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            聚丙烯酰胺PAM在水處理中的應用有哪些,你知道嗎?

            來源:皓泉水處理發布日期:20-11-16 作者:www.af88af.com 瀏覽:

                 

                   聚丙烯酰胺(Polyacrylamide,簡稱PAM)是一類重要的線型水溶性高分子聚合物,具有良好的絮凝、吸附、增稠、耐剪性、降阻及分散等性能,在石油、采礦、水處理和造紙等行業中用途廣泛,有“百業助劑”之稱。隨著經濟的飛速發展,在水資源日益匱乏以及人們環保意識逐步提高的今天,聚丙烯酰胺優良的水處理性能備受人們關注,成為近年來水處理領域的研究熱點。

                1、聚丙烯酰胺的性能和作用

                聚丙烯酰胺通過丙烯酰胺單體發生化學聚合反應或丙烯酰胺與其他單體發生共聚反應而獲得,凡分子中丙烯酰胺含量超過50%以上的聚合物在工業中都被泛稱為聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺分子中含有大量的酰胺基,容易形成氫鍵。因此,具有良好的水溶性和很高的化學活性。同時,酰胺基團可發生各種典型的反應,并通過這些反應獲得多種功能性的衍生物。

                聚丙烯酰胺的分子量具有很寬的調節范圍,其按分子量的大小不同可分為低、中、高和超高分子四種,不同分子量的聚丙烯酰胺具有不同的性能和用途。

                1.1聚丙烯酰胺的分類與絮凝能力

                聚丙烯酰胺及其衍生物可根據所帶電荷的情況分成陰離子型、陽離子型、非離子型和兩性型四大類。不同類型的聚丙烯酰胺性質不同,同一類型中不同聚丙烯酰胺性質也不同。

                聚丙烯酰胺發揮凝聚作用主要通過兩個方面進行,一是通過氫鍵結合、范德華力以及靜電結合等作用對膠粒進行吸附,二是通過線型高分子鏈條在溶液中的吸附架橋作用來吸附纏結許多細小顆粒。

                影響聚丙烯酰胺絮凝能力的主要因素有:

                聚丙烯酰胺自身的相對分子質量、陽離子度與陰離子度的比例、離子化程度,溫度、pH等作用條件以及與聚丙烯酰胺共用的凝聚劑/助凝劑的性質等。

                陰離子型聚丙烯酰胺適用于粒子表面帶正電荷的水質處理,陽離子型聚丙烯酰胺類絮凝劑主要絮凝表面帶負電荷的膠粒。非離子型聚丙烯酰胺因不帶離子型官能團,故其絮凝能力受含鹽量和酸堿度的影響較陰離子型和陽離子型小。兩性型聚丙烯酰胺因同時含有陰離子和陽離子官能團,所以較為特殊,二者的含量與分布對其絮凝助濾作用有較大的影響。

                1.2聚丙烯酰胺在水處理中的作用

                聚丙烯酰胺在水處理中主要發揮以下作用:

                1、與其他絮凝劑配合使用,可降低絮凝劑的使用量。在達到同等水質的條件下,聚丙烯酰胺作為助凝劑與其他絮凝劑復配使用,可顯著降低絮凝劑的用量。

                2、改善水質。在飲用水處理與工業廢水處理中,聚丙烯酰胺作為助凝劑與其他凝聚劑共同使用時,可增強除濁和脫色效果,進而達到改善出水水質的目的。

                3、提高絮體的沉降速度和絮體的強度。加入聚丙烯酰胺之后,絮體的沉降速度加快,且形成的絮體強度增高,有利于固液分離,因此被廣泛用于污泥的脫水。

                4、循環冷卻系統的防垢與防腐。聚丙烯酰胺的加入可顯著降低無機絮凝劑的用量,從而減少了無機物質在設備表面的沉積,進而延緩設備的結垢與腐蝕進度。

                1.3聚丙烯酰胺的毒性

                對于哺乳類動物、水生生物和農田作物等來說,聚丙烯酰胺本身并沒有毒性,而且對環境影響也沒有很大的影響,更不存在燃燒、爆炸等方面的隱患。聚丙烯酰胺的毒性來自于聚合物中殘留的丙烯酰胺單體和生產過程中引入的有毒重金屬。丙烯酰胺是一種中等神經毒性物質,可損傷神經系統,中毒后表現為肌無力、運動失調等。

