李楊¹，朱瑋青²，尹郁¹

（1 天津東郊污水處理廠，天津 300300；2 天津紀莊子污水處理廠，天津 300074）

　　1992年六月，聯合國發展大會通過的“21世紀議程”，提出了可持續發展這一人類共同的發展戰略。在這一戰略中，環境保護是物質基礎，而保護水源，控制和治理水污染則是環境保護的重要環節。隨著環保事業的發展，對水處理過程產生的污水和污泥的處置，越來越引起人們的重視。而聚丙烯酰胺（簡稱PAM）則在水處理方面具有非常重要的作用。

　　我國是一個水資源相當貧乏的地區，平均年水資源總量2.8萬億立方米，居世界第六位，但人均占有量只有2710立方米，相當于世界人均占有量的四分之一，居世界第88位。因而在我國，PAM在水處理方面的應用更具有特別重要的意義。

　　PAM是一種線型水溶性高分子，是水溶性高分子中應用最為廣泛的品種之一。PAM和它的衍生物可以用作有效的絮凝劑、增稠劑、減阻劑等，普遍應用于水處理、造紙、石油、煤炭、地質、建筑等工業部門。由于PAM分子量高（10³ ~ 10⁷），水溶性好，可調節分子量并可以引進各種離子基團以得到特定的性能。其高分子量時是重要的絮凝劑，因此被廣泛應用于污水及飲用水的處理中。

　　在地下水、地面水以及污水中，含有很多成微小顆粒狀態存在的雜質，為了去除這些雜質，即平時說的“去除水中的濁度”，可以利用懸浮顆粒的重力作用，通過靜止沉淀或慢速流動將雜質去掉。但是能借自然沉降去除的物質都是一些有機物，而且沉降速度很小，多在0.2 mm/s下。隨著現代工業和城市建設的發展，自然沉降已不能滿足要求，借助化學藥品加快沉降的技術早已應用于生產。PAM的酰胺基（-CONH₂）可與許多物質親和、吸附形成氫鍵。高分子量PAM在被吸附的粒子間形成“橋聯”，使數個甚至數十個粒子連接在一起，生成絮團，加速粒子下沉。這使它成為最理想的絮凝劑。它與無機絮凝劑相比較的優點在于：品種多，能適應多種條件，計量小、效率高、生成的泥渣少，后處理容易。它的投藥量約為無機凝聚劑的1/30至1/200。

　　因為PAM是效能最高的高分子有機合成絮凝劑，所以它是我國目前使用最多的絮凝劑。PAM主要以兩種形式存在：一種是粉狀，一種是膠體。膠體不易于運輸，使用也不方便，常用的是粉狀產品。PAM又有陽離子、陰離子及非離子，適用于不同用途和不同的絮凝對象。

　　在應用PAM之前，首先將它配成水溶液。一般是將粉狀PAM緩慢地、小批量地倒進攪拌著的冷水中，攪拌速度不宜太快，以免過度剪切引起聚合物分子斷裂。使其不致結團就可。加入速度也應隨著溶液粘度的增加而降低。稍稍提高溫度可以稍微增加溶解速度，但溫度不宜超過60℃。高分子PAM最高溶液濃度為0.5%，低分子PAM的溶液濃度可配置成1%或稍高一點。溶液配置后不宜長時間存放以免變質。例如：我廠污泥脫水使用干粉狀高分子陽離子型PAM，溶解濃度為0.3%。配置時，一邊攪拌一邊加入被水霧沖散的藥劑，在溶藥池溶解后的溶液，繼續攪拌90分鐘，并在當天使用完畢。

　　處理飲用水有嚴格的質量標準，殘余單體含量在0.05%以下，用量在2×10^-6以下；用于處理食品工業用水如洗菜洗水果的水，或用于食品包裝紙等方面時，也必須有嚴格的質量標準，經專門的機關批準和保證。

　　非離子性PAM由于不帶離子形官能團，因此，與陰離子PAM相比有以下特點：絮凝性能受廢水pH值和鹽類波動的影響小；在中性或堿性條件下，其絮凝效果不如陰離子型；絮體強度比陰離子型的要強。

　　陽離子型PAM分子量通常比陰離子或非離子型的聚合物低，其澄清性能主要是通過電中和作用而獲得。這類絮凝劑的功能主要是絮凝帶負電荷的膠體，具有除濁、脫色等功能，適用于有機膠體含量高的廢水，例如染色、造紙、食品、水產品加工等工業廢水，以及城市下水處理工藝中的污泥脫水等。城市與工業污水常用活性污泥處理法，生化污泥常常是親水性很強的膠體，所含水極難脫去，若采用陽離子性PAM類絮凝劑能收到良好的脫水效果。

