水标准规范实施手册水处理标准中，明确规定聚丙烯酰胺使用的非经常使用下 0.1mg/L，在经常使用下 0.1mg/L，在经常使用下0.1mg/L。在水处理工艺助凝应用中，其使用量可

13、取上述标准值为最大投加量，选购食品级质优、低残值的聚丙烯酰 胺产品，则可保证饮用水的卫生安全。如某水厂使用聚丙烯酰胺助凝，最大投加量为0.09mg/L，使用的是化工部广州聚丙烯酰胺工程中心的食品级、滤池出 水和出厂自来水均无发现有丙烯酰胺单体。故认为仅要能控制好使用产品的质量和投加量，则采用聚丙烯酰胺助凝工艺，对饮用水卫生而言是安全的。近期展望，我国应用聚丙烯酰胺类有机产品作水处理剂，将会随水质性缺水的范围扩大、国民对饮用水要求的提高而逐步扩大。如某供水公司97年与99年相比， 用量已增约8倍，使用水厂从一家增加至6家。使用范围有混凝、助凝、助滤。据介绍，在过滤前投加聚丙酰胺0.015-0.0

14、5mg/L可增滤周，提高 产生能力10-16%，但在增加滤周时，水头损失亦同时增加，反冲时间和强度亦要相应增加，但相比之下，投加聚丙烯酰胺助滤在经济是合算的，投加聚丙烯 酰胺助滤，可防止藻类穿透滤池，在突发事故处理时，可确保滤后水水质，国内已有供水水厂应用其助滤工艺，收到良好的效果。聚丙烯酰胺类有机产品在水处理工 艺的使用中，其强化絮凝、提高滤池过滤能力、提高水质，增加水量、节约成本的优势被越来越多的供水企业所乐意接受，聚丙烯酰胺在饮用水处理领域的应用正在 不断被研究开发，其前景是乐观的摘要：多年来，我公司在供水生产中，有时尽管调整投矾量和pH值，原水仍然难以净化处理 好。以往凡是遇到原水难净

15、化时，唯有大幅度减产保质供水。这种措施不但使供水量和服务水压下降而严重影响市民正常用水，而且公司的经济效益亦受到损失。为 了彻底解决这个净水生产中的大难题，从1991年开始在公司属下的供水厂以聚丙烯酰胺为助凝剂进行了深入的生产性应用试验，获得了令人满意的助凝沉淀效 果。 关键词：聚丙烯酰胺 净水生产 助凝应用研究 一 实验部分1 仪器与试剂六组搅拌叶片的混凝搅拌机；浊度计和pH计；聚丙烯酰胺；氢氧化钠；硫酸铝或聚合氯化铝；1L烧怀；各种刻度吸管等。固体聚丙烯酰胺最佳投加量试验 表1杯号投加量（mg/L)矾花描述混液面沉速（mm/s)上清液浊度（NTU）上清液pH1很细0.309.66.620.

16、01很细0.384.96.630.03较大、实0.573.16.640.06大、重0.833.06.650.10很大、重1.703.26.660.30很大、重3.123.16.670.60助凝剂加入后迅速形成粗而结实的矾花，3min后矾花沉底，上清液透明 2.86.681.002.96.62 实验条件及方法按给水处理和水处理工程理论与应用中介绍的凝聚试验方法，模拟净水生产工艺的混合搅拌条件，搅拌转速为 150r/min、搅拌时间3min，絮凝反应搅拌条件，搅拌转速为50r/min、搅拌时间10min，观察并记录矾花形成情况，静止沉淀10min， 同时观察并记录矾花沉淀情况的和检测上清液浊度及p

17、H值。当原水出现常规净水方法不能净化处理的情况时，首先应进行最优投矾量试验，选出最佳投矾量，然后 进行模拟净水生产的助凝沉降试验，最后将助凝试验结果运用到净水生产实际中。固体聚丙烯酰胺最佳投加量试验 表2杯号投加量（mg/L)矾花描述混液面沉速（mm/s)上清液浊度（NTU）上清液pH1很细0.307.27.520.01很细0.326.97.530.03较大、实0.833.17.540.06大、重3.122.87.550.10很大、重4.172.97.560.30助凝剂加入后迅速形成粗而结实的矾花，3min后矾花沉底，上清液透明。2.87.570.603.17.581.002.97.5注：原水

