1、目 录摘 要（Abstract）- 2 -1.聚丙烯酰胺的进展- 4 -1.1 聚丙烯酰胺简介- 4 -1.1.1阳离子聚丙烯酰胺简介- 4 -1.1.2絮凝与污泥调质处理- 5 -1.1.3近几年在水处理上的工作- 6 -2.聚丙烯酰胺发展前景- 7 -3.试验材料与实验方法- 8 -3.1试验条件及方法- 8 -3.2聚丙烯酰胺最佳投量- 9 -3.3助凝剂最佳投加点- 12 -3.4聚丙烯酰胺水解(碱化)- 13 -4.生产应用与体会- 14 -4.1生产应用- 14 -4.2几点体会- 15 -4.2.1注意的事项- 15 -4.2.2最佳用量- 15 -4.2.3最佳投加点- 15
2、-4.2.4如何保证混合均匀- 15 -4.2.5最佳水解比- 16 -4.2.6 单体含量- 16 -4.2.7效果- 16 -5.总结- 16 -5.1聚丙烯酰胺允许的最大投加量- 17 -5.2聚丙烯酰胺絮凝剂产品溶解时间- 17 -5.3固含量- 18 -5.4水解体产品- 18 -5.5检测规则- 18 -5.6其他- 18 -5.7国标应用中的注意事项- 19 -5.7.1聚丙烯酰胺溶液的搅拌速度和搅拌时间- 19 -5.7.2聚丙烯酰胺溶液配制投加必须的专用设备- 19 -5.7.3计量设备必须用溶液标定- 19 -5.7.4投加浓度- 20 -5.7.5分批投药- 20 -5.
3、7.6投加顺序- 20 -参 考 文 献- 21 -聚丙烯酰胺在污水处理中的应用及其发展前景摘 要（Abstract）本文综述了聚丙烯酰胺剂型合成方法，聚丙烯酰胺的发展前景，聚合条件对聚合速率和产品分子量的影响，并采用阳离子官能团反应后功能化工艺制备了阳离子聚合物，废水涉及行业众多，污水的性质千变万化，在聚丙烯酰胺的药剂选择方面我们要根据实际水质和工艺流程综合考量，去做烧杯试验确定。关键词：聚丙烯酰胺 阳离子聚丙烯酰胺 污泥脱水 最佳投放量Polypropylene n amine in sewage processing in the of application and developme
4、nt prospects summary Abstractthis summary of has polypropylene n amine formulations synthesis method, polypropylene n amine of development prospects, aggregate conditions on aggregate rate and products molecular volume of effect, and used cation functional groups reaction Hou function of technology
5、preparation has cation polymer, wastewater involved industry many, sewage of nature Kaleidoscope, in polypropylene n amine of pharmaceutical select area we to under actual water and process integrated considerations, to do beaker test determines. Keywords: polyacrylamide in cationic polyacrylamide s
