絮凝劑是一種可使液體中不易沉降的懸浮顆粒 凝聚沉降的物質(zhì)。絮凝沉降技術(shù)是目前國內(nèi)外用來 提高水質(zhì)處理效率的一種經(jīng)濟簡便的水處理技術(shù)。 絮凝劑能簡單有效地脫除80% ~ 95%的懸浮物和 65% ~ 95%的膠體物質(zhì)，能降低水中COD，減少環(huán) 境污染[1]。

根據(jù)絮凝劑的成分及制備方法的不同可大致將 目前研究和應(yīng)用的絮凝劑分為無機絮凝劑、有機絮 凝劑、微生物絮凝劑和復(fù)合絮凝劑四大類[2-4]。聚丙烯酰胺類絮凝劑的現(xiàn)狀與進展，絮 凝劑的使用占水處理總量的3/4而聚丙烯酰胺 (PAM)作為絮凝劑用又占絮凝劑用量的1/2[5]。其 中，聚丙烯酰胺類絮凝劑的產(chǎn)量占有機高分子絮凝 劑總產(chǎn)量的80%以上[36]。

1我國聚丙烯酰胺類絮凝劑的現(xiàn)狀

美國、日本、歐洲是聚丙烯酰胺的主要生產(chǎn)國家 和地區(qū)，其生產(chǎn)能力約占世界總生產(chǎn)能力的 75% [1，7]。各國聚丙烯酰胺的消費結(jié)構(gòu)有所不同， 我國主要用于采油領(lǐng)域，美國和西歐主要用于水處 理，在造紙方面應(yīng)用所占比例相對較小，而日本則主 要用于造紙工業(yè)，2000年的具體結(jié)構(gòu)分配見表

,[1，7]

1。

表1中國、美國、西歐、日本聚丙烯酰胺的消費結(jié)構(gòu)%

領(lǐng)域水處理造紙礦山石油其它合計

中國952813100

美國60251104100

西歐45328123100

日本29560114100

我國有機高分子絮凝劑的發(fā)展從20世紀60年 代初小量生產(chǎn)PAM系列產(chǎn)品開始。2000年國內(nèi) PAM生產(chǎn)廠家約80家，總生產(chǎn)能力約10萬t/a 多年來國產(chǎn)PAM在品種、質(zhì)量及數(shù)量上都不能滿足 國內(nèi)需要，年進口約4萬t[1]。2007年國內(nèi)PAM生 產(chǎn)大廠約16家，總生產(chǎn)能力約49萬t/a[8]。其中， 消費比例在油田領(lǐng)域下降，在水處理和造紙領(lǐng)域上 升，具體見表2[8]。

表2 2007年中國聚丙烯酰胺的消費結(jié)構(gòu)％時間水處理造紙石油其它合計。

我國水資源相當貧乏，人均占有量只有世界人 均占有量的1/4而且水污染嚴重，全國七大水系中 近一半河段受不同程度污染，湖泊、水庫富營養(yǎng)化嚴 重，流經(jīng)城市的河段不適用于生活用水的達78%， 

50%的城市地下水受到不同程度的污染。國家早就 制定了到21世紀初使城市污水處理率達20% ~ 30%,工業(yè)廢水處理率達84%,城市排污設(shè)施普及 率達70%的水污染控制總體規(guī)劃目標[9-10]。聚丙 烯酰胺類絮凝劑在水處理方面將大有作為。

2聚丙烯酰胺類絮凝劑的分類、特點及用途

聚丙烯酰胺（P〇yaciylam de簡稱PAM )是丙烯 酰胺（Acrylamide簡稱AM)及其衍生物的均聚物 與共聚物的統(tǒng)稱，是一種質(zhì)量分數(shù)在50%以上的線 型水溶性高分子化合物[910]。因其結(jié)構(gòu)單元中含有 酰胺基，易形成氫鍵，具有良好的水溶性，易通過接 枝或交聯(lián)得到支鏈或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多種改性物[911]。 PAM主要性能指標之一是相對分子質(zhì)量大小，在很

