聚丙烯酰胺在水處理中的應用

    聚丙烯酰胺在水處理中的應用

    聚丙烯酰胺作絮凝劑在廢水處理中有著廣泛的應用,本文分別介紹了陽離子型聚丙烯酰胺、兩性離子型聚丙烯酰胺、陰離子型聚丙烯酰胺、非離子型聚丙烯酰胺作為水處理劑的特點、水處理原理及在不同工業廢水中的應用,展望了聚丙烯酰胺在水處理領域中的應用前景。

    近年來隨著我國工業的迅速發展,工業廢水排放量日益增加,對環境造成嚴重污染,加之水資源緊缺,所以對工業廢水進行處理的要求更加迫切。

    聚丙烯酰胺作為一種絮凝劑,已在各種廢水處理中得到了廣泛的應用,工業上使用的聚丙烯酰胺絮凝劑主要有陽離子、非離子、陰離子及兩性離子四種類型,可根據所處理的廢水性質不同而選擇不同的絮凝劑。

    由于某些廢水性質復雜、多變、工業上如果沒有合理的選擇聚丙烯酰胺絮凝劑,就會造成廢水排放不達標,甚至絮凝劑會與廢水中的某些物質發生反應,造成二次污染,在增加處理成本的同時,對環境會造成更嚴重的污染。

    本文綜述了四種不同類型的聚丙烯酰胺絮凝劑在不同工業污水中的不同選擇。

    1.陽離子型聚丙烯酰胺的應用

    1.1陽離子型聚丙烯酰胺簡介

    陽離子型聚丙烯酰胺絮凝劑是一類高分子聚電解質,其水溶液帶正電荷,它可與水中帶負電荷微粒起中和及吸附架橋作用,使體系中的微粒脫穩、絮凝,從而有利于沉降和過濾脫水,并且具有脫色功能,更適合于有機質含量高的廢水如染色、造紙、紙張、食品、水產品加工等工業廢水,以及城市污水處理等。

    近年來,陽離子型聚丙烯酰胺的發展越來越快,約占絮凝劑總量的60%。

    1.2在廢水處理中的應用

    陽離子型聚丙烯酰胺可通過吸附電中和及吸附架橋兩種作用使帶負電荷的膠體顆粒和其他污染物質脫穩而得到去除,因而具有良好的除濁、脫色等功能,特別適用于膠體物質含量高的廢水、污泥臟水和有色廢水的處理。

    由于陽離子聚丙烯酰胺的分子鏈中含有一定量的極性基團能吸附水中懸浮的固體粒子,使粒子間架橋形成大的絮凝物,因此可加速沉降;同時,陽離子型聚丙烯酰胺中的正離子同污水中的負離子中和,消除靜電斥力,也能加速沉降。另外,它還可與各類無機高分子絮凝劑復配成一系列新型高效復合絮凝劑,從而拓寬應用范圍、降低水處理成本、提高凈水效果。因此,在工業廢水和城市污水凈化處理中使用陽離子型聚丙烯酰胺已成為一種趨勢。

    1.3在造紙工業中的應用

    造紙廢水處理已經成為我國造紙工業污染防治的首要任務,已成為制約造紙行業發展的瓶頸,最理想的辦法是使造紙后能夠部分或全部回用到生產工藝中,達到降低生產成本、減少污染、保護環境、節約用水的目的,造紙廢水主要含有細小懸浮性纖維、造紙填料、廢紙雜質和少量果膠、蠟、糖類,以及造紙過程中添加的各類有機、無機化合物。

    常用的無機絮凝劑為具有陽離子電荷的低分子化合物,可中和污水中的負電荷粒子產生小集合體,但在外力作用下很容易分散開,對固體懸浮物的去除效果很不理想。與傳統的無機絮凝劑相比,聚丙烯酰胺絮凝劑具有黏度小、溶解速度快、絮凝能力強等優點,同時其所帶電荷與纖維等所帶電荷相反,使絮凝作用,且不受漿料pH值的限制,因此,在造紙廢水處理過程通常加入陽離子型聚丙烯酰胺絮凝劑來提高處理效率及降低生產成本。

    2.陰離子型聚丙烯酰胺的應用

    2.1陰離子型聚丙烯酰胺簡介

    陰離子型聚丙烯酰胺是由陰離子單體和丙烯酰胺單體制備而成的水溶性線型高分子聚合物,存其高分子長鏈上既有酰胺基團又有帶負電荷的陰離子基團,如馬來酸酐、丙烯酸及其鈉鹽等。主要用于工業廢水的阻垢、沉淀澄清處理,如工業冷卻用水阻垢、處理生活用水中的泥沙等。例如以丙烯酰胺和丙烯酸為單體,制備部分水解的丙烯酰胺共聚物,通過引入磺酸基,極大程度提高了共聚物的水溶性,能使阻垢率達到89%且熱穩定性良好。

    2.2在生活用水中的應用

    我國很多生活用水的水源來自江河湖泊,泥沙及礦物含量高。雖經沉淀過濾仍不達標需投加絮凝劑。使用陰離子型聚丙烯酰胺做絮凝劑,具有以下優點:投加量是無機絮凝劑的2%-5%,但效果是無機溶劑的幾十倍;水溶性好,分子量從600萬到2500萬水溶解性均比較好,能以任意比例溶解于水且不溶于有機溶劑;與陽離子型聚丙烯酰胺相比,處理相同質量的生活用水,其用量僅為陽離子型聚丙烯酰胺的五分之一,且價格是陽離子型聚丙烯酰胺的二分之一,故陰離子型聚丙烯酰胺可作為自來水廠污泥預處理藥劑的首選。