6、ludge dewatering best put by1.聚丙烯酰胺的进展聚丙烯酰胺有机合成高分子絮凝剂能有效降低水中悬浮固体的含量,并有使病毒沉降和降低水中甲烷前体物的作用,使水中的总含碳量(TOC)降低,具有用量少、废水或污泥处理成本低、毒性小以及使用的pH值范围宽等优点。其中,聚丙烯酰胺类阳离子有机高分子合成技术在全世界范围内研究较广,合成方法不断改进,絮凝性能不断提高。1.1 聚丙烯酰胺简介聚丙烯酰胺PAM为水溶性高分子聚合物，不溶于大多数有机溶剂，具有良好的絮凝性，可以降低液体之间的磨擦阻力，按离子特性分可分为非离子、阴离子、阳离子和两性型四种类型。聚丙烯酰胺主要用于水的净化处理、
7、纸浆的加工及管道的内涂层等。 随着聚合技术的发展，聚丙烯酰胺已由最初干粉（胶体）发展成为现在的干粉、胶乳和微胶乳三种形式。八十年代获得工业化生产的聚丙烯酰胺胶乳产品，其发展速度相当快，在欧美发达国家，其生产规模占已聚丙烯酰胺总量的7080%。九十年代发展的聚丙烯酰胺微胶乳仍处于试验阶段，许多技术问题仍有待解决，近几年的研究极为活跃，可以预计在不久的将来聚丙烯酰胺微胶乳产品将实现工业化生产。1.1.1阳离子聚丙烯酰胺简介阳离子聚丙烯酰胺是近几年发展最快的品种，在西方发达国家其年增长率为510%，已占聚丙烯酰胺总产量的60%以上。我国的情况比较特殊，阴离子聚丙烯酰胺占总产量的90%以上，主要用于石
8、油开采，阳离子聚丙烯酰胺产量很小而且生产企业规模也很小，几乎没有形成一定规模的生产装置。随着水处理行业的飞速发展，对阳离子聚丙烯酰胺需求高速增长，相信国内阳离子聚丙烯酰胺将会在近几年有一个较大的发展。阳离子聚丙烯酰胺主要包括以下三种：低分子量聚胺类、丙烯酰胺与阳离子单体共聚类和非离子聚丙烯酰胺改性类。聚胺类包括聚乙烯亚胺、聚乙烯咪唑啉、胺表氯醇缩合物及其改进产品，这类产品电荷密度高但分子量低，主要用于功能性造纸添加剂、石油开采和化妆品等行业，很少用于污泥脱水。丙烯酰胺与阳离子单体共聚类阳离子聚合物产量最大，阳离子单体主要指（甲基）丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）和二甲基二烯丙基氯化胺（DMD
9、AC），其中P（AMDMC）产品分子量较高，阳离子度0100%之间可调，粉状阳离子聚丙烯酰胺几乎全部属于此类结构，我国用于污泥脱水的粉状阳离子聚丙烯酰胺亦属于此类，产品分子量400600万，阳离子度3050%，其主要问题在于DMC需要进口，价格昂贵，导致生产成本较高。对于P（AMDMDAC）而言，由于DMDAC单体空间位阻较大，聚合活性差，很难制备分子量和阳离子度都令人满意的产品，所以用于污泥脱水的不多，而且DMDAC吸水性极强，该类产品通常为液状。非离子聚丙烯酰胺的酰胺基可与多种试剂反应，其中与甲醛二甲胺反应可生成叔胺结构聚合物，进一步季胺化生成季胺盐。由于聚丙烯酰胺水溶液的粘度非常大，通常
10、600800万分子量时2%浓度已很粘稠，这就给水溶液反应带来困难，由于PAM浓度很低，导致阳离子度通常不会超过10%且残余甲醛浓度较高。对于污泥中有机质含量不高的县级污水处理厂而言，低成本的非离子聚丙烯酰胺Mannich变性产品是适用的。1.1.2絮凝与污泥调质处理絮凝是通过有机高分子絮凝剂对悬浮液（或胶体）中细小颗粒的电中和和吸附架桥使其脱稳的过程，有机高分子絮凝剂必须具有较高的相对分子量和线性结构以及适度的电荷密度，其分子结构、离子形态、强度和分布、分子量和分布及支化程度等都会对絮凝效果产生影响，针对给定悬浮液特点合成确切结构的絮凝剂，使絮凝剂产品形成系列化是科研工作者共同的任务。城市污水