大程度上決定著產(chǎn)品的用途及功能，見表3[12]。

表3按PAM相對分子質(zhì)量大小的分類

名稱相對分子質(zhì)量主要用途

低相對分子質(zhì)量PAM100萬以下分散劑

中相對分子質(zhì)量PAM1⑴萬?1000萬紙張干強劑

高相對分子質(zhì)量PAM10⑴萬?1500萬絮凝劑

超高相對分子質(zhì)量PAM1700萬以上鉆井一、二、二次米油

根據(jù)聚丙烯酰胺所帶基團能否離解及離解后所 帶離子的電性，可將其主要分為非離子型（NPAM )、 陽離子型（APAM)、陰離子型（CPAM)和兩性型絮 凝劑;按其存在形態(tài)分為水溶液型、干粉型和乳膠型 三類[13]。2007年國內(nèi)PAM產(chǎn)量中CPAM、APAM 及NPAM所占比例分別為84%、13%、3% [8]。

2 1非離子型有機高分子絮凝劑

非離子有機高分子絮凝劑在合成中不引入帶電 基團，常用的有聚丙烯酰胺和聚氧化乙烯，聚乙烯 醇，聚乙烯吡咯烷酮，聚乙烯醚等，以聚丙烯酰胺為 主，其相對分子質(zhì)量為50萬~ 600萬之間。通過分 子鏈中特有-CONH2官能團與懸浮物中膠粒發(fā)生 去水化作用和吸附架橋作用而除去。其絮凝效果與 聚合物的相對分子質(zhì)量密切相關(guān)。提高聚合物相對 分子質(zhì)量，有利于降低絮凝劑的使用濃度，提高絮凝 效率[14-15]。該類絮凝劑因其絮凝作用的發(fā)揮以無 機絮凝劑混凝為基礎(chǔ)，主要通過其高分子長鏈在混 凝絮體上的吸附、架橋輔助去除懸浮物，所以是一種 真正的無機物或懸浮物的“絮凝助劑”，具有明顯的 非選擇性，而且使用功能單一[14]。

2 2陰離子型有機高分子絮凝劑

陰離子絮凝劑是分子結(jié)構(gòu)重復(fù)單元中帶有負電 荷羧基（-⑴OH )，聚丙烯酰胺類絮凝劑的現(xiàn)狀與進展，磺酸基（-SO3H)基團的水溶性 聚合物。既可以是非離子聚丙烯酰胺的水解產(chǎn)物， 也可以是丙烯酰胺與乙烯類磺酸鹽或丙烯酸鹽、馬 來酸鹽等的共聚產(chǎn)物。其中使用最多的是陰離子型 聚丙烯酰胺，相對分子質(zhì)量為7 x 106左右，極性基 羧基含量低于10% (摩爾百分數(shù)，下同）時，稱為弱 陰離子型產(chǎn)品；羧基含量高于25%，稱為強陰離子 型產(chǎn)品。由于分子結(jié)構(gòu)中存在帶負電的強親水基 團，因此它對表面帶負電荷的膠體微粒具有選擇絮 凝作用，通過電荷有效中和與吸附架橋作用去除膠 粒[511]。研究表明，當水解聚丙烯酰胺的水解度達 33%，相對分子質(zhì)量達107時，其絮凝效果最佳;但 陰離子有機高分子絮凝劑相對分子質(zhì)量増加，往往 使其最佳用量増加[614]。