                2、聚丙烯酰胺在水處理中的應用

                聚丙烯酰胺及其衍生物的分子鏈上含有大量的官能團,具有良好的水溶性、絮凝能力和吸附架橋能力,同時具有分子量高、穩定性好、應用范圍廣、使用量少及產生的污泥少等特點,故廣泛應用各種類型污染水體的處理。且隨著污水污染程度和排放量的日益增加,對聚丙烯酰胺的需求量也越來越大。當前,聚丙烯酰胺是世界范圍內應用較廣、效能較高的高分子有機合成水處理劑。

                聚丙烯酰胺處理各種廢水絮凝效果圖

                2.1聚丙烯酰胺在給水處理中的應用

                給水處理的目的是通過采取適當的處理凈化方法除去水中的雜質,以達到符合生活用水或工業用水的標準。聚丙烯酰胺在給水處理中的應用主要包括低濁度水和高濁度水的處理兩個方面。研究試驗表明,在用硫酸鋁處理低濁度水時若同時加入聚丙烯酰胺可提高水的處理能力,當硫酸鋁濃度為3mg-9mg/L、聚丙烯酰胺濃度為0.0008mg/L-0.0125mg/L時,處理后的水濁度低于3度。在研究時發現,處理低濁度水時同時加入聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺,可顯著提高去濁效果。實驗中當加入的聚丙烯酰胺濃度為0.03mg/L時,可將沉降時間縮短為單獨使用聚合氯化鋁時的一半,并可減少22%的聚合氯化鋁用量。研究表明,在處理高濁度的黃河水時,同時添加聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺聯合使用,既能節約成本又能改善出水水質。目前我國的大部分水廠在用高濁度水生產生活飲用水時都會投加聚丙烯酰胺。

                雖然聚丙烯酰胺相對無機助濾劑價格比較貴,但綜合其用量和凈水效果來看,其性價比還是很高的。另外,助濾處理之后直接過濾可簡化后續的工藝流程,縮短水在水廠停留的時間,進而節省生產成本。

                2.2聚丙烯酰胺在生活污水處理中的應用

                城鎮生活污水的主要污染物是有機物,呈富營養化,另外還有病原菌及無機鹽等,其特點是化學需氧量COD、濁度、總磷(TP)、總氮(TN)比較高,水體顏色較深且有臭味。對于復雜成分的水體,單一成分的絮凝劑往往達不到水處理的要求,復合絮凝劑因此成為人們研究的焦點。復合絮凝劑不僅保留了各自的優點,而且彌補了單一使用時存在的不足,起到了協同絮凝的作用。復合絮凝劑有有機、無機以及有機無機復合絮凝劑三種,常用的是有機無機復合絮凝劑。先向污水中加入無機絮凝劑進行初步處理,再加入聚丙烯酰胺等有機高分子絮凝劑,通過其吸附架橋作用進一步起到絮凝的作用。

                研究表明,在對城市生活污水進行絮凝處理時,同時使用液態聚合氯化鋁鐵和聚丙烯酰胺作為混凝劑和助濾劑可使總磷去除率增長14.51%,由75.61%提高到90.12%。同樣也是使用聚合氯化鋁鐵作為混凝劑,同時配合助凝劑聚丙烯酰胺一起采用氣動絮凝的方式對模擬的城鎮污染河水進行處理,取得了很好的處理效果。當然,聚丙烯酰胺也可以經過改性獲得改性衍生物單獨用于生活污水的處理。將熱改性凹土與丙烯酰胺原位聚合制成凹土復合聚丙烯酰胺絮凝劑,用來處理污染的河水,除濁66.3%,除COD45.6%。