11、处理厂污泥脱水调质处理是有机高分子絮凝剂应用的重要方面，污泥分为生污泥（初沉污泥和剩余污泥）和消化污泥，应根据污泥的种类和性质选择有机高分子絮凝剂。污泥中VSS/SS（SS中有机物比例）较高时，应尽量选用阳离子度高的絮凝剂，并增加絮凝剂投加量；污泥中SS浓度高时，应选用高分子量的絮凝剂，SS浓度低时，可选用分子量较低的絮凝剂；污泥PH高时（消化污泥），应选用官能团为季铵盐结构的絮凝剂，pH低时，叔胺和季铵盐结构的絮凝剂均可使用。1.1.3近几年在水处理上的工作进年来一直从事水溶性聚合物的研究工作，先后承担了多项国家重点火炬计划 、国家重点科技攻关和山东省重点科技攻关项目，其中超高分子量聚丙烯酰
12、胺干粉产品分子量达到2500万，水溶时间为30分钟。近年来我们对丙烯酰胺类水溶性单体反相乳液聚合和微乳液聚合进行了深入研究，提出了水溶性单体反相准微乳液聚合新工艺，该工艺具有乳液聚合的特点，即产品分子量高和乳化剂含量低，同时兼有微乳液聚合的特点，即聚合速度快和产品高度稳定。并且在国际上首次实现聚丙烯酰胺微胶乳工业化生产，由于采用了先进独体的聚合技术，微胶乳产品具有很高的分子量和极窄的分子量分布、极快的溶解速度和无不溶物的特点。聚丙烯酰胺微胶乳产品主要技术指标如下：产品外观：透明或半透明微胶乳 固含量30 分子量：8002000万水溶时间：3分钟 乳化剂含量12（以丙烯酰胺计）该产品用于钢厂转炉
13、废水、造纸白水、泥沙水等废水处理时，其效果优于进口高分子量聚丙烯酰胺干粉，在应用于铝、锰、钛、铜等金属的湿法冶炼过程中的浆液分离时，其效果明显优于干粉产品，可提高清液的澄清度，最终提高产品的质量。2.聚丙烯酰胺发展前景 虽然我国是世界上最大的聚丙烯酰胺消费地区，但是在我国，聚丙烯酰胺的应用领域与世界其他国家有很大的差异。目前，世界上其他国家的聚丙烯酰胺主要应用于水处理和造纸行业，而我国对聚丙烯酰胺的应用主要集中在石油开采行业。据中投顾问发布的2010-2015年中国聚丙烯市场投资分析及前景预测报告显示，在我国，聚丙烯酰胺作为三次采油的驱油剂，应用于石油开采行业的比例约占消费总量的60%。由于我
14、国聚丙烯酰胺应用于石油开采行业的比例较大，近年来，随着国内经济的不断发展，石油的需求量持续增加，将会拉动采油专用聚丙烯酰胺需求量的增长。而且，由于经济的高速增长，工业化、城市化带来的高污染问题逐渐凸显，将会促使水处理等环保行业的发展，从而增加对聚丙烯酰胺的需求。再加上国内造纸、纺织、煤炭、采矿、冶金等相关行业的发展相对稳定，也有利于聚丙烯酰胺应用空间的开拓，未来我国聚丙烯酰胺的市场容量将会逐步增大。此外，中投顾问常轶智指出，聚丙烯酰胺是符合化学工业“十一五”发展纲要的新产品，属于产业结构调整鼓励类行业。其中，阳离子型聚丙烯酰胺是国家鼓励发展的环保类产品，而阴离子型聚丙烯酰胺则是符合国家能源战略
15、、提高原油采收率的重要产品。常轶智认为，国家相关政策的扶持也会给聚丙烯酰胺带来良好的发展机遇，从而扩大聚丙烯酰胺的市场容量。例如，原国家环保总局、国家发改委制定的国家环境保护“十一五”规划要求，到2010年，所有城市都要建设污水处理设施，城市污水处理率不低于70%，全国城市污水处理能力达到1亿吨/日，这将会加大水处理领域对聚丙烯酰胺的需求；而在国家十一五规划中也提到，到2010年，我国原油采收率要保持在32%左右，原油和天然气产量分别要达到1.93亿吨和920亿立方米，这也会增加聚丙烯酰胺在石油开采行业的消费量。图1-1聚丙烯酰胺图片从2003年开始，我司对在各种复杂水质条件下的净水生产中如何
