戰(zhàn)　 峰　 裘本昌

　　水處理劑 聚丙烯酰胺絮凝劑（PAM）又稱三號絮凝劑，是由丙烯酰胺單體聚合而成的有機高分子聚合物，無色無味、無臭、易溶于水，沒有腐蝕性。聚丙烯酰胺在常溫下比較穩(wěn)定，高溫、冰凍時易降解，并降低絮凝效果，故其貯存與配制投加時，溫度應控制在2℃～55℃時，絮凝效果為佳，否則會降低使用效果。
　　聚丙烯酰胺分子結(jié)構(gòu)式中，丙烯酰胺單體分子量為71.08，n值為2～9×10⁴，故聚丙烯酰胺分子量一般為1.5～6×10⁶。
　　聚丙烯酰胺產(chǎn)品按其純度來分，有粉劑和膠體兩種，粉劑產(chǎn)品為白色或微黃色顆粒或粉末，固含量一般在90%以上，膠體產(chǎn)品為無色或微黃色透膠體，固含量為8%～9%。
　　聚丙烯酰胺產(chǎn)品按其離子型來分，有陽離子型、陰離子型和非離子型3種。陽離子型一般都含有微量毒性，不適宜在給排水工程中使用，所以我們接觸到的水處理劑聚丙烯酰胺均屬陰離子型或非離子型。
　　聚丙烯酰胺的絮凝機理是：聚丙烯酰胺具有極性酰胺基團，酰胺基團易于借氫鍵作用在泥沙顆粒表面吸附。另外，聚丙烯酰胺絮凝劑有很長的分子鏈，其長度有100 A°，但鏈的寬度只有1A°，很大數(shù)量級的長鏈在水中具有巨大的吸附表面積，其絮凝作用好，還可利用長鏈在絮凝顆粒之間架橋，形成大顆粒絮凝體，加速沉降。
　　水處理劑聚丙烯酰胺的絮凝機理有別于三氯化鐵、硫酸鋁、堿式氯化鋁等混凝劑的ξ電位凝聚概念，所以，聚丙烯酰胺不能稱混凝劑，因其機量主要以吸附架橋為主，只能稱絮凝劑。
　　聚丙烯酰胺在NaOH等堿類作用下，極易起水解反應，使部分聚丙烯酰胺生成聚丙烯酸鈉，丙烯酸鈉分子在水中不穩(wěn)定，被離解成RCOO-Na⁺。因此，聚丙烯酰胺水解體是聚丙烯酰胺和聚丙烯酸鈉的共聚物，由于RCOO-（羥基）的作用，使聚丙烯酰胺水解體成為陰離子型高分子絮凝劑，而非水解的聚丙烯酰胺絮凝劑為非離子型高分子絮凝劑。從上述水解方程式看出，聚丙烯酰胺部分水解體產(chǎn)品具有一定的胺味，從這點就可以簡便區(qū)別聚丙烯酰胺產(chǎn)品是否水解。
　　聚丙烯酰胺部分水解后，使其性能從非離子型轉(zhuǎn)變?yōu)殛庪x子型，在RCCO-（羥基）基團的離子靜電斥力作用下，使聚丙烯酰胺主鏈上呈卷曲狀的分子鏈展開拉長，增加其吸附面積，提高架橋能力，所以部分水解體的聚丙烯酰胺的絮凝效果要優(yōu)于非離子型聚丙烯酰胺。
　　處理高濁度水的聚丙烯酰胺，一般都應采用部分水解體產(chǎn)品，最佳水解度（水解度是指聚丙烯酰胺分子中，酰胺基團轉(zhuǎn)化為羥基的百分數(shù)）的聚丙烯酰胺沉降速度是非水解體的2～9倍。但聚丙烯酰胺絮凝劑中水解度過高或過低的產(chǎn)品，其絮凝效果都不理想，因為水解度過低，吸附架橋能力不強，水解度過高則加強了產(chǎn)品的陰離子性能，增大了與泥土顆粒的排斥能力。經(jīng)過大量試驗證實，聚丙烯酰胺絮凝劑最佳水解度應為25%～35%。