　　陰離子型PAM絮凝劑適用于粒子表面帶正電荷的漿體，和陽離子型相比，它的分子量較高，在水中的分子伸展度較大，因而具有良好的粒子絮體化性能。可有效用于礦物懸浮業的沉降分離。除可用于煉鐵高爐、鋁加工、造紙等的廢水處理外，還應用在城市下水處理的一級處理中。

　　PAM類絮凝劑能適應多種絮凝對象，對某些情況有特殊價值。應用中使用效果與選型、劑量和絮凝工藝有關。例如：某鋼廠收塵污水的絮凝澄清，原使用陰離子度20% ~ 30%的PAM，單耗高達2.5 g/m³污水，改用陰離子度PAM單耗僅0.2 g/m³。一般PAM分子量越高則單耗越低。

　　PAM可用于處理電廠用水。在處理中，首先要對原水（如河水）進行澄清處理。常用的化學方法是將PAM和無機凝聚劑（如石灰、硫酸鋁）配合使用。因為如單用無機凝聚劑，需高濃度才有效，合用PAM后，無機凝聚劑用量大大下降，這就可以避免由于無機凝聚劑用量大而容易在冷卻塔等的換熱表面沉積出來，加速設備的腐蝕和結垢。例如：把石灰、三氯化鐵和PAM一起使用時，水澄清能力會大大提高。

　　在工業水處理中，低分子量的PAM還可用做冷卻水的阻垢劑。低分子量陰離子型PAM能阻止鹽類晶體析出和生長，使固體顆粒懸浮而不致沉積，對鍋爐、冷卻塔及熱交換器能起到阻垢作用。

　　工業用水除需要絮凝懸浮物外，常有更多要求，因此，應把PAM類高分子絮凝劑與無機類絮凝劑和一些其他添加劑，如阻垢劑、殺菌藻劑等配合使用。

　　建國以來，特別是改革開放以后，我國雖然在污水處理廠的建設方面取得了一定的成績，但仍沒能控制住水污染。由于我國水污染嚴重，全國7大水系中近一半河段受不同程度的污染。湖泊、水庫富營養化嚴重，流經城市的河段超過三類標準而不適用于生活用水的達78%，50%以上的城市地下水也受到不同程度的污染。在污水處理方面，90年代初，我國制定了到2000年城市污水處理率達20% ~ 30%，工業廢水處理率達34%，城市排污設施普及率達70%的水污染控制總體規劃目標。

　　市政污水處理廠和工業廢水處理廠的污水都需用PAM等絮凝劑進行絮凝澄清凈化處理。一般一座二級污水處理廠產生的污泥量約占處理水量的0.5% ~ 1.0%（體積）。所產生的污泥需要脫水，以產生清凈的濾水和高固含量的泥餅，并減少廢物污泥的重量和體積，來提高焚化和制作肥料的效力。許多污水處理廠用壓濾機來提高脫水率。這些污泥親水性很強，帶負電荷，很難脫水。在機械脫水前必須用PAM進行有效的預處理，以改善污泥性能，提高機械設備的生產能力。污泥脫水所用PAM越來越傾向于使用陽離子產品。以我廠為例，經過對幾種類型絮凝劑的測試，得出的結論是：高分子陽離子型PAM的脫水效果最好。現在我廠一直使用陽離子型PAM，使用濃度為0.3%，脫水后泥餅含水率為75%，泥餅厚度為4 ~ 6 mm，大大減少了污泥的重量與體積。

　　目前，PAM已在很多國家的水處理方面得到了廣泛應用，以下是美國和日本在使用PAM上的一些情況統計：

表1  美國1993年PAM消耗結構

表2  日本PAM消耗情況   （萬t）

　　從上表中可以看出，水處理在PAM消耗量中占有很大比例，這充分證明了PAM在環保中起到的重要作用。所以，對PAM進行深入研究和開發新品有著極大的社會意義。

　　在我國提出的可持續發展戰略目標中，控制和治理水污染是環境保護的重要環節。我國自60年代以來就開始PAM的生產，現在，生產技術水平已經達到了90年代先進水平。雖然目前我國的PAM主要應用于石油工業，在污水處理方面還沒有得到廣泛使用，但預計PAM聚合物的化學藥劑在我國水處理方面的應用將有很大的發展。我國將新建萬噸/年級規模、技術最先進、產品品種齊全的PAM生產廠。因此預計，在21世紀初，我國將成為全世界PAM產量最大、應用最廣、技術最先進的國家之一。