玉泉聚丙烯酰胺在水处理行业上的应用

我国城市缺水有4种类型，即资源型缺水，工程型缺水，管理型缺水和污染型缺水。
我国河川多年平均径流量为2.62*10^12m3，相当于全球年均流量的5.6%，居世界第6位。但人均占有量只有2392m3/a，阴离子聚丙烯酰胺相当于世界人均占有量10800m3/a的22%，聚丙烯酰胺的应用现状是美国的1/5，居世界第110位，被列入世界12个贫水国家之一。
据统计，1996年在全国的666个城市中有528个城市有不同程度的缺水，其中严重缺水的城市达108个(百万人口以上)，特大城市中30个城市有长期缺水的困扰。值得注意的是，在我国经济比较发达人口比较集中的地区，特别是水资源短缺地区中，水的供需矛盾尤为突出。据报道，阴离子聚丙烯酰胺由于供水不足，城市工业每年的经济损失达2300亿元。给城市居民生活造成许多困难和不便，成为城市生活的一种困扰。
近年随着国家环境保护力度的逐步加大，PAM用于污水处理剂和污泥脱水剂的市场需求量快速增长。可以这样说，一方面环保给PAM提供了广阔的市场空间，另一方面PAM也为我国的环保事业发挥着急先锋的重要作用。
PAM的酰胺基可与许多物质亲和，吸附而形成氢键。高相对分子质量PAM在被吸附的粒子间形成桥联，生成絮团，有利于微粒下沉。聚丙烯酰胺类絮凝剂能适应多种絮凝现象，其用量小，阴离子聚丙烯酰胺效率高，生成的泥渣少，聚丙烯酰胺的应用现状后处理容易，对某些情况具有特殊的价值。我国的原水处理，城市污水处理和工业废水处理行业都在不同程度地使用PAM作为絮凝剂。PAM是目前应用最广，效能最高的高分子有机合成絮凝剂。因而PAM在水处理方面的应用具有特别重要的意义。
聚丙烯酰胺的酰胺基(-CONH2)可与许多物质亲和，吸附形成氢键。高相对分子质量PAM在被吸附的粒子间形成“桥联”，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。这使它成为最理想的絮凝剂。PAM絮凝剂主要用来处理各种废水。
与传统无机絮凝剂相比较的优点在于：品种多，聚丙烯酰胺,pam,阴离子聚丙烯酰胺,非离子聚丙烯酰胺,阳离子聚丙烯酰胺--巩义市泰和水处理材料有限公司能适应多种条件，剂量小，效率高，生成的泥渣少，后处理容易。
聚丙烯酰胺是目前世界上应用最广，效能最高的高分子有机合成絮凝剂，也是我国目前使用最多的絮凝剂。聚丙烯酰胺有阳离子型，阴离子型及非离子型3种类型，适用于不同的用途及不同的絮凝对象。
相对分子质量高的PAM的溶液最高浓度为0.5%，而较低相对分子质量的PAM，其溶液浓度则可配制为1%或稍高一点。在絮凝处理中，溶液还要再稀释到0.02%以下，配制成PAM溶液后不宜过长时间的存放，以免变质。
处理饮用水的PAM有严格的质量标准，残余单体含量在0.05%以下，PAM用量在2*10^-6以下。
非离子型PAM类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：絮凝性能受废水pH值和盐类波动的影响小；在中性或碱性条件下，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PAM；絮体强度比阴离子型高分子絮凝剂强。
阳离子型PAM的相对分子质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废水，例如染色，造纸，纸浆，食品，水产品加工与发酵等工业废水，以及城市下水处理工艺中的污泥脱水等。城市与工业污水常用活性污泥法处理，生化污泥常常是亲水性很强的胶体，所含水极难脱去，若采用阳离子型PAM类絮凝剂，能收到良好的脱水效果。
