廣州市聚丙烯酰胺絮凝工藝的技術(shù)分析

       聚丙烯酰胺絮凝過程既是最古老的水質(zhì)凈化處理方法，又是當(dāng)今眾多水處理工藝技術(shù)中應(yīng)用最廣泛、最普通的單元操作工藝技術(shù)。聚丙烯酰胺絮凝過程作為眾多處理工藝流程中不可缺少的前置關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其效果的好壞往往決定后續(xù)工藝流程的運(yùn)行工況、最終出水質(zhì)量和成本費(fèi)用，因此，它始終是水處理工程中重要的研究開發(fā)領(lǐng)域。我國現(xiàn)有近百余家聚丙烯酰胺生產(chǎn)廠，年總產(chǎn)量約30萬噸，但大多為粗放型小規(guī)模的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)。企業(yè)多、產(chǎn)值低，工藝技術(shù)落后、高能耗、重污染、低品位是目前我國無機(jī)高分子聚丙烯酰胺生產(chǎn)存在的普遍而突出的問題。如何強(qiáng)化聚丙烯酰胺絮凝工藝，提高生產(chǎn)工藝，成為水處理技術(shù)人員的重要課題。

   強(qiáng)化聚丙烯酰胺絮凝過程需要提高兩方面的技術(shù)：發(fā)展新型高效能聚丙烯酰胺；發(fā)展高效聚丙烯酰胺絮凝反應(yīng)器，技術(shù)上取得新的突破。同時(shí)做到相互協(xié)同發(fā)展，進(jìn)而將這兩方面優(yōu)勢有機(jī)地結(jié)合起來，建立新型聚丙烯酰胺絮凝工藝技術(shù)系統(tǒng)，從整體上改進(jìn)水處理聚丙烯酰胺絮凝過程的質(zhì)量和面貌。

    在研究開發(fā)新型高效聚丙烯酰胺方面：無機(jī)高分子聚丙烯酰胺（IPF）無疑是當(dāng)前研究的重點(diǎn)。由于它比傳統(tǒng)聚丙烯酰胺具有適應(yīng)性強(qiáng)、無毒、可成倍提高效能且相對價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)，因而近年已得到廣泛重視，正逐步發(fā)展成為混凝過程的主流藥劑。其中，聚合氯化鋁是當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)最成熟、效能最高、應(yīng)用最為廣泛的無機(jī)高分子聚丙烯酰胺品種。同時(shí)，以聚合氯化鋁產(chǎn)品作為基本原料，還可衍生制備出多種系列的適合于不同水質(zhì)處理狀況的復(fù)合型無機(jī)高分子聚丙烯酰胺。如聚合鋁鐵、聚合硅鋁以及有機(jī)復(fù)合型聚丙烯酰胺。盡管大量的混凝實(shí)踐證明聚合鋁聚丙烯酰胺比傳統(tǒng)鋁鹽凝聚劑的混凝效能提高2~3倍。但對于這類新型藥劑為何會(huì)突出地高效尚缺乏全面深入的科學(xué)驗(yàn)證和理論診斷，一般的認(rèn)識和處理方法尚停留在沿用傳統(tǒng)凝聚劑的概念或主觀推斷，尚缺少直接的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)際上，在聚合鋁應(yīng)用基礎(chǔ)方面，從形態(tài)分布及其轉(zhuǎn)化規(guī)律，聚合反應(yīng)控制參數(shù)及其制備條件，投加后的形態(tài)轉(zhuǎn)化及其穩(wěn)定性，高效凝聚聚丙烯酰胺絮凝機(jī)理及效能，以及應(yīng)用工藝技術(shù)等諸多方面，均有別于傳統(tǒng)凝聚劑，這些問題只有經(jīng)過全面系統(tǒng)深入地研究，才能夠得到較確切的解答，同時(shí)促進(jìn)這類新型藥劑的進(jìn)一步提高并擴(kuò)展其應(yīng)用范圍。