2 3陽離子型有機高分子絮凝劑

陽離子有機高分子絮凝劑是分子結(jié)構(gòu)重復(fù)單元 中帶有正電荷氨基（-NH3+ )，亞氨基（-^2- NH+ - CH2-)，季銨基（N+ R4)的季銨鹽類和聚胺 類水溶性聚合物，可通過乙烯單體聚合、高分子反應(yīng) 及縮合聚合等方法得到。代表物有:聚乙烯胺，聚乙 烯亞胺，聚二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺，聚二甲基二 烯丙基氯化銨等。陽離子有機高分子絮凝劑相對分 子質(zhì)量相對較低，為105~ 107。其中陽離子改性聚 丙烯酰胺占有較大比例，在日、美等國陽離子絮凝劑 的用量約占合成絮凝劑總量的60%，而且每年仍以 10%的速度在増長[1416-17]。通過電荷有效中和與 吸附架橋作用去除膠粒，因此其具有凝聚和絮凝的 雙重功能，是一種“多功能”絮凝劑。此外，其特有 的季銨基團能有效殺死病毒或微生物并使之聚沉， 而其疏水性烷基可有效結(jié)合水中三鹵代烷烴，使水 中總有機碳含量（TOC)明顯降低[14 18]。

2 4兩性型有機高分子絮凝劑

兩性高分子絮凝劑是分子結(jié)構(gòu)重復(fù)單元中既有 帶正電荷基團又有帶負電荷基團的高分子聚合物， 一般由含有陰、陽離子基團的乙烯類單體通過自由 基共聚反應(yīng)以及高分子改性得到，其中陰離子基團 為羧基、磺酸基、硫酸基，陽離子基團為季銨鹽基、吡 啶嗡離子基或喹啉嗡離子基。兩性型有機高分子絮 凝劑兼有陰、陽離子基團的特點，它不僅有電性有效 中和、吸附架橋而且有分子間的“纏繞”包裹作用， 使處理的污泥顆粒粗大，脫水性好，因此在不同介質(zhì) 條件下，其離子類型可能不同，適于處理帶不同電荷 的污染物。其適應(yīng)范圍也較廣，酸性、堿性介質(zhì)中均 可使用，抗鹽性也較好[141719]。

3影響PAM類絮凝劑絮凝效果的因素

PAM類絮凝劑加入到懸浮液中，首先是吸附在 膠體粒子的表面上，聚丙烯酰胺類絮凝劑的現(xiàn)狀與進展，然后再進行絮凝，其絮凝機理有 三種：去水化作用、電荷有效中和、架橋作用[18 20]。

影響絮凝效果的因素很多，如吸附條件、絮凝劑 的種類與相對分子質(zhì)量、投入量、pH值、溫度與無機 鹽離子、攪拌速度等等[21]。

3 1吸附條件的影響

通常絮凝劑的吸附是不可逆的。但改變吸附條 件，吸附會變成可逆，甚至不可吸附。如改變PH值 或加入具有吸附功能的小分子試劑，粒子表面己吸 附的高分子絮凝劑就可以逐步被小分子試劑無序取 代。如果在膠體中先加入同樣具有吸附功能的小分 子試劑，由于吸附活性點被小分子占據(jù)，高分子就不 產(chǎn)生吸附，當然也不能發(fā)生絮凝。

3 2絮凝劑的相對分子質(zhì)量

理論上認為聚合物相對分子質(zhì)量越大，分子在 溶液中伸展度越大，則架橋能力越強，絮凝速度越 大。但是相對分子質(zhì)量過大，因絮凝沉降速度過快 會導(dǎo)致上層清液中細小顆粒殘留増大。同時，高相 對分子質(zhì)量PAM溶解速度低，増加了溶解困難[11]。 離子型高分子膠粒由于靜電作用，聚丙烯酰胺類絮凝劑的現(xiàn)狀與進展，有利于克服位壘， 要求相對分子質(zhì)量較低，非離子型絮凝劑則要求相 對分子質(zhì)量較大[1122]。

