聚丙烯酰胺应用水处理.ppt

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1、聚丙烯酰胺应用（简称PAM）,一、应用现状,PAM及其衍生物的分子链上带有大量的酰胺基或其他带电基团，具有良好的水溶性、优良的絮凝性能和吸附性能，在水处理工业中作为絮凝剂、助凝剂已被广泛应用于饮用水、工业废水的处理和污泥的处置。,1、PAM与传统无机絮凝剂比较,（1）品种多，规格全，能满足各种不同条件； （2）用量小，效率高，处理能力强，生成泥渣少，后处理简单。 （3）PAM与无机絮凝剂联用有时能取得很好的效果。,2、PAM在水处理中的主要作用,（1）减少絮凝剂用量。在达到同等水质的前提下，PAM与其他无机絮凝剂配合使用，可大大降低絮凝剂的使用量。 （2）改善水质。在饮用水处理和工业废水处理中

2、，PAM与无机絮凝剂配合使用，可以明显改善出水水质。 （3）提高絮体强度和沉降速率。PAM形成絮体强度高，沉降性能好，从而提高固液分离速率，有利于污泥脱水。 （4）循环冷却系统的防腐与防垢。PAM可大大降低无机絮凝剂的用量，从而避免无机物质在设备表面的沉积，减缓设备的腐蚀与结垢。,3、影响混凝的主要因素,混凝表示整个凝聚和絮凝过程。“凝聚”是指胶体的脱稳阶段，而“絮凝”是指胶体脱稳后结成大颗粒絮体的阶段。 水处理中的混凝现象比较复杂，不同种类的絮凝剂以及不同水质条件，其混凝机理有所不同。当前比较一致的看法是絮凝剂对水中的胶体粒子的作用有三种：电性中和、吸附架桥和网捕卷扫作用。这三种作用有时会同

3、时发生，有时仅其中一种或两种机理起作用。 影响絮凝剂作用的因素主要有絮凝剂、分离与工艺方法、混凝工艺等三方面。具体影响因素如下：,（1）水温 首先，絮凝剂水解是放热反应，温度低时絮凝剂水解反应速率慢，温度高时反应速率快，形成的絮体小。其次，温度低的水黏度大，使水中杂质颗粒布朗运动强度弱，碰撞机会减少，不适宜于胶体脱稳凝聚，同时水的黏度大时水的剪切力增大，影响絮体的成长。 要取得好的混凝效果需有适宜的温度范围。,（2）PH值 水的PH值对胶体颗粒表面电荷的电位、絮凝剂的性质和作用皆有很大影响。其影响程度视絮凝剂种类而异。 无机絮凝剂受PH值影响较大。如用硫酸铝去除水中的浊度时，最佳的PH值范围在

4、6.57.5，用于除色时，PH值在4.55。用Fe3+ 盐时，最佳PH值范围在6.08.4；如果用FeSO4，只有在PH8.5和水中有足够溶解氧时，才能迅速形成Fe3+，这就使设备和操作比较复杂，为此，常采用加氯氧化的方法。在铝盐和铁盐的水解过程中不断产生H+，必然会降低水的PH。要使PH值保持在最佳范围内，当原水中碱度不足或混凝剂投加量较大时，需加适当的碱性物质（如石灰或重碳酸钠等）与其中和。,有机高分子絮凝剂受PH值的影响较小。见表1。 表1：不同离子型有机高分子絮凝剂的应用范围,（3）搅拌速率和时间 通常，搅拌速率以4080r/min和搅拌时间以24min为宜。搅拌速率过慢和搅拌时间过短

5、，絮凝剂分散不均匀，不能与分散颗粒充分接触和对后者的捕集；搅拌速率过快和搅拌时间过长，将使大颗粒破碎。这两种情况都利于絮凝。 （4）水中悬浮物成分和浓度 水中杂质的成分、性质和浓度对混凝效果有明显的影响。如水中存在二价以上的正离子，有利于压缩胶体颗粒的双电层；若水中以含黏土类杂质为主，需要的混凝剂量则较少；如果废水中含有大量的有机物时，对胶体有保护作用， 需要投加更多的混凝剂才会有好的混凝效果。水中杂质颗粒级越单一均匀和越细小，帽越不利于沉降；大小不一的颗粒集成的矾花越密实，沉降性能越好。水中杂质的浓度过低，将不利于颗粒间的碰撞而影响凝聚，在这种情况下需投加高分子助凝剂，或投加矿物颗粒以增加凝