18、浊度：2073NTU；pH值：7.5；温度：26固体聚合氯化铝投加量：5mg/L。 絮凝效果检测A 制含油废水取南海油田原油少许，加水及乳化剂，在强力乳化机中乳化1015分钟，即得含油量100mg/l的含油污水，将其装入多个100ml具塞比色管中备用。B 絮凝试验将各种Mannich产物配成1%的溶液，取一定量加入装有含油污水的比色管中，盖上塞子，上下摇动使其混合均匀，放入70恒温水浴锅中静置，观察并记录絮体出现时间、絮体状态，用HORIBA OCMA-300油分仪测含油量，用S-721分光光度计测透光率。摘要：本文试验研究了聚丙烯酰胺和聚合氯化铝或硫酸铝联用除浊、除UV254和CODMn 的

19、效果，结果表明：聚丙烯酰胺和聚合氯化铝或硫酸铝联用,比单独用聚合氯化铝或硫酸铝的除浊效果显著,而对UV254和CODMn去除率提高幅度不大，但 可大量减少无机混凝剂用量和减少污泥湿基重量，从而减少水厂净水处理成本和污泥处理量。 关键词：聚丙烯酰胺 污泥湿基重量 经济分析 混凝是以地面水为水源的自来水处理厂不可缺少的基本净水工艺，国内各水厂大多使用无机混凝剂，投药量大，产生的污泥数量多、体积大，难以处理, 而且净水效果也不尽如意。有机高分子聚丙烯酰胺(PAM)优良的助凝效果早已为人们熟知,但受其单体毒性、投加量及投加方式优化等问题的影响,国内自来水 厂较少使用。然而研究表明：只要严格控制PAM投

20、加量及产品单体含量，其在水厂使用不但可以提高净水效果，而且是最有效减少污泥数量、体积及改善污泥脱水 性质的途径1。欧洲、美国已经有相当数量的给水厂选用聚丙烯酰胺作为给水处理的一种絮凝剂。随着环境问题的日益严重，水厂污泥 处理已为人们所重视，我国有些城市的新建水厂及原有水厂已将污泥处理提上议事日程，有的水厂污泥处理工程已建成投产。同济大学在自来水厂使用PAM助凝和 污泥处理方面作了大量研究，取得一定的经验。1 试验部分 取某河水水样，进行投加不同的混凝剂和聚丙烯酰胺的实验室混凝搅拌试验。1.1 仪器与试剂 SC956实验搅拌机（湖北省潜江县仪器厂）；2100N浊度仪（HACH公司）；751GW分

21、光光度计（惠普上海分析仪器有限公司）；聚合氯化铝（以下简称PAC，Al2O330%,盐基度6580，2300元/吨，上海五四净水剂厂）；硫酸铝（以下简称AS，Al2O310%，900元/吨,上海五四净水剂厂）；聚丙烯酰胺（AN910PWG，阴离子型，分子量1.42107,单体含量0.008%,水解度20.5%,26000元/吨,法国SNF公司）。1.2 搅拌试验 搅拌试验过程：一组烧杯，各取1L水样,在快速搅拌中(140r.min-1)加入无机混凝剂,搅拌1min,然后转至慢速搅拌(30 r.min-1)15min；静置30min后取上清液测定浊度、CODMn和紫外吸光度。PAM则于快速搅拌(