16、用好助凝剂聚丙烯酰胺，使混凝后产生一种粒度大、比重大而结实的矾花进行了生产性应用试验，获得了满意的助凝沉淀效果。几年来的实践不但解决了净水生产中处理各种复杂原水水质的难题，而且在保证水质和不增加净水成本的前提下，使生产能力大幅度提高。3.试验材料与实验方法3.1试验条件及方法按给水处理和水处理工程理论与应用中介绍的凝聚试验方法，模拟净水生产工艺的混合搅拌条件为：搅拌转速150 r/min，搅拌时间3min；絮凝反应搅拌条件为搅拌转速50r/min，搅拌时间10min。观察并记录矾花形成情况，静止沉淀10min，同时观察并记录矾花沉淀情况和检测上清液浊度及pH值。当出现常用净水方法不能净化处理原
17、水时，首先应进行最优投矾量试验选出最佳投矾量，然后进行模拟净水生产的助凝沉降试验，最后将助凝试验结果运用到净水生产实际中。3.2聚丙烯酰胺最佳投量表1的结果表明：聚丙烯酰胺作为净水助凝剂，其最佳投量是0.030.4mg/L。在净水生产中也证明了投加量少于0.03mg/L时它的助凝效果不显著；超过0.4mg/L时它的助凝作用过快，形成的矾花颗粒很大，易造成大量的污泥沉积在反应池的后部和沉淀池的前部，沉淀池的长度和面积不能充分利用，影响反应沉淀效果。表1-1聚丙烯酰胺最佳投量试验结果杯号固体聚合氯化铝投加量（mg/L）固体聚丙烯酰胺投加量（mg/L）矾花描述混液面沉速（mm/s）上清液浊度（NTU
18、）上清液PH值A130很细0.309.66.6A230.01很细0.384.96.6A330.03大、实0.573.16.6A430.06较 大、重0.833.06.6A530.10很大、重1.703.26.6A630.30很大、重3.123.16.6A730.60助凝剂加入后迅速形成粗而结实的矾花，3min后矾花沉底，上清透明。2.86.6A831.002.96.6B150很细0.307.27.5B250.10很细0.322.87.5B350.03大、实0.832.97.5B450.06较大、重3.127.27.5B550.10很大、重工业4.176.97.5B650.30助凝剂加入后迅速形
19、成粗而结实的矾花，3min后矾花沉底，上清透明3.17.5B750.602.87.5B851.002.97.5C1200很细、轻0.2313.67.2C2200.01很细、径0.2313.07.2C3200.03大、实0.525.07.2C4200.06较大、重0.834.17.2C5200.10很大、重1.143.87.2C6200.30很大、重1.392.57.2C7200.60加入4min后，矾花沉底，上清透明。2.17.2C8201.00加入3min后，矾花沉底，上清透明。2.17.2注A1A8烧杯中原水浊度1063NTU，原水PH值6.6，原水温度25B1B8烧杯中原水浊度2073N
20、TU，原水PH值7.5，原水温度263.3助凝剂最佳投加点聚丙烯酰胺作为净水助凝剂，其投入点是决定助凝沉淀效果好坏的关键。表2的试验结果和在净水生产中应用结果表明：在絮凝反应总时间的1/22/3间加入聚丙烯酰胺可获得最佳的助凝沉淀效果。如果和混凝剂同时投加则毫无助凝效果；如果在絮凝反应总时间的前或后1/3的时间里加入，其助凝效果都不显著。过早加入，细小的矾花未形成；过迟加入其聚合网捕作用时间不充分，助凝效果无法发挥。表2-2聚丙烯酰胺最佳投入点试验结果杯号123456固体聚合氯化铝投加量（mg/L）444444固体聚丙烯酰胺投加量（mg/L）0.050.050.050.050.050.05助凝
