聚丙烯酰胺在水处理中的应用

    聚丙烯酰胺在水处理中的应用

    聚丙烯酰胺作絮凝剂在废水处理中有着广泛的应用,本文分别介绍了阳离子型聚丙烯酰胺、两性离子型聚丙烯酰胺、阴离子型聚丙烯酰胺、非离子型聚丙烯酰胺作为水处理剂的特点、水处理原理及在不同工业废水中的应用,展望了聚丙烯酰胺在水处理领域中的应用前景。

    近年来随着我国工业的迅速发展,工业废水排放量日益增加,对环境造成严重污染,加之水资源紧缺,所以对工业废水进行处理的要求更加迫切。

    聚丙烯酰胺作为一种絮凝剂,已在各种废水处理中得到了广泛的应用,工业上使用的聚丙烯酰胺絮凝剂主要有阳离子、非离子、阴离子及两性离子四种类型,可根据所处理的废水性质不同而选择不同的絮凝剂。

    由于某些废水性质复杂、多变、工业上如果没有合理的选择聚丙烯酰胺絮凝剂,就会造成废水排放不达标,甚至絮凝剂会与废水中的某些物质发生反应,造成二次污染,在增加处理成本的同时,对环境会造成更严重的污染。

    本文综述了四种不同类型的聚丙烯酰胺絮凝剂在不同工业污水中的不同选择。

    1.阳离子型聚丙烯酰胺的应用

    1.1阳离子型聚丙烯酰胺简介

    阳离子型聚丙烯酰胺絮凝剂是一类高分子聚电解质,其水溶液带正电荷,它可与水中带负电荷微粒起中和及吸附架桥作用,使体系中的微粒脱稳、絮凝,从而有利于沉降和过滤脱水,并且具有脱色功能,更适合于有机质含量高的废水如染色、造纸、纸张、食品、水产品加工等工业废水,以及城市污水处理等。

    近年来,阳离子型聚丙烯酰胺的发展越来越快,约占絮凝剂总量的60%。

    1.2在废水处理中的应用

    阳离子型聚丙烯酰胺可通过吸附电中和及吸附架桥两种作用使带负电荷的胶体颗粒和其他污染物质脱稳而得到去除,因而具有良好的除浊、脱色等功能,特别适用于胶体物质含量高的废水、污泥脏水和有色废水的处理。

    由于阳离子聚丙烯酰胺的分子链中含有一定量的极性基团能吸附水中悬浮的固体粒子,使粒子间架桥形成大的絮凝物,因此可加速沉降;同时,阳离子型聚丙烯酰胺中的正离子同污水中的负离子中和,消除静电斥力,也能加速沉降。另外,它还可与各类无机高分子絮凝剂复配成一系列新型高效复合絮凝剂,从而拓宽应用范围、降低水处理成本、提高净水效果。因此,在工业废水和城市污水净化处理中使用阳离子型聚丙烯酰胺已成为一种趋势。

    1.3在造纸工业中的应用

    造纸废水处理已经成为我国造纸工业污染防治的首要任务,已成为制约造纸行业发展的瓶颈,最理想的办法是使造纸后能够部分或全部回用到生产工艺中,达到降低生产成本、减少污染、保护环境、节约用水的目的,造纸废水主要含有细小悬浮性纤维、造纸填料、废纸杂质和少量果胶、蜡、糖类,以及造纸过程中添加的各类有机、无机化合物。

    常用的无机絮凝剂为具有阳离子电荷的低分子化合物,可中和污水中的负电荷粒子产生小集合体,但在外力作用下很容易分散开,对固体悬浮物的去除效果很不理想。与传统的无机絮凝剂相比,聚丙烯酰胺絮凝剂具有黏度小、溶解速度快、絮凝能力强等优点,同时其所带电荷与纤维等所带电荷相反,使絮凝作用,且不受浆料pH值的限制,因此,在造纸废水处理过程通常加入阳离子型聚丙烯酰胺絮凝剂来提高处理效率及降低生产成本。

    2.阴离子型聚丙烯酰胺的应用

    2.1阴离子型聚丙烯酰胺简介

    阴离子型聚丙烯酰胺是由阴离子单体和丙烯酰胺单体制备而成的水溶性线型高分子聚合物,存其高分子长链上既有酰胺基团又有带负电荷的阴离子基团,如马来酸酐、丙烯酸及其钠盐等。主要用于工业废水的阻垢、沉淀澄清处理,如工业冷却用水阻垢、处理生活用水中的泥沙等。例如以丙烯酰胺和丙烯酸为单体,制备部分水解的丙烯酰胺共聚物,通过引入磺酸基,极大程度提高了共聚物的水溶性,能使阻垢率达到89%且热稳定性良好。

    2.2在生活用水中的应用

    我国很多生活用水的水源来自江河湖泊,泥沙及矿物含量高。虽经沉淀过滤仍不达标需投加絮凝剂。使用阴离子型聚丙烯酰胺做絮凝剂,具有以下优点:投加量是无机絮凝剂的2%-5%,但效果是无机溶剂的几十倍;水溶性好,分子量从600万到2500万水溶解性均比较好,能以任意比例溶解于水且不溶于有机溶剂;与阳离子型聚丙烯酰胺相比,处理相同质量的生活用水,其用量仅为阳离子型聚丙烯酰胺的五分之一,且价格是阳离子型聚丙烯酰胺的二分之一,故阴离子型聚丙烯酰胺可作为自来水厂污泥预处理药剂的首选。