阴离子型PAM絮凝剂适用于粒子表面带正电荷的胶体，和阳离子型PAM类絮凝剂相比，阴离子型PAM类絮凝剂相对分子质量较高，而且，由于同一个分子内离子型基团间相互排斥，在水中的分子伸展度比较大，因而具有良好的粒子絮体化性能。它们可有效地用于矿物悬浮液的沉降分离。当所处理的水是pH值为中性到碱性的含无机质多的悬液时是适用的。例如，在氧化镁熔炼，锌的冶炼，磷酸等生产工艺中，可作为沉降促进剂。在水处理中，除可用于炼铁高炉，铝加工，造纸，河砂砾洗涤等的废水处理外，还应用在城市下水的一级处理中。
PAM类絮凝剂能适应多种絮凝对象，对某些情况有特殊的价值，应用中使用效果与选型，剂量和絮凝工艺有关。例如某钢厂收尘污水的絮凝澄清，原先使用阴离子度为20%-30%的PAM，单耗高达2.5g/m3污水，而溢流浊度在300*10^-6以上。改用阴离子度高的PAM，单耗仅0.2g/m3，而溢流浊度在50*10^-6一下。一般PAM相对分子质量越高，单耗越低。如某酸浸油矿浆，用相对分子质量为1100*10^4的PAM，单耗为30g/t矿，沉降速度为1.5mm/s，若用相对分子质量为300*10^4同类型PAM，要达到同样的沉降速度，单耗达80g/t矿。
PAM可用于处理电厂用水。在电厂用水处理中，首先要对原水(如河水)进行澄清处理。常用的化学方法就是将PAM和无机凝聚剂(如石灰，硫酸铝，聚合氯化铝)配合使用。因为，如果单用无机凝聚剂，需要高浓度才有效，合用PAM后，无机絮凝剂用量可大大下降。这就可以避免无机凝聚剂由于用量大而容易在冷却塔等的换热表面上沉积出来，加速设备的腐蚀和结垢。例如，把石灰，聚合氯化铝和PAM一起使用时，水澄清能力会大大提高。
在工业用水处理中，相对分子质量低的聚丙烯酰胺还可用作冷却水的阻垢剂。相对分子质量低的(10^4)阴离子型聚丙烯酰胺能阻止盐类晶体析出和成长，使固体颗粒悬浮而不致沉积，对锅炉，冷却塔及热交换器能起到阻垢作用。例如37.5份相对分子质量在100*10^4以下的聚丙烯酰胺和50份共聚磷酸钠组成的阻垢剂配方，可使严重结垢的换热器表面变为基本上不结垢。
工业用水除需絮凝悬浊物外常有更多的要求，因此，应把PAM类高分子絮凝剂与无机类絮凝剂和一些其他添加剂，如阻垢剂，杀菌灭藻剂等配合使用。
由于我国水污染严重，全国七大水系中近一半河段受不同程度污染。湖泊，水库富营养化严重，且以太湖，巢湖，滇池最为严重。流经城市的河段超过三类标准而不适用于生活用水的达78%，50%以上的城市地下水受到不同程度的污染。(中国跨世纪绿色工程规划)第一期完成后，七大流域新增城市集中式污水处理能力为1799*1O^4t/d，每年消减化学需氧量(COD)为337*10^4t；三大湖泊新增城市集中式污水处理能力为104*10^4t/d，4年削减COD为29*10^4t，总氮为2.93*10^4L，总磷为3200t；重点沿海城市新增集中式污水处理能力为104*10^4t，每年削减COD为30*10^4左右。
在污水处理方面，我国城市污水处理率达20%-30%，工业废水处理率达84%，城市排污设施普及率达70%。
污水处理和工业废水处理厂的污水都需用聚丙烯酰胺等絮凝剂进行絮凝澄清净化处理。在机械脱水前必须用PAM进行有效的预处理，以改善污泥性能，提高机械设备的生产能力。污泥脱水所用PAM越来越倾向于使用阳离子产品，特别是丙烯酰胺与丙烯羟基乙烷三甲胺氯化物的共聚物。阴离子型聚丙烯酰胺也广泛使用，单独用或与阳离子聚合物联合使用。一般用量为平均污泥(含水70%)量的2%-5%