21、剂投入后搅拌时间（min）13108642矾花描述很细细小、轻细小、轻大、结实大、结实细小、轻混液面沉速（mm/s）0.330.420.500.720.690.48上清液浊度（NTU）9.07.85.53.03.46.0上清液PH值7.67.67.67.67.67.6注1原水浊度：1390NTU；原水PH值：7.6；原水温度：252助凝剂加入时间点：1号杯和混凝剂同时投加，2-6号杯分别在絮凝反应搅拌开始时、2min、4min、6min和8min时加入3.4聚丙烯酰胺水解(碱化)在溶解聚丙烯酰胺的同时加入一定比例的氢氧化钠，溶解后放置8 h左右使之充分水解(碱化)，经水解后可使聚丙烯酰胺卷曲的
22、高分子链充分伸展开，大大地增加了它和细小矾花颗粒相碰和吸附的机会，使聚丙烯酰胺的吸附架桥网捕作用得到充分的发挥，从而进一步提高助凝效果。实际应用经验表明，现配现用的水解比(碱化比)要大一些，一般选用10.2为宜，即1g聚丙烯酰胺加入0.2g氢氧化钠。如果水解时间能满足8h，水解比应选用10.0110.05。水解比越大所需水解时间就越短，但水解比过大会造成净化后的水质pH值升高。如果使用水解度为30%以上的阴离子型聚丙烯酰胺，即可免去水解步骤。4.生产应用与体会4.1生产应用自1991年初采用聚丙烯酰胺作为净水助凝剂以来，无论原水水质情况如何均可获得令人满意的助凝沉淀效果，超负荷35%左右生产供
23、水也是如此。由于采用聚丙烯酰胺作为净水助凝剂，石湾水厂1997年多供水675.66104t，1998年多供水2500.72104t ，1999年多供水4376.98104t。目前公司供应全部水厂已经将聚丙烯酰胺作为净水助凝剂投加使用，不但能够保量优质供水，而且为净水生产管理带来了方便，制水成本也不会增加，同时大大提高了絮凝沉淀效果，减少一半左右的混凝剂用量，提高了沉淀池的制水能力。因此直接和间接降低了制水总成本。在实际应用中使用粉末状的固体聚丙烯酰胺高分子助凝剂，通常用自动送粉器或简易分散器等定量送粉，使其在一定量的水中分散溶解之后，再通过计量泵投加到反应池中。在溶解时，如果只是简单地将聚丙烯
24、酰胺投入水中，就会形成块状，即使长时间搅拌也不溶解，而且容易造成投加系统堵塞。因此一般采用溶解水和粉末接触分散呈薄膜状态的分散器。在自动送粉器中，一般装有分散器。在用手工分散时，使用如图1所示的简易分散器。完全溶解的聚丙烯酰胺投加到反应池的中段，利用水的流动作用，可使细小的絮凝体与聚丙烯酰胺均匀结合，形成大而结实的矾花。如果人为地增设混合措施则造成絮凝体被破坏而失去助凝作用。不需要辅助混合设施是此方法的一大优点。只要在反应总时段的1/22/3间加入溶解好的助凝剂聚丙烯酰胺，即可获得理想的助凝沉淀效果。4.2几点体会4.2.1注意的事项聚丙烯酰胺作为净水助凝剂，必须充分搅拌溶解后才能投加使用。否
25、则不能发挥其应有的高效助凝效果，还会造成投加系统堵塞、封闭滤池表面、破坏滤池效率、大大缩短滤池的反冲洗周期等不良后果。溶解时搅拌速度应控制在4001000r/min，溶解搅拌时间1h左右为宜。低温季节水温低、难溶解，用热水可缩短溶解时间，但水温不能超过60。4.2.2最佳用量聚丙烯酰胺作为净水助凝剂，要获得最佳助凝效果的用量幅度很小，其最佳投量是0.030.4mg/L。超出这个范围会不起作用或很容易起副作用。4.2.3最佳投加点投加点是决定聚丙烯酰胺助凝沉淀效果好坏的关键。最佳投加点是在净水生产絮凝反应全流程中的1/22/3。4.2.4如何保证混合均匀为保证均匀混合，应使用最稀浓度。聚丙烯酰胺