   現(xiàn)代化學(xué)及聚丙烯酰胺絮凝理論： 基于上述原因，我們就以現(xiàn)代化學(xué)及聚丙烯酰胺絮凝理論為基礎(chǔ)，追蹤當(dāng)前國際研究發(fā)展動(dòng)向，同時(shí)結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)工藝及水處理實(shí)踐，從混凝理論的發(fā)展，聚合鋁水解形態(tài)轉(zhuǎn)化及其分布特征，聚丙烯酰胺絮凝形態(tài)穩(wěn)定性及電動(dòng)特性，以及高效凝聚聚丙烯酰胺絮凝效能，作用機(jī)理與聚丙烯酰胺絮凝動(dòng)力學(xué)，聚合鋁高效聚丙烯酰胺絮凝應(yīng)用實(shí)踐等多方面進(jìn)行了全面深入、系統(tǒng)地研究，為深入揭示聚合水解－聚合反應(yīng)過程及形態(tài)轉(zhuǎn)化規(guī)律，闡明聚合鋁水解聚合形態(tài)與凝聚作用機(jī)理及聚丙烯酰胺絮凝動(dòng)力學(xué)的相互關(guān)系，建立定量聚合鋁的表面吸附沉淀模式提供科學(xué)理論研究的基礎(chǔ)。同時(shí)也為進(jìn)一步改進(jìn)聚合鋁產(chǎn)品質(zhì)量，提高凝聚劑聚丙烯酰胺絮凝效能，拓寬應(yīng)用范圍提供必要的應(yīng)用基礎(chǔ)理論研究依據(jù)。最終為推動(dòng)和發(fā)展我國無機(jī)高分子聚丙烯酰胺的基礎(chǔ)應(yīng)用理論研究，提高工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)水平及其應(yīng)用實(shí)踐作出貢獻(xiàn)。

聚丙烯酰胺表面吸附作用：

什么是水溶性有機(jī)聚合物 ？目前應(yīng)用于水處理中的高分子凝劑，為分子量由數(shù)萬至數(shù)百萬的高分子水溶性有機(jī)聚合物。有機(jī)高分子聚丙烯酰胺具有在顆粒間形成更大的絮體及由此產(chǎn)生的巨大表面吸附作用。因而，近年來國內(nèi)外在研究和應(yīng)用方面都進(jìn)展得很快。聚丙烯酰胺的種類很多，按其來源可分為天然和人工合成的兩大類。天然高分子聚丙烯酰胺主要有淀粉、單寧、纖維素、藻朊酸鈉、古爾膠、動(dòng)物膠和白明膠等等。 天然高分子聚丙烯酰胺可經(jīng)過各種化學(xué)改性以適應(yīng)不同的需要，如淀粉可改性為糊精、苛化淀粉、含磷酸鹽－CH2OPO（CH）2和含胺基－CH2CH2NH2的淀粉等。

一般來說天然高分子聚丙烯酰胺價(jià)格低廉，但分子量較低且不穩(wěn)定，使用時(shí)用量高，效果不佳且排放時(shí)有可能產(chǎn)生BOD等問題。所以，除考慮到毒性而使用人工合成的高分子聚丙烯酰胺。其中用得最為廣泛的要屬分子量為300萬以上的聚丙烯酰胺及其衍生物。實(shí)踐證明，不同的高分子聚丙烯酰胺，對不同的水質(zhì)處理效果相差很大，其最佳效果的用量幅度很小，超過一定范圍，反而會(huì)形成復(fù)穩(wěn)。

高聚合度的水溶性有機(jī)高分子聚合物或共聚物的分子中，含有許多能與膠粒和細(xì)徽懸浮物顆粒表面上某些點(diǎn)位起作用的活性基團(tuán)，分子量在數(shù)十萬至數(shù)百萬。根據(jù)聚丙烯酰胺聚合物單體上活性基團(tuán)在水中的離解情況，按官能團(tuán)分類可分為非離子型、陰離子型和陽離子型三類。表1是許多高分子聚丙烯酰胺的主要官能團(tuán)。