PAM在污水处理中已经发挥了很大的作用。在这些方面PAM的应用例子很多。例如，使用胺甲基化聚丙烯酰胺为6.25mg/L加至工业污泥中，污泥滤速可由120s滤过总量的35%提高到35s滤过100%。活性污泥加入3%的胺甲基聚丙烯酰胺(即阳离子型聚丙烯酰胺)处理，悬浮物可由14133mg/L降至33mg/L，污水的一级处理中也广泛使用PAM。电镀废水含Zn2+为150mg/L，加入不到10mg/L的部分水解的PAM，Zn2+降至5mg/L以下。另一个为水含二价铬为150mg/L，三价铬为102mg/L，加1mg/L水解聚丙烯酰胺(相对分子质量为(550-1000)*10^4)后，就变成无色透明的溶液，悬浮物小于50mg/L，Pb2+为500mg/L；经水解度为5%-10%，相对分子质量为(550-1000)*10^4的PAM处理(用量为2mg/L)，悬浮物降至50mg/L，Pb2+小于0.1mg/L，在印染废水中，排出的活性染料废水中COD为80mg/L，用1mg/L水解度为20%-40%，相对分子质量为(550-1000)*10^4的PAM处理，COD可降至60mg/L；古马隆废水，处理前乳白混浊，加3mg/L的水解PAM即获透明无色水。含矿物油的洗涤水，处理前为乳浊液，油含量大于2000mg/L，经5mg/L PAM的处理，获得无色澄清水，油含量小于10mg/L。皮革废水中含有大量蛋白质等有机物，用400mg/L的硫酸亚铁先使其析出，然后加2mg/L水解PAM，即可将COD由814-3497mg/L降至107-778mg/L，总铬含量由257mg/L降至接近零，COD可下降70%-80%。食品，制药工业废水中含有大量蛋白质，脂肪等，一般先加铁或聚合氯化铝铝盐，使其析出，然后加PAM絮沉，析出的蛋自质可回收作饲料或提取氨基酸等。
随着城市人口的增加，水处理的量将不断增加。根据环保要求，新建水厂的污泥需统一进行污泥脱水处理，改造的供水厂的污泥也需达到脱水排放要求。由于一些城市的洁净地下水水位下降较快，地表水水质变差，城市供水中PAM用量必将迅速增加。预计今后10年中，PAM用于原水处理的总消费量将大大增加。
目前我国大城市的污水处理厂已普遍采用污泥脱水工艺。下表列举了几个重要城市的污水排放和处理状况。

注：杭州三堡污水处理厂所用PAM为15%水溶液。

城市污水处理将是PAM增长最快的市场。根据可持续发展概念，我国对三废治理的要求将会更高。在环保及土地费用较高的地区，采用PAM进行污泥脱水，可提高污水处理效果，减少污泥排放量，具有较好的社会，经济效益。随着太湖，长江，巢湖，滇池，淮河等流域的限期治理，PAM作为水处理剂的用量必将增长。
我国城市水处理PAM用量仅为美国的1/9。最近，国家环保总局和有关部门要求在水费中增加污水处理费及限制饮用水中铝含量，这为PAM在城市供水和污水处理领域的市场开发打开了空间。
工业废水处理是PAM用于水处理的又一重要方面。大型石化企业对环保较为重视，大部分使用了PAM作污水处理絮凝剂。石油化工领域的PAM年消费量约为900t。其他如钢铁，制糖，建材及印染行业的废水处理中也不同程度地使用PAM絮凝剂。
40年来PAM作为絮凝剂得到了稳步增长，市场日渐扩大，现已广泛用于制糖业中的糖液和废液的处理，食品加工，化工，湿法治金，洗煤，精矿回收，医药，建筑，环保，城市污水及工业循环水等众多行业。
PAM作絮凝剂的应用还在进一步的开发，使用的多为相对分子质量大(800*10^4以上)，低羧基的产品。一个新的动向是PAM与其他有机物如木质素磺酸盐，依康酸丁酯和辛酯的钾盐与苯乙烯的共聚物共用或PAM与氯化亚铁，硫酸锰，氯化钙，硫酸钠等无机物共用，以获得它们的协同效果。混合絮凝剂在价格上更具有竞争能力。