聚丙烯酰胺在水处理中的应用

胡玉林1    孙世良2

（1，国海证券，2，浙江鑫甬生物化工股份有限公司）

淡水资源是基础自然资源，系生态环境建设的控制性要素，同时又是战略性经济资源，为综合国力的有机组成部分。1997年联合国发布的《世界水资源综合评估报告》指出，水问题将严重制约21世纪全球的经济和社会发展，并可能导致国家间的冲突。而我国的水资源状况不容乐观，我国是一个水资源中度缺乏的国家，淡水资源总量为2.8万亿立方米，总量居世界第六位，人均占有量为2100立方米，不足世界人均水平的1/3，在联合国2006年对192个国家和评价中位居第127位。我国水资源正呈现不断恶化的趋势，水资源的污染造成的生态破坏已经成为经济发展的制约因素。因此保护水源、节约用水、提高水资源的循环利用、控制和治理水污染已受到国家和全社会的高度关注，而聚丙烯酰胺（简称PAM）作为重要的水处理剂，在水处理过程中具有其它产品不可替代的作用。

一、聚丙烯酰胺简介

中文名称：聚丙烯酰胺

中文别名：絮凝剂3号，简称PAM。聚丙烯酰胺胶体II型，聚丙烯酰胺（胶体），聚丙烯酰胺干粉（阴离子型），聚丙烯酰胺胶体Ⅰ型，阴离子聚丙烯酰胺。

英文名称：Polyacrylamide （PAM）

英文别名：Polyacrylamide absorbent Gel;Polyacrylamide solution; Acrylamide resin (low M.Wt.); Acrylamide resin (high M.Wt.); Acrylamide gel solution; Polyacrylamide,hydrolyzed; Polyacrylamide; PAM

CAS号：9003-05-8     分子式：(C3H5NO)n                           分子结构式：

PAM是一种线型高分子聚合物，是丙烯酰胺均聚物或与其他单体共聚物的统称，根据PAM聚合物分子中是否具有离子，分为非离子型PAM和离子型PAM。离子型PAM又包括阴离子型、阳离子型和两性PAM。

PAM易溶于水，是重要的水溶性高分子之一，其几乎不溶于苯、乙苯、酯类、丙酮等一般有机溶剂，其水溶液近似透明的粘稠液体，属非危险品，无毒、无腐蚀性，在100℃以下具有良好的热稳定性。

PAM和它的衍生物可以用作有效的絮凝剂、增稠剂、减阻剂等，普遍应用于石油开采、水处理、造纸、制糖、纺织印染、洗煤、冶金、医药、建筑、农业等领域，有“百业助剂”之称。由于PAM水溶性好，可调节分子量（103 ~ 107），根据产品应用领域可以引进各种离子基团以得到特定的性能，同时高分子量PAM是水处理中重要的絮凝剂，因此被广泛应用于污水及饮用水的处理中。

二、聚丙烯酰胺在水处理中的使用

PAM主要以两种形式的商品出售，一种是粉状，另一种是胶体。胶体不易运输，使用也不方便，市场上主要以粉状PAM为主。最近几年，出现了聚合物分散体，称为PAM乳液，它具有更加优异的水溶性。

PAM分子链长，酰胺基可与许多物质亲和、吸附而形成氢键。高分子量PAM在被吸附的粒子间形成“桥联”，生成絮团，加速微粒下沉。PAM类絮凝剂能适应多种絮凝现象，其用量小，效率高，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。

PAM一般作为助凝剂与其它无机絮凝剂配合使用，可大大降低无机絮凝剂的使用量，它的投药量约为无机凝聚剂的1/30至1/200，形成的泥渣少，而且其形成的絮凝体强度高，沉降速度快，利于污泥沉降后的脱水。

粉状PAM在使用前，首先将它配成水溶液0.1～1%溶液，使用时可以再稀释。配制时将一定量的粉状聚合物缓慢地、小批量地倒进有低速搅拌（搅拌速率为60转/分）的塑料或不锈钢槽中，溶解温度以50～60℃为宜，避免产生“大团块状”、“鱼眼状”难溶颗粒，溶液配置后不宜长时间存放以免变质。