國內(nèi)外常用的具有代表性的高分子聚丙烯酰胺有：非離子型－聚丙烯酰胺（簡寫為PAM，分子量在150萬－900萬，商品濃度一般為8%）、聚氧化乙烯；陰離子型－聚丙烯酸（PAA）、聚甲基丙烯酸水解聚丙烯酰胺（HPAM）、聚磺基苯乙烯；陽離子型－丁基溴聚乙烯吡、聚二丙烯二甲基胺（PDADMA）。用量一般為廢水量的百萬分之一至百萬分之二?！　?/span>

 當(dāng)聚丙烯酰胺為離子型，且其電性與膠粒表面電荷相反時(shí)，聚丙烯酰胺就考慮到降低ξ電位和吸附橋連的雙重作用，聚丙烯酰胺絮凝效果就特別顯著；而當(dāng)其點(diǎn)性與膠粒表面電荷相同時(shí)，則要求雙方的電荷都不太強(qiáng)。為要充分發(fā)揮聚丙烯酰胺的吸附橋連作用，應(yīng)使它的長鏈生長到最大限度，同時(shí)讓可離解的基團(tuán)達(dá)到最大的離解度且得到充分的暴露，以便產(chǎn)生更多的帶電部位，并與微粒有更多的碰撞機(jī)會(huì)，結(jié)果聚丙烯酰胺絮凝效果可提高數(shù)倍。

當(dāng)然，聚丙烯酰胺的選擇及使用量要根據(jù)廢水的具體性質(zhì)而定，總的原則是所用的聚丙烯酰胺必須價(jià)廉、易得、高效、使用量少。生成的聚丙烯酰胺絮凝物易沉降分離。

聚丙烯酰胺pH值和化學(xué)架橋作用

使用無機(jī)聚丙烯酰胺時(shí)要注意其適用的pH值范圍，一般在投加無機(jī)鹽聚丙烯酰胺后再添加pH調(diào)節(jié)劑。對高分子聚丙烯酰胺，為了充分發(fā)揮其在水中的化學(xué)架橋作用，應(yīng)選用能在水中均勻分散、溶解，具有吸附活性基因的高分子化合物、水容性高分子化合物。為了使其在水中處于較大的分散狀態(tài)，一般先用純水或軟水溶解配成一定濃度的溶液，然后再加到待處理的廢水中去。因?yàn)檫@些高分子化合物往往會(huì)受到水質(zhì)的影響。使分子的擴(kuò)散和離子基的離解受到抑制，處理效果下降。

聚丙烯酰胺絮凝反應(yīng)器說明：在聚丙烯酰胺絮凝反應(yīng)器方面，目前處于主流的反應(yīng)器有：隔板反應(yīng)池、渦流式反應(yīng)池、機(jī)械攪拌反應(yīng)池、靜態(tài)混合器、文丘里管道混合器、機(jī)械加速澄清池、固定聚丙烯酰胺絮凝器等等。

為了使膠體脫穩(wěn)和絮體顆粒增大密實(shí)，并降低能耗、藥耗，就需要對聚丙烯酰胺絮凝設(shè)備結(jié)構(gòu)構(gòu)造進(jìn)行深入研究，開發(fā)出新型高效的聚丙烯酰胺絮凝設(shè)備。根據(jù)渦流理論設(shè)計(jì)的多極渦流管式混合器和通過一系列格網(wǎng)以增加水流紊動(dòng)度來提高聚丙烯酰胺絮凝效果的豎流往復(fù)折流式聚丙烯酰胺絮凝反應(yīng)器便是其中效果較好的兩種聚丙烯酰胺絮凝設(shè)備。