因此要求聚合物要達到一定的相對分子質(zhì)量是 起架橋絮凝作用的必要條件[5]。

3 3絮凝劑的投入量

實驗證明，絮凝效果與PAM類絮凝劑投入量之 間有一極值。當投入量較小時，高分子的架橋作用 隨高分子的投入量増大而増加，絮凝效果明顯；當投 入量増至極大值后，投入量的増加，會造成足夠多的 高分子吸附在同一個膠粒上把膠粒穩(wěn)定保護起來因 失去架橋作用而使絮凝效果下降。

由于最佳投入量與高分子的性質(zhì)、分子量、懸浮 液的pH值、固相粒度等諸多因素有關(guān)，最佳用量需 由實驗測定[5]。

3 4 pH值的影響

pH值對各類PAM類絮凝劑的影響是不一樣 的。其中，陽離子型與部分非離子型對pH值的變 化不敏感。而陰離子型受jH值的影響較大，pH值 過小或過大均會造成高分子鏈蜷曲，架橋距離縮短 導(dǎo)致絮凝能力降低，只有在！H值最佳的范圍內(nèi)絮 凝效果才能保證[10]。

3 5溫度的影響

溫度有四個方面的影響：（1)溫度升高，疏水基 團的締合作用増強，溶液黏度増大。（2)溫度升高， 離子基團熱運動加劇，大分子鏈伸展，溶液黏度増 大。（3)溫度升高，疏水基團和水分子熱運動加劇， 疏水締合作用被削弱，溶液黏度降低。（4)溫度升 高，離子基團水化作用減弱，聚丙烯酰胺類絮凝劑的現(xiàn)狀與進展，大分子鏈收縮，黏度下 降。綜合結(jié)果是，溶液黏度増大或減小[22]。

一般而言，溫度過高會破壞架橋效應(yīng)和吸附，削 弱絮凝效果[9]。

3 6無機鹽電解質(zhì)的影響

無機鹽離子對PAM類絮凝劑有很大影響。一 般離子水合半徑越小，價數(shù)越高，對高分子絮凝作用 促進越強。例如少量Ca2+或其它二價陽離子對陰 離子PAM的絮凝有顯著促進作用，這是由于單個陽 離子對固體表面高分子鏈的單個陰離子基團提供離 子吸附點；由于陽離子的存在，使帶負電荷的高分子 絮凝劑與負電荷粒子間的靜電斥力通過減少表面位 能或雙電層度而減小[921_22]。

3 7攪拌速度的影響

攪拌不充分不利于絮凝劑的分散和絮團的形 成，攪拌過快又會破碎己形成的絮團不利于絮凝。 存在實測最佳攪拌速度[921]。

3 8混凝劑添加順序的影響

當使用多種混凝劑時，其最佳的投加順序通過 實驗確定。一般而言，當無機混凝劑與有機混凝劑 并用時，先投加無機混凝劑，再投加有機混凝劑。 但當處理的膠粒在50Um以上時，聚丙烯酰胺類絮凝劑的現(xiàn)狀與進展，常先投加有機混 凝劑吸附架橋，再加無機混凝劑壓縮雙電層而使膠 體脫穩(wěn)[21]。

4總結(jié)

聚丙烯酰胺類絮凝劑是一個仍在快速發(fā)展的系 列產(chǎn)品。在品種上，在非離子、陰離子型產(chǎn)品大量生 產(chǎn)之后，陽離子型聚丙烯酰胺隨后，兩性聚丙烯酰胺 緊跟。各種改性的聚丙烯酰胺、復(fù)配絮凝劑將會大 量出現(xiàn)以適應(yīng)特定的應(yīng)用范圍。我國PAM的應(yīng)用 水平與發(fā)達國家尚有較大差距，由APAM生產(chǎn)應(yīng)用 現(xiàn)狀及國內(nèi)市場的需求相比可知APAM正處于成 長期。隨著絮凝技術(shù)的不斷完善，聚丙烯酰胺類絮 凝劑在水處理中將發(fā)揮更大的作用。