     2.3工业冷却用水阻垢剂

    在工业用水处理中,低分子量的阴离子型聚丙烯酰胺还可用作冷却水的阻垢剂,阴离子型聚丙烯酰胺能阻止盐类晶体析出和成长,使固体颗粒悬浮而不致沉积,对锅炉、冷却塔及热交换器能起到阻垢作用。其作为阻垢缓蚀剂重要特点之一是改变碳酸钙晶格的能力强。即当水中的碳酸钙在超饱和状态下,通过阴离子型聚丙烯酰胺药剂的作用,将碳酸钙的方解石形态变成文石形态,将六面体变成多面体或球体,成为水渣、由于水渣的附着能力很差,可在水流的作用下沉淀清除。阴离子型聚丙烯酰胺具有高效的阻垢、缓蚀、分散性能。适用于PH值在7到14的冷却水,具有自适自控的功能。适用于高硬度、高碱度、高温度水质,以及含镁硬度高、含氯离子高、含可溶性固溶物高的循环水质。阴离子聚丙烯酰胺作为阻垢剂具有安全、无毒、无污染、完全溶解、无限稀释不产生沉淀、成本低、用量少等优点。

    3.两性离子型聚丙烯酰胺的应用

    3.1两性离子型聚丙烯酰胺简介

    两性离子型聚丙烯酰胺外观为白色粉粒,因其分子内含阳离子基团和阴离子基团,它除具备了一般阳离子和阴离子型絮凝剂的使用特点外,表现了更优异的性能。此类絮凝剂可在大范围的PH值内使用,具有更高的滤水量,较底的滤饼含水率,广泛用于污泥脱水,也可用于强酸浸提矿石或从含金属的酸性催化剂中回收有价值的金属。

    3.2在污泥脱水中的应用

    由于工业污水排放的性质越来越复杂,因此污水处理中对污泥脱水剂的要求越来越高,单一的阳离子聚丙烯酰胺对有些污泥脱水已有些不太适应,工业上普遍使用两性离子型聚丙烯酰胺来进行污泥脱水处理,两性离子型聚丙烯酰胺是由乙烯酰胺和乙烯基阳离子单体、丙烯酰胺单体,水解共聚而成。该聚合物链结上不但有丙烯酰胺水解后的羧基阴电荷,而且还有乙烯基阳电荷。因此,构成了分子链上既有正电荷,又有负电荷的两性离子不规则聚合物。两性离子型聚丙烯酰胺易溶于水,也能溶于较浓的酸、碱溶液,甚至在无机盐的浓溶液中也能溶解,耐硬水性好,两性离子型聚丙烯酰胺在酸性或碱性条件下,大分子带正电或负电,分子团可以展开,脱水时,产生絮团大,不粘滤布,压滤时不散,流泥饼较厚,脱水效率高,泥饼含水率在80%以下,这种两性离子型的污泥脱水剂其处理泥水的能力均优于单一离子特性的聚丙烯酰胺,且能适应较宽的pH值,同时对于相同体积的污泥,其用量比阳离子要少,但效果确相当,可以大大降低处理成本,特别是对炼油厂和化工厂的污泥使用两性离子聚丙烯酰胺进行污泥脱水,其效果更为突出。

    4.非离子型聚丙烯酰胺的应用

    4.1非离子型聚丙烯酰胺简介

    非离子型聚丙烯酰胺是水溶性的高分子聚合物或聚电解质。其分子链中含有一定数量的极性基团,它能通过吸附水中悬浮的固体粒子,使粒子间架桥或通过电荷中和使粒子凝聚形成沉淀等效果,由于分子链含有酰胺基或离子基因,故其显著特点是亲水性高,可以各种比例溶于水中,溶于大多数有机溶剂,适应酸性环境,聚丙烯酰胺水溶液对电解质有很好的容忍性,如氯化胺,硫酸钠等都不敏感,与表面活性剂也相容。主要用于各种工业废水的快速絮凝沉降,沉淀澄清处理。如选矿与金属冶炼过程的废水处理,钢铁厂和石材加工厂的废水处理等。

    4.2 非离子型聚丙烯酰胺在工业中的应用

    4.2.1在采矿工业中的应用

    采矿工业中,通常使用大量的水,最后常须回收水中有用固体物,并将废水净化回收用。工业上通常用非离子型聚丙烯酰胺絮凝剂,可快速促进固体的下沉,液体的澄清和泥饼的脱水,从而可提高生产效率,减少尾矿流失和水的消耗,降低设备投资和加工成本,并免除环境污染。例如:钼的沥滤,黄金的沉淀、分离及铀矿的回收。

    4.2.2在洗煤过程中的应用

    在洗煤过程中,煤粉及煤泥的沉淀和过滤是主要的经济问题和污染控制问题。非离子聚丙烯酰胺可以减少泥土着色、管路堵塞、泵的维修以及河水污染,提高生产能力,回收煤粉和提高过滤速率,还可以使水彻底澄清。

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