26、浓度为0.05%左右，既利于搅拌溶解又便于投加使用，而且助凝效果最佳。聚丙烯酰胺溶液不宜存放超过10d，也不能与铁器接触，溶解水温不能超过60。否则会使聚丙烯酰胺分子链断开而失去助凝效果，并造成净化出水中丙烯酰胺单体含量增加的不良后果。4.2.5最佳水解比聚丙烯酰胺经过水解(碱化)可提高助凝效果。水解时间要8h左右，最佳水解比是10.0110.05。在实际生产中经常是应急使用，无充足的水解时间，可通过加大水解比来达到较好水解的目的。现配现用的水解比10.2较为适合。4.2.6 单体含量为使净化出水中丙烯酰胺单体含量不超过卫生标准的规定，必须采用高聚合度的聚丙烯酰胺作为饮用水的净水助凝剂，要求使
27、用丙烯酰胺单体含量低于0.2%的产品。4.2.7效果对各种原水水质(包括超负荷35%左右)，高效助凝剂聚丙烯酰胺均能发挥良好的助凝沉淀效果。如石湾水厂第三车间，其设计供水能力是15104t/d。采用聚丙烯酰胺作为助凝剂，投加量0.05mg/L，在保证优质供水的前提下，全天供水量达到22.3104t，超出设计供水能力的48.7%。5.总结聚丙烯酰胺产品按其离子型来分，有阳离子型、阴离子型和非离子型3种。阳离子型一般都含有微量毒性，不适宜在给排水工程中使用，所以我们接触到的水处理剂聚丙烯酰胺均属阴离子型或非离子型。5.1聚丙烯酰胺允许的最大投加量使用聚丙烯酰胺絮凝剂虽然有优异的效果和经济价值，但由
28、于该产品的单体丙烯酰胺，在控制量以外对人体健康有一定影响，这就严格的限制了产品的使用价值。为解决上述问题的关键，尤其是绝对的保证人民的身体健康，我们查阅了大量的国外资料，在国内进行了10余年的毒理试验，经过大量的试验数据证明，聚丙烯酰胺絮凝剂本身是无害的，即聚合的聚丙烯酰胺是安全的，只是产品中的丙烯酰胺单体的含量和聚合不完全的短链含量对人体健康有一定的影响，从上述10余年的试验资料证明，聚丙烯酰胺絮凝剂的产品，必须严格控制单体含量，才是解决上述问题关键。所以，这次国标制定中，规定必须严格控制单体的含量（包括少量和短链聚丙烯酰胺），并统一单体丙烯酰胺的测定方法，为安全使用聚丙烯酰胺絮凝剂提供可靠
29、的保证。，本国标中对使用在饮用水和污水处理中的单体含量的控制有所区别。优等品完全是国际标准规定的数值，也是我国标准向国际标准接轨的统一标准。一等品是逐步向国际标准接轨的过渡期产品。合格品是在保证安全前提下，考虑到我国的国情，要求必须达到的最低数值。为了保证人民身体健康，今后在给水工程中使用聚丙烯酰胺絮凝剂，必须购买符合国标中单体含量规定指标的产品，否则严禁使用。单体含量的控制标准是国标的核心。单体含量减少后，实际上就是提高了聚丙烯酰胺絮凝剂的投加量，因为聚丙烯酰胺絮凝剂的不安全性主要是单体丙烯酰胺所致，这项国标的制定保证了以往设计手册和规范中规定指标的安全性，其数值而且还可有所提高。5.2聚丙
30、烯酰胺絮凝剂产品溶解时间聚丙烯酰胺絮凝剂在使用中，遇到的最大难题是产品的溶解时间，由于产品溶解度的不佳，直接影响到使用效果，而且还容易堵塞投加设备。因此，国标第二项规定的指标，就是溶解时间。一般水解体产品容易溶解，溶解时间为60120min，非离子型产品为90240min。另外，溶解时间随产品的分子量高低也有所不同，所以在水处理中聚丙酰胺絮凝剂产品分子量控制在200500万之间为佳。5.3固含量聚丙烯酰胺絮凝剂产品中的固含量，是指完全聚合的聚丙烯酰胺的含量，这是对产品效果直接影响的指标，如达不到规定的指标，就是不合格的产品。其测定方法是保证产品质量的主要手段，对此国标已有详述，需注意验收。固含量和单体含量之间的差值是对人体无害的产品制造过程中添加的碱类等，其他主要成份是水。5.4水解体产品在高浊度水处理中使用的聚丙烯酰胺絮凝剂产品主要是水解体产品，其理由本文上面已论述，最佳水解度为30%左右，是聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钠的共聚物。5.5检测规则聚丙烯酰胺絮