　　水處理劑 聚丙烯酰胺國標的應用

　　水處理劑 聚丙烯酰胺，是中華人民共和國國家標準，編號GB 17514—1998，國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局1998-10-19批準，1999-04-01實施。
　　聚丙烯酰胺絮凝劑，是處理高濁度水的最佳絮凝劑之一，在我國從60年代開始試用以來，已有30余年的歷史。經(jīng)我國許多科研設(shè)計單位和高等院校、使用單位以及生產(chǎn)廠家的共同努力，使聚丙烯酰胺絮凝劑在黃河水系和長江上游的高濁度水處理中，取得了大量的研究成果和使用經(jīng)驗，為我國的給水凈化工藝的發(fā)展聚丙烯酰胺國標的制定提供了光輝的前途和科學的數(shù)據(jù)。
　　聚丙烯酰胺水解體絮凝劑優(yōu)異的使用效果和經(jīng)濟效益
　　關(guān)于這方面的研究成果和使用經(jīng)驗，已有大量的論文進行詳述，本文僅根據(jù)國標敘述的需要，作簡單的論述，以結(jié)論性意見表達。
　　聚丙烯酰胺水解體絮凝劑，是處理高濁度水最有效的高分子絮凝劑，可單獨使用，也可與普通混凝劑配合使用，在處理含沙量為10～150 kg/m³高濁度水時效果顯著，既可保證出水水質(zhì)，又可減少混凝聚劑用量和一級沉淀池的容積。一般可節(jié)約30%～60%的混凝藥劑費，產(chǎn)水量還可增加2～4倍，節(jié)約大量的基建投資。除此之外，其最大的經(jīng)濟效益是提高了給水工程處理泥沙量的上限值，比前一般水廠處理含砂量最高值為40～60 kg/m³，超過此值就要減產(chǎn)或停產(chǎn)，出水水質(zhì)也難以達標，給工業(yè)生產(chǎn)安全運行和城市人民生活水平帶來很大的影響，造成大量的經(jīng)濟損失。使用聚丙烯酰胺絮凝劑后，含沙量最高值可達100～150 kg/m³。以蘭州市城市供水為例，在未使用聚丙烯酰胺水解體絮凝劑前，超過60kg/m³就要減產(chǎn)，甚至于停產(chǎn)，僅一次造成的損失就達數(shù)百萬人民幣。另外，由于增加了產(chǎn)水量，基建投資可節(jié)約人民幣數(shù)千萬元。其他城市的情況也相似。
　　聚丙烯酰胺允許的最大投加量
　　使用聚丙烯酰胺絮凝劑雖然有優(yōu)異的效果和經(jīng)濟價值，但由于該產(chǎn)品的單體丙烯酰胺，在控制量以外對人體健康有一定影響，這就嚴格的限制了產(chǎn)品的使用價值。為解決上述問題的關(guān)鍵，尤其是絕對的保證人民的身體健康，我們查閱了大量的國外資料，在國內(nèi)進行了10余年的毒理試驗，經(jīng)過大量的試驗數(shù)據(jù)證明，聚丙烯酰胺絮凝劑本身是無害的，即聚合的聚丙烯酰胺是安全的，只是產(chǎn)品中的丙烯酰胺單體的含量和聚合不完全的短鏈含量對人體健康有一定的影響，從上述10余年的試驗資料證明，聚丙烯酰胺絮凝劑的產(chǎn)品，必須嚴格控制單體含量，才是解決上述問題關(guān)鍵。所以，這次國標制定中，規(guī)定必須嚴格控制單體的含量（包括少量和短鏈聚丙烯酰胺），并統(tǒng)一單體丙烯酰胺的測定方法，為安全使用聚丙烯酰胺絮凝劑提供可靠的保證。，本國標中對使用在飲用水和污水處理中的單體含量的控制有所區(qū)別。優(yōu)等品完全是國際標準規(guī)定的數(shù)值，也是我國標準向國際標準接軌的統(tǒng)一標準。一等品是逐步向國際標準接軌的過渡期產(chǎn)品。合格品是在保證安全前提下，考慮到我國的國情，要求必須達到的最低數(shù)值。
　　為了保證人民身體健康，今后在給水工程中使用聚丙烯酰胺絮凝劑，必須購買符合國標中單體含量規(guī)定指標的產(chǎn)品，否則嚴禁使用。單體含量的控制標準是國標的核心。單體含量減少后，實際上就是提高了聚丙烯酰胺絮凝劑的投加量，因為聚丙烯酰胺絮凝劑的不安全性主要是單體丙烯酰胺所致，這項國標的制定保證了以往設(shè)計手冊和規(guī)范中規(guī)定指標的安全性，其數(shù)值而且還可有所提高。
　　聚丙烯酰胺絮凝劑產(chǎn)品溶解時間
　　聚丙烯酰胺絮凝劑在使用中，遇到的最大難題是產(chǎn)品的溶解時間，由于產(chǎn)品溶解度的不佳，直接影響到使用效果，而且還容易堵塞投加設(shè)備。因此，國標第二項規(guī)定的指標，就是溶解時間。一般水解體產(chǎn)品容易溶解，溶解時間為60～120min，非離子型產(chǎn)品為90～240min。另外，溶解時間隨產(chǎn)品的分子量高低也有所不同，所以在水處理中聚丙酰胺絮凝劑產(chǎn)品分子量控制在200～500萬之間為佳。
　　固含量
　　聚丙烯酰胺絮凝劑產(chǎn)品中的固含量，是指完全聚合的聚丙烯酰胺的含量，這是對產(chǎn)品效果直接影響的指標，如達不到規(guī)定的指標，就是不合格的產(chǎn)品。其測定方法是保證產(chǎn)品質(zhì)量的主要手段，對此國標已有詳述，需注意驗收。
　　固含量和單體含量之間的差值是對人體無害的產(chǎn)品制造過程中添加的堿類等，其他主要成份是水。
　　水解體產(chǎn)品
　　在高濁度水處理中使用的聚丙烯酰胺絮凝劑產(chǎn)品主要是水解體產(chǎn)品，其理由本文上面已論述，最佳水解度為30%左右，是聚丙烯酰胺和聚丙烯酸鈉的共聚物。
　　檢測規(guī)則
　　聚丙烯酰胺絮凝劑國標規(guī)定的全部指標為出廠的檢驗項目，必須由生產(chǎn)廠的質(zhì)量監(jiān)督檢驗部門逐批檢驗，以保證出廠產(chǎn)品符合國標的要求，使用單位必須按國標規(guī)定驗收產(chǎn)品。如果有某一項指標不符合國標規(guī)定，整批產(chǎn)品不能驗收。由于聚丙烯酰胺絮凝劑是水處理劑，產(chǎn)品驗收必須認真負責，以保證人民身體健康為前提，如有差錯，必須承擔相應的責任。
　　其他
　　本產(chǎn)品是水處理劑，國標對產(chǎn)品標志、包裝、運輸、貯存等，都有嚴格規(guī)定。希生產(chǎn)廠家嚴格按標準辦，使用單位嚴格把關(guān)，確保產(chǎn)品安全可靠。對違反本條規(guī)定時，一般都嚴禁驗收并使用。