22、140r.min-1)1min后加入，转至中速搅拌（100r.min-1)30s,再转至慢速搅拌(30 r.min-1)15min。紫外吸光度在254nm处进行，水样测定前用0.45um膜过滤水样。1.3 污泥湿基重量 小心倾去上清液，直至烧杯中约剩50ml泥和水，然后用滤膜过滤至无水珠滴下称重。2 结果与讨论 2.1 净水效果比较 试验的原水主要水质情况：水温=24；pH=7.2；浊度=196NTU；UV254=0.176；CODMn =7.12mg/l。混凝搅拌试验结果，整理成图1至图6表示。从图3至图6可以看出：PAM和无机混凝剂联合使用对UV254和CODMn去 除效果均有提高,但幅度

23、不大,因为PAM不能产生对有机物质具有吸附作用的水解产物，其对有机物的去除仅因提高固液分离效果得以提高。最为显著的是浊度的 去除效果提高（见图1和图2），这是因为先加入的无机混凝剂和胶粒负电荷起电中和作用使胶体脱稳，去除了大的悬浮粒子，而高分子絮凝剂PAM能使被中和的 胶体颗粒及很细微的胶粒迅速吸附和桥联，可去除很微细的胶粒，从而去浊效果大大提高。2.2 污泥湿基重量比较 表1 投加PAC和PAC+PAM 产生的污泥湿基重量比较不加PAM 加0.2mg/lPAM 编号 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 投加PAC（mg/l） 5 10 15 20 305 10 15 20 30 剩余浊度

24、（NTU） 31.3 6.47 3.81 1.83 1.50 5.27 1.53 0.87 0.83 0.80 污泥湿基重量(g) 1.3641 1.3970 1.4135 1.7189 1.9305 0.8764 0.8830 0.8772 0.9015 0.9901 表2 投加AS和AS+PAM 产生的污泥湿基重量比较不加PAM 加0.2mg/lPAM 编号 1 23 4 5 1 2 3 4 5 投加AS（mg/l） 10 20 30 40 5010 20 30 40 50剩余浊度（NTU） 48.7 17.7 11.7 5.41 2.23 15.2 6.27 2.34 1.32 1.28

25、 污泥湿 基重量(g) 1.7121 1.9273 2.0384 2.2671 2.7837 1.0718 1.1925 1.2079 1.4219 1.6310 由表1和表2可见：加入PAM后，各污泥湿基重量分别减少约40，究其原因可能是单独投加铝盐时污泥中一般以无机金属氢氧化合物为主，这些化合物带大量的结合水，造成污泥含水率增高，体积庞大2。而加入PAM，一方面可减少无机混凝剂的量，从而减少金属氢氧化物沉淀及结合水，另一方面形成的絮体紧密，可“压缩”絮体孔隙中的水和减少无机金属氢氧化合物和水的结合位。2.3 经济技术分析 加 入有机絮凝剂PAM后, 污泥湿基重量减少很多,取剩余浊度为5NT

26、U左右的水样进行比较(表中的两个号之间,表中的两个号之间)：10mg/lPAC产生的湿基污泥量为 1.3970g,5mg/lPAC+0.2mg/lPAM产生的湿基污泥量为0.8764g,前者多产生的湿基污泥量0.5206g,测其含固率为 10.38%,则其折算成干污泥量0.05404g。 同样可以计算出40mg/lAS比20mg/lAS+0.2mg/lPAM多产生干污泥量0.06436g（测得40mg/lAS产生的湿基污泥含固率为 5.99%）。根据上海闵行水厂一车间的污泥处理经验排泥水折算成干污泥的处理费用为912.32元/吨干泥3。以水厂处理万吨水为例进行经济分析见下表3和表4： 表3 用PAC+PAM，万吨水可节约处理费用（元）干泥量（t）节约污泥处理费用（元）总计节约处理费用（元）0.05404g/l=0.5404t/万t0.5404912.32元/t=493.02元493.02+63=556.02元 絮凝剂用量节约絮凝剂费用（元） 10mg/l=0.1t/万t(0.12300)-(0.052300+0.00226000)=63元5mg/l=0.05t/万t 0.2mg/l=0.002t/万t表4 用AS+PAM，万吨水可节约处理费用（元）干泥量（t）节约污泥处理费用（元）总计节约处理费用（元）0.06436g/l=