     2.3工業冷卻用水阻垢劑

    在工業用水處理中,低分子量的陰離子型聚丙烯酰胺還可用作冷卻水的阻垢劑,陰離子型聚丙烯酰胺能阻止鹽類晶體析出和成長,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。其作為阻垢緩蝕劑重要特點之一是改變碳酸鈣晶格的能力強。即當水中的碳酸鈣在超飽和狀態下,通過陰離子型聚丙烯酰胺藥劑的作用,將碳酸鈣的方解石形態變成文石形態,將六面體變成多面體或球體,成為水渣、由于水渣的附著能力很差,可在水流的作用下沉淀清除。陰離子型聚丙烯酰胺具有高效的阻垢、緩蝕、分散性能。適用于PH值在7到14的冷卻水,具有自適自控的功能。適用于高硬度、高堿度、高溫度水質,以及含鎂硬度高、含氯離子高、含可溶性固溶物高的循環水質。陰離子聚丙烯酰胺作為阻垢劑具有安全、無毒、無污染、完全溶解、無限稀釋不產生沉淀、成本低、用量少等優點。

    3.兩性離子型聚丙烯酰胺的應用

    3.1兩性離子型聚丙烯酰胺簡介

    兩性離子型聚丙烯酰胺外觀為白色粉粒,因其分子內含陽離子基團和陰離子基團,它除具備了一般陽離子和陰離子型絮凝劑的使用特點外,表現了更優異的性能。此類絮凝劑可在大范圍的PH值內使用,具有更高的濾水量,較底的濾餅含水率,廣泛用于污泥脫水,也可用于強酸浸提礦石或從含金屬的酸性催化劑中回收有價值的金屬。

    3.2在污泥脫水中的應用

    由于工業污水排放的性質越來越復雜,因此污水處理中對污泥脫水劑的要求越來越高,單一的陽離子聚丙烯酰胺對有些污泥脫水已有些不太適應,工業上普遍使用兩性離子型聚丙烯酰胺來進行污泥脫水處理,兩性離子型聚丙烯酰胺是由乙烯酰胺和乙烯基陽離子單體、丙烯酰胺單體,水解共聚而成。該聚合物鏈結上不但有丙烯酰胺水解后的羧基陰電荷,而且還有乙烯基陽電荷。因此,構成了分子鏈上既有正電荷,又有負電荷的兩性離子不規則聚合物。兩性離子型聚丙烯酰胺易溶于水,也能溶于較濃的酸、堿溶液,甚至在無機鹽的濃溶液中也能溶解,耐硬水性好,兩性離子型聚丙烯酰胺在酸性或堿性條件下,大分子帶正電或負電,分子團可以展開,脫水時,產生絮團大,不粘濾布,壓濾時不散,流泥餅較厚,脫水效率高,泥餅含水率在80%以下,這種兩性離子型的污泥脫水劑其處理泥水的能力均優于單一離子特性的聚丙烯酰胺,且能適應較寬的pH值,同時對于相同體積的污泥,其用量比陽離子要少,但效果確相當,可以大大降低處理成本,特別是對煉油廠和化工廠的污泥使用兩性離子聚丙烯酰胺進行污泥脫水,其效果更為突出。

    4.非離子型聚丙烯酰胺的應用

    4.1非離子型聚丙烯酰胺簡介

    非離子型聚丙烯酰胺是水溶性的高分子聚合物或聚電解質。其分子鏈中含有一定數量的極性基團,它能通過吸附水中懸浮的固體粒子,使粒子間架橋或通過電荷中和使粒子凝聚形成沉淀等效果,由于分子鏈含有酰胺基或離子基因,故其顯著特點是親水性高,可以各種比例溶于水中,溶于大多數有機溶劑,適應酸性環境,聚丙烯酰胺水溶液對電解質有很好的容忍性,如氯化胺,硫酸鈉等都不敏感,與表面活性劑也相容。主要用于各種工業廢水的快速絮凝沉降,沉淀澄清處理。如選礦與金屬冶煉過程的廢水處理,鋼鐵廠和石材加工廠的廢水處理等。

    4.2 非離子型聚丙烯酰胺在工業中的應用

    4.2.1在采礦工業中的應用

    采礦工業中,通常使用大量的水,最后常須回收水中有用固體物,并將廢水凈化回收用。工業上通常用非離子型聚丙烯酰胺絮凝劑,可快速促進固體的下沉,液體的澄清和泥餅的脫水,從而可提高生產效率,減少尾礦流失和水的消耗,降低設備投資和加工成本,并免除環境污染。例如:鉬的瀝濾,黃金的沉淀、分離及鈾礦的回收。

    4.2.2在洗煤過程中的應用

    在洗煤過程中,煤粉及煤泥的沉淀和過濾是主要的經濟問題和污染控制問題。非離子聚丙烯酰胺可以減少泥土著色、管路堵塞、泵的維修以及河水污染,提高生產能力,回收煤粉和提高過濾速率,還可以使水徹底澄清。

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