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技术知识

水处理剂聚丙烯酰胺的应用

时间:2021-06-18 08:25:51点击:0

一、聚丙烯酰胺絮凝剂简介

高浊度水处理剂“聚丙烯酰胺絮凝剂(PAM)”又称“三号”絮凝剂,是由丙烯酰胺单体聚合而成的有机高分子聚合物,无色无味、无臭、易溶于水,没有腐蚀性。

聚丙烯酰胺在常温下比较稳定,高温、冰冻时易降解,并降低絮凝效果,故其贮存与配制投加时,温度应控制在2℃-55℃时,絮凝效果为佳,否则会降低使用效果。聚丙烯酰胺分子结构式中,丙烯酰胺单体分子量为71.08,故聚丙烯酰胺分子量一般为1.5-6×106

聚丙烯酰胺产品按其纯度来分,有粉剂和胶体两种,粉剂产品为白色或微黄色颗粒或粉末,固含量一般在90%以上,胶体产品为无色或微黄色透胶体,固含量为8%-9%。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。

二、聚丙烯酰胺絮凝机理

聚丙烯酰胺具有极性酰胺基团,酰胺基团易于借氢键作用在泥沙颗粒表面吸附。另外,聚丙烯酰胺絮凝剂有很长的分子链,其长度有100A°,但链的宽度只有1A°,很大数量级的长链在水中具有巨大的吸附表面积,其絮凝作用好,还可利用长链在絮凝颗粒之间架桥,形成大颗粒絮凝体,加速沉降。

水处理剂聚丙烯酰胺的絮凝机理有别于三氯化铁、硫酸铝、碱式氯化铝等混凝剂的电位凝聚概念,所以,聚丙烯酰胺不能称混凝剂,因其机量主要以吸附架桥为主,只能称絮凝剂。

聚丙烯酰胺在NaOH等碱类作用下,较易起水解反应,使部分聚丙烯酰胺生成聚丙烯酸钠,丙烯酸钠分子在水中不稳定,被离解成RC00-Na+。因此,聚丙烯酰胺水解体是聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钠的共聚物,由于RC00-(羟基)的作用,使聚丙烯酰胺水解体成为阴离子型高分子絮凝剂,而非水解的聚丙烯酰胺絮凝剂为非离子型高分子絮凝剂。聚丙烯酰胺部分水解后,使其性能从非离子型转变为阴离子型,在RC CO-(羟基)基团的离子静电斥力作用下,使聚丙烯酰胺主链上呈卷曲状的分子链展开拉长,增加其吸附面积,提高架桥能力,所以部分水解体的聚丙烯酰胺的絮凝效果要优于非离子型聚丙烯酰胺。

三、聚丙烯酰胺的生产应用

处理高浊度水的聚丙烯酰胺,一般都应采用部分水解体产品,较佳水解度(水解度是指聚丙烯酰胺分子中,酰胺基团转化为羟基的百分数)的聚丙烯酰胺沉降速度是非水解体的2-9倍。但聚丙烯酰胺絮凝剂中水解度过高或过低的产品,其絮凝效果都不理想,因为水解度过低,吸附架桥能力不强,水解度过高则加强了产品的阴离子性能,增加了与泥土颗粒的排斥能力。经过大量试验证实,聚丙烯酰胺絮凝剂较佳水解度应为25%-35%。

聚丙烯酰胺絮凝剂,是处理高浊度水的较佳絮凝剂之一,在我国从60年代开始试用以来,已有30余年的历史。聚丙烯酰胺水解体絮凝剂,是处理高浊度水较有效的高分子絮凝剂,可单独使用,也可与普通混凝剂配合使用,在处理含沙量为10-150kg/m3高浊度水时效果显著,既可保证出水水质,又可减少混凝聚剂用量和沉淀池的容积。一般可节约30%-60%的混凝药剂费,产水量还可增加2~4倍,节约大量的基建投资。除此之外,其较大的经济效益是提高了给水工程处理泥沙量的上限值,比前一般水厂处理含砂量较高值为40~60kg/m3,超过此值就要减少出水量,出水水质也难以保证,给生产运行带来很大的影响。使用聚丙烯酰胺絮凝剂后,含沙量较高值可达100-150kg/m3

四、聚丙烯酰胺絮凝剂的配制和投加

聚丙烯酰胺絮凝剂在使用中,遇到的较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,聚丙烯酰胺絮凝剂的配制方法与溶解时间就尤为重要。一般水解体产品容易溶解,溶解时间为60-120min,非离子型产品为90-240min。另外,溶解时间随产品的分子量高低也有所不同。

聚丙烯酰胺溶液制配,一般采用机械搅拌。机械搅拌速度对溶液配制时间有较大的影响,但过大的搅拌速度,会引起聚丙烯酰胺溶液的降解,使部分聚丙烯酰胺长链断裂,影响沉降效果,所以需要严格控制机械搅拌速度。在1m直径的搅拌桶内转速不得大于800rpm,1.5-2m直径的搅拌捅内转速不得大于600rpm。提高搅拌溶液的温度可减少溶解时间,但水温较高不超过55℃,否则也会引起降解作用,影响使用效果。

聚丙烯酰胺溶液的配制需要采用专用设备,严格防止与其他混凝剂共同使用,或在一投配池内共同投加,否则会使两种药剂产生共聚沉淀,不但影响其效果,而且容易堵塞投加设备。

由于聚丙烯酰胺溶液是一种减阻剂,与清水的标定值较大的差距。因此,聚丙烯酰胺溶液计量设备需要用溶液来进行标定,不得用清水标定。否则会加大聚丙烯酰胺的投加量,既提高处理成本,还会造成不必要的后果。

聚丙烯酰胺溶液的投加浓度越稀,效果越好,较稀的投加浓度能使溶液在水中迅速扩展、充分混合,防止产生浓度过高的胶体保护现象,影响用效果。但浓度太稀会造成庞大的投加设备。一般投加浓度以0.5%-1%为宜,配制浓度以2%为宜。

聚丙烯酰胺絮凝剂,在处理高浊水中,分批投药比一次投药的絮凝效果为佳。如以浑液面沉速为比较值,则前者为后者的3倍多。所谓分批投药,就是将投药量分成两部分分别投加于水中,先加入一部分絮凝剂后使之与水迅速混合,相隔1-2min后,加入另一部分絮凝剂,再与水迅速混合。由于分批投药能避免过高的絮凝剂浓度与泥沙结合,造成活性基团被封闭的后果,因而可达到较佳的效果。分批投药的比例,一般先投加60%,然后再投加40%为佳。在给水工程设计时有条件情况下,应尽量采用分批投药的措施。

聚丙烯酰胺在作为助凝使用时,一般的投加顺序是在投加混凝剂之后。如单独作为处理高浊度水絮凝剂时,则应先投加聚丙烯酰胺絮凝剂,否则会影响使用效果。在投药间设计时应考虑到投加顺序变化的措施。

五、聚丙烯酰胺絮凝剂的使用安全性

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。实践证明,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,聚丙烯酰胺絮凝剂的产品,需要严格控制单体含量。国标中严格规定了需要控制单体的含量(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的保证。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,要求需要达到的较低数值。在给水工程中使用聚丙烯酰胺絮凝剂,需要购买符合国标中单体含量规定指标的产品,否则严禁使用。