                2.3聚丙烯酰胺在重金屬廢水處理中的應用

                重金屬是引起水質污染的一個重要因素,其在食物鏈中可以發生富集,一旦富集過量就會對自然環境和人類健康造成很大的危害,因此有效降低水體中的重金屬含量對人類及其生態環境意義重大。聚丙烯酰胺經常與無機絮凝劑聯合使用應用于各種重金屬廢水的處理。在研究含鎳原水除鎳時發現,當原水pH為10.0,FeCl3濃度為25mg/L時,聯合使用聚丙烯酰胺可降低原水中鎳的含量,使其由0.226mg/L下降為0.0187mg/L。研究了靜態條件下聚季銨鹽聚丙烯酰胺對電鍍廢水中鎳離子的去除能力,發現廢水在pH為6.0-8.0,鎳濃度為0.100mg/L范圍內時,按Ni2+:聚丙烯酰胺質量比為1:30的比例加入聚丙烯酰胺,采取吸附時間為80min和吸附溫度為20℃的處理條件,Ni2+的去除率可高達98%。以某鋁材電鍍工業園的混合廢水為研究對象,采用化學-混凝沉淀法進行混合廢水的處理。試驗以氯化鈣和氯化鋁為沉淀劑,以聚丙烯酰胺作為助凝劑,處理結果中氟及多種重金屬的含量均符合要求。

                2.4聚丙烯酰胺在煤炭生產污水處理中的應用

                在煤炭生產中為加速煤泥水在濃縮池中的沉淀,改善濾餅結構并降低濾餅含水量,保證生產高效經濟運行,需要添加合適的絮凝劑來強化煤泥水的處理。聚丙烯酰胺常與無機混凝劑復配使用與選煤廠的煤泥水處理。撫順礦業集團西露天礦選煤廠經過多年生產實踐經驗發現,聚丙烯酰胺水溶液的配置及添加方式、聚丙烯酰胺的用量、煤泥水的濃度及溫度和入洗原煤的性質都會影響煤泥水的絮凝結果。研究了聚丙烯酰胺的光敏引發法制備及其在洗煤廢水處理中的應用,發現陰離子型聚丙烯酰胺的絮凝效果要優于非離子型聚丙烯酰胺,且用量少沉降快,絮凝后的洗煤水透光率高,可循環使用,節約生產成本。選用3種不同特性粘數的陽離子型聚丙烯酰胺對煤場的煤泥水進行絮凝處理,結果發現當特性粘數為634ml/g、處理的煤泥水pH為5時,聚丙烯酰胺的絮凝能力較強,較佳投加量為10g/m3。且在處理高灰分和細粒度的煤泥水時,陽離子型聚丙烯酰胺的絮凝效果要好于陰離子型聚丙烯酰胺。采煤過程中產生的礦井水大多礦化度比較高。以山西西山某礦井水為研究對象,先通過混凝法去除濁度和懸浮物質,再用電滲析法進行脫鹽處理,經過混凝法-電滲析法的聯合處理,礦井水的總離子去除率達到90%以上,滿足了飲用水的要求。

                2.5聚丙烯酰胺在其他工業廢水處理中的應用

                其它工業廢水品種繁多,性質成分各不相同,需個別情況個別分析,根據需要選取不同的聚丙烯酰胺。對水分散型陽離子聚丙烯酰胺在造紙廢水處理中的應用進行了研究,試驗結果表明將水分散型陽離子聚丙烯酰胺與無機聚合氯化鋁復配使用時效果比較好,且當二者的投加量分別為50、600mg/L時,處理效果更好,對懸浮物與化學需氧量的去除率分別為96.8%和87.5%。在制藥廢水領域,使用聚丙烯酰胺為助凝劑,聚合硫酸鐵為絮凝劑對高濃度的黃藥生產廢水進行處理,處理結果化學需氧量去除率為84%,黃藥去除率為100%。在乳制品行業,由于廢水中蛋白、糖和脂肪的含量比較高,化學需氧量COD非常高。使用硫酸鋁-聚丙烯酰胺復配處理乳制品生產廢水,取得了良好的效果,不管原水樣的化學需氧量和生物需氧量如何變化,其去除率分別處于62%-68%和62%-72%之間。

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