非离子型PAM由于不带离子型官能团，其絮凝性能受水PH值和盐类波动的影响小，在中型或碱性条件下，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强。阳离子型PAM絮凝剂的分子量通常比阴离子型或非离子型低，其澄清性能主要是通过电荷中和作用而获得。阳离子型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。

表1 不同离子型的PAM絮凝剂应用范围

PAM用于城市给水处理（包括生活给水和饮用水）可除去水中的悬浮物、无机物和有机物，适于处理不同浊度的水。PAM用于处理饮用水是安全的，PAM本身无毒性，对环境影响小，其毒性是来自残留的丙烯酰胺单体，要求处理饮用水的丙烯酰胺残余单体含量在0.05%以下，由于用量极低，处理后水中的含量低于0.25ug/L，符合大多数国家的饮用水标准，因此不会对生物造成危害。阳离子型PAM由于引入了氨基类等基团，其毒性往往数十至数百倍地高于阴离子型和非离子型，他们的慢性毒性有待进一步研究中。

在工业循环水处理中，加入低分子量的PAM，减少了无机絮凝剂的用量，并能阻止盐类晶体析出和生长，避免颗粒在设备表面的沉积，减缓设备内壁的腐蚀与结垢，起到防腐与防垢的作用。

在工业污水处理中，PAM经常与聚合氯化铝等无机絮凝剂搭配使用，用于含金属废水、制药废水、含油废水、食品工业废水、纺织印染废水、化工废水、炼钢厂废水、洗煤废水等，具体需根据污水性质选用不同型号的品种，通过实验确定其投加量。

在污水处理中，会产生大量的污泥，许多化工企业产生的污泥含有微生物、细菌、有机物、重金属等有毒有害物质，并被作为危险废物列入环保部门重点监管内容。正常情况下，浓缩后的污泥含水率为95～97%，尚需进行机械压滤脱水，压滤之前，浓缩污泥还需要进行预处理，投加PAM混合絮凝剂，促进污泥颗粒的聚集，提高脱水性能，形成高固含量的泥饼，含水率可降低至60~80%，减少固体废物的重量和体积，利于运输、储存及焚烧等后处理。

三、聚丙烯酰胺应用领域情况

近几年，PAM在各领域得到了广泛应用，以下是我国PAM应用领域的一些统计数据。

表2   中国PAM市场分布情况（万吨）

从上表中可以看出，PAM在水处理市场消耗量逐年上升，基本稳定在25%左右，用于水处理的数量和相对比例均占总量第二位，这充分证明了PAM在水处理中起到的重要作用，近几年国家加大了环保整治力度，农村污水列入治理范围，加上一大批工业污水处理厂的升级改造与扩建，将给PAM带来更大的市场。因此，对PAM进行深入研究和开发新品有着极大的社会意义。

四、聚丙烯酰胺应用于水处理的展望

虽然石油开采是目前我国PAM最大的消费领域，但日益严格的法规促进了水处理工业的发展，市政污水处理领域不仅未受到金融危机的影响，反而表现出良好的增长势头。《国家环境保护“十二五”规划》指出：当前，我国环境状况总体恶化的趋势尚未得到根本遏制，环境矛盾凸显，压力继续加大。一些重点流域、海域水污染严重。农村环境污染加剧，重金属、化学品、持久性有机污染物以及土壤、地下水等污染显现。“十二五”期间治污目标：提升城镇污水处理水平，加大污水管网建设力度，推进雨、污分流改造，加快县城和重点建制镇污水处理厂建设，到2015年，全国新增城镇污水管网约16万公里，新增污水日处理能力4200万吨，基本实现所有县和重点建制镇具备污水处理能力，污水处理设施负荷率提高到80%以上，城市污水处理率达到85%，推进污泥无害化处理处置和污水再生利用。PAM作为絮凝剂在我国城市水处理以及化工、冶金、造纸、印染、制糖、味精、煤炭、建材等行业的废水处理的用量将不断增加。我国将成为全世界PAM产量最大、应用最广、技术最先进的国家之一。