　　國標應用中的注意事項

　　聚丙烯酰胺絮凝劑在我國使用已有30余年歷史，經(jīng)過科研、設(shè)計、高校、使用等單位的大量工作，已取得了很多成熟的經(jīng)驗和行這有效的使用方法，以及防止失誤和影響效果的注意事項。在本國標制定中，由于目的和任務(wù)不同，不可能在諸多方面作出論述和規(guī)定。這項國標主要是針對聚丙烯酰胺產(chǎn)品本身的要求，在使用方面，除了和產(chǎn)品有關(guān)的溶解時間作出規(guī)定外，其他都未作任何規(guī)定。為了保證聚丙烯酰胺絮凝劑正確使用提高其使用效果，防止失誤，現(xiàn)將國標中未提及的問題，作摘要性敘述，以使國標在應用中發(fā)揮更大的作用。
　　聚丙烯酰胺溶液的攪拌速度和攪拌時間
　　聚丙烯酰胺溶液制配，一般采用機械攪拌。機械攪拌速度對溶液配制時間有較大的影響，但過大的攪拌速度，會引起聚丙酰胺溶液的降解，使部分聚丙烯酰胺長鏈斷裂，影響沉降效果，所以必須嚴格控制機械攪拌速度。在1 m直徑的攪拌桶內(nèi)轉(zhuǎn)速不得大于800 rpm，1.5～2 m直徑的攪拌捅內(nèi)轉(zhuǎn)速不得大于600rpm。提高攪拌溶液的溫度可減少溶解時間，但水溫最高不超過55℃，否則也會引起降解作用，影響使用效果。
　　聚丙烯酰胺溶液配制投加必須的專用設(shè)備
　　聚丙烯酰胺溶液的配制必須采用專用設(shè)備，嚴格防止與其他混凝劑共同使用，或在一投配池內(nèi)共同投加，否則會使兩種藥劑產(chǎn)生共聚沉淀，不但影響其效果，而且容易堵塞投加設(shè)備。
　　計量設(shè)備必須用溶液標定
　　由于聚丙烯酰胺溶液是一種減阻劑，與清水的標定值較大的差距。因此，聚丙烯酰胺溶液計量設(shè)備必須用溶液來進行標定，不得用清水標定。否則會加大聚丙烯酰胺的投加量，既提高處理成本，還會造成不必要的后果。
　　投加濃度
　　聚丙烯酰胺溶液的投加濃度越稀，效果越好，較稀的投加濃度能使溶液在水中迅速擴展、充分混合，防止產(chǎn)生濃度過高的膠體保護現(xiàn)象，影響用效果。但濃度太稀會造成龐大的投加設(shè)備。一般投加濃度以0.5%～1%為宜，配制濃度以2%為宜。
　　分批投藥
　　聚丙烯酰胺絮凝劑，在處理高濁水中，分批投藥比一次投藥的絮凝效果為佳。如以渾液面沉速為比較值，則前者為后者的3倍多。所謂分批投藥，就是將投藥量分成兩部分分別投加于水中，先加入一部分絮凝劑后使之與水迅速混合，相隔1～2min后，加入另一部分絮凝劑，再與水迅速混合。由于分批投藥能避免過高的絮凝劑濃度與泥沙結(jié)合，造成活性基團被封閉的后果，因而可達到較佳的效果。分批投藥的比例，一般先投加60%，然后再投加40%為佳。在給水工程設(shè)計時有條件情況下，應盡量采用分批投藥的措施。
　　投加順序
　　聚丙烯酰胺在作為助凝使用時，一般的投加順序是在投加混凝劑之后。如單獨作為處理高濁度水絮凝劑時，則應先投加聚丙烯酰胺絮凝劑，否則會影響使用效果。在投藥間設(shè)計時應考慮到投加順序變化的措施。