聚丙烯酰胺是一種線型水溶性高分子,是水溶性高分子中應(yīng)用最為廣泛的品種。聚丙烯酰胺和它的衍生物可以用作有效的絮凝劑、增稠劑、減阻劑等,普遍應(yīng)用于水處理、造紙、石油、煤炭、地質(zhì)、建筑等工業(yè)部門(mén)。由于PAM分子量高(103-107),水溶性好,可調(diào)節(jié)分子量并可以引進(jìn)各種離子基團(tuán)以得到特定的性能。其高分子量時(shí)是重要的絮凝劑,因此被廣泛應(yīng)用于污水及飲用水的處理中。
聚丙烯酰胺在水處理中的主要作用:
{1)減少絮凝劑用量。在達(dá)到同等水質(zhì)的前提下,PAM與其他無(wú)機(jī)絮凝劑配合使用,可大大降低絮凝劑的使用量。
(2)改善水質(zhì)。在飲用水處理和工業(yè)廢水處理中,PAM與無(wú)機(jī)絮凝劑配合使用,可以明顯改善出水水質(zhì)。
(3)提高絮體強(qiáng)度和沉降速率。PAM形成絮體強(qiáng)度高,沉降性能好,從而提高固液分離速率,有利于污泥脫水。
(4)循環(huán)冷卻系統(tǒng)的防腐與防垢。PAM可大大降低無(wú)機(jī)絮凝劑的用量,從而避免無(wú)機(jī)物質(zhì)在設(shè)備表面的沉積,減緩設(shè)備的腐蝕與結(jié)垢。
影響混凝的主要因素:
混凝表示整個(gè)凝聚和絮凝過(guò)程?!澳邸笔侵改z體的脫穩(wěn)階段,而“絮凝”是指膠體脫穩(wěn)后結(jié)成大顆粒絮體的階段。水處理中的混凝現(xiàn)象比較復(fù)雜,不同種類的絮凝劑以及不同水質(zhì)條件,其混凝機(jī)理有所不同。當(dāng)前比較一致的看法是絮凝劑對(duì)水中的膠體粒子的作用有三種:電性中和、吸附架橋和網(wǎng)捕卷掃作用。這三種作用有時(shí)會(huì)同時(shí)發(fā)生,有時(shí)僅其中一種或兩種機(jī)理起作用。影響絮凝劑作用的因素主要有絮凝劑、分離與工藝方法、混凝工藝等三方面。具體影響因素如下:
首先,絮凝劑水解是放熱反應(yīng),溫度低時(shí)絮凝劑水解反應(yīng)速率慢,溫度高時(shí)反應(yīng)速率快,形成的絮體小。其次,溫度低的水黏度大,使水中雜質(zhì)顆粒布朗運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度弱,碰撞機(jī)會(huì)減少,不適宜于膠體脫穩(wěn)凝聚,同時(shí)水的黏度大時(shí)水的剪切力增大,影響絮體的成長(zhǎng)。要取得好的混凝效果需有適宜的溫度范圍。水中懸浮物;
水中懸浮物成分和濃度水中雜質(zhì)的成分、性質(zhì)和濃度對(duì)混凝效果有明顯的影響。如水中存在二價(jià)以上的正離子,有利于壓縮膠體顆粒的雙電層;若水中以含黏土類雜質(zhì)為主,需要的混凝劑量則較少;如果廢水中含有大量的有機(jī)物時(shí),對(duì)膠體有保護(hù)作用,需要投加更多的混凝劑才會(huì)有好的混凝效果。水中雜質(zhì)顆粒級(jí)越單一均勻和越細(xì)小,帽越不利于沉降;大小不一的顆粒集成的礬花越密實(shí),沉降性能越好。水中雜質(zhì)的濃度過(guò)低,將不利于顆粒間的碰撞而影響凝聚,在這種情況下需投加高分子助凝劑,或投加礦物顆粒以增加凝結(jié)中心等,以提高混凝效果。
聚丙烯酰胺在水處理中的應(yīng)用
任何水源的水都含有雜質(zhì),一是自然過(guò)程產(chǎn)生的雜質(zhì);二是人為因素即工業(yè)廢水及生活污水的污染。這些雜質(zhì)按尺寸大小可分為懸浮物、膠體和溶解物。懸浮物和膠體是飲用水處理主要去除對(duì)象,粒徑大于0.1mm的泥沙能在水中很快自行下沉較易去除,而粒徑較小的懸浮物和膠體,需投加絮凝劑去除。
低濁度水的處理:
低溫低濁度水中有機(jī)物占的比例大。單投入硫酸鋁或PAC,上清液的濁度均隨絮凝劑投加量的增加而下降,但在達(dá)到一定值后,濁度趨于回升,形成的絮體結(jié)構(gòu)松散、輕飄,難于沉淀,處理效果差。投加PAM做助凝后,絮體體積增大,密度增加,沉降速率加快,沉淀能力迅速提高,出水濁度在為降低。當(dāng)PAM加入量過(guò)多,上清液的濁度趨于回升,這是發(fā)生了膠體保護(hù)現(xiàn)象。加入PAC的同時(shí),加入不同量的PAM進(jìn)行混凝沉淀,可加快去濁速率。當(dāng)PAM用量達(dá)到0.03mg/L時(shí),沉淀時(shí)間縮短一半,PAC投加量減少22%。PAM的加入可使凈水設(shè)備在超負(fù)荷運(yùn)行時(shí),在確保水質(zhì)的基礎(chǔ)上同時(shí)提高供水量,提高設(shè)備的利用率,降低成本。
高濁度水處理:
無(wú)機(jī)絮凝劑和有機(jī)絮凝劑復(fù)合處理高濁度的水的混凝效果優(yōu)于單獨(dú)處理,且絮凝劑的投藥順序?qū)炷Ч驮俜€(wěn)作用有影響,以先加無(wú)機(jī)絮凝劑,再加有機(jī)絮凝劑的效果更佳。復(fù)合使用時(shí),無(wú)機(jī)絮凝劑用量?jī)H為單獨(dú)使用時(shí)的1/4~1/2,而加入的有機(jī)絮凝劑PAM僅為單獨(dú)使用無(wú)機(jī)絮凝劑的1/40~1/20??偝杀颈葐为?dú)使用時(shí)明顯降低。比較PAM—三氯化鐵、PAM—PAC、PAM—硫酸鋁、PAM—淀粉等復(fù)合絮凝劑對(duì)高濁度水的絮凝效果,聚丙烯酰胺與聚合氯化鋁配合使用效果最佳。
無(wú)機(jī)物及重金屬的去除:
PAM可以去除水中的無(wú)機(jī)物。用PAM固定反硝化菌可用于去除飲用水的硝酸鹽。在進(jìn)水無(wú)磷的情況下,硝酸鹽快速轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽,但反硝化過(guò)程并不理想。在進(jìn)水中加入磷酸鹽后,反硝化效果非常顯著,出水中硝酸鹽與亞硝酸鹽均低于0.5mg/L,總氮去除率為95~100%。PAM去除水中的重金屬離子,如纖維素接枝PAM對(duì)汞有很好的選擇吸附性。