6、结中心等，以提高混凝效果。,（5）无机絮凝剂和有机絮凝剂的复合使用 使用复合絮凝剂的好处是总成本降低和处理效果好，可以获得大的絮体，快的絮凝速率和低浊度的水质。对于较高浊度的原水和含油废水，先投加无机絮凝剂而后投加有机絮凝剂，有优秀的去浊和除油效果。,二、PAM在给水处理中的应用,1、给水处理工艺概述,任何水源的水都含有杂质，一是自然过程产生的杂质；二是人为因素即工业废水及生活污水的污染。这些杂质按尺寸大小可分为悬浮物、胶体和溶解物。悬浮物和胶体是饮用水处理主要去除对象，粒径大于0.1mm的泥沙能在水中很快自行下沉较易去除，而粒径较小的悬浮物和胶体，需投加絮凝剂去除。 给水处理是通过必要的处理

7、方法去除水中的杂质，使之符合生活饮用水或工业用水的水质标准。 饮用水常见处理工艺：澄清、消毒，除臭、除味，除铁、除锰、除氟，软化，淡化、除盐，预处理和深度处理。 澄清工艺通常包括混凝、沉淀和过滤，处理水中的悬浮物有胶体杂质。（工业用水要求不高，可以不用过滤） 消毒的作用使水中致病微生物失去活性。当前我国采用的消毒剂主要是氯。也有用漂白粉、二氧化氯、次氯酸钠等，在国外常用臭氧，在消毒的同时可以去除水中的部分有机物。 “混凝沉淀过滤消毒”是生活饮用水的不常规处理工艺。,2、PAM在给水中的投加方式及投加量,PAM在给水处理中溶解条件：温度50-60、搅拌速率为60r/min； 注意：采用机械振动筛

8、网（10目）投料，避免产生“大团块状”、“鱼眼状”难溶颗粒。特别应注意的是在溶解搅拌及输送投加系统中，采用塑料、搪瓷、铝、不锈钢等材料，避免与铁接触。 投加方式：在水中SS超过50mg/L的时节，PAM在一级处理构筑物之间投加；当悬浮物较少，在滤池前投加。在水中投加絮凝剂和助凝剂的时间间隔一般为14min，水温、浊度越低、色度越高，时间间隔应越长。,PAM投加量 根据不同的水源水质和净水工艺特点，通过实验来确定。 表二PAM在给水中的投加量,3、不同给水水质的处理,PAM可去除水中的悬浮颗粒、无机物和有机物，适用于处理不同浊度的水，是目前使用量大、应用范围广的有机絮凝剂与助凝剂。 在控制PAM

9、的质量和用量前提下，它用于饮用水是安全的，处理后水质符合大多数国家的饮用水标准。,（1）低浊度水的处理,低温低浊度水中有机物占的比例大。 单投入硫酸铝或PAC，上清液的浊度均随絮凝剂投加量的增加而下降，但在达到一定值后，浊度趋于回升，形成的絮体结构松散、轻飘，难于沉淀，处理效果差。投加PAM做助凝后，絮体体积增大，密度增加，沉降速率加快，沉淀能力迅速提高，出水浊度在为降低。当PAM加入量过多，上清液的浊度趋于回升，这是发生了胶体保护现象。 加入PAC的同时，加入不同量的PAM进行混凝沉淀，可加快去浊速率。当PAM用量达到0.03mg/L时，沉淀时间缩短一半，PAC投加量减少22%。 PAM的加

10、入可使净水设备在超负荷运行时，在确保水质的基础上同时提高供水量，提高设备的利用率，降低成本。,（2）高浊度水处理,无机絮凝剂和有机絮凝剂复合处理高浊度的水的混凝效果优于单独处理，且絮凝剂的投药顺序对混凝效果和再稳作用有影响，以先加无机絮凝剂，再加有机絮凝剂的效果更佳。 复合使用时，无机絮凝剂用量仅为单独使用时的1/4 1/2，而加入的有机絮凝剂PAM仅为单独使用无机絮凝剂的1/401/20。总成本比单独使用时明显降低。 比较PAM三氯化铁、PAMPAC、PAM硫酸铝、PAM淀粉等复合絮凝剂对高浊度水的絮凝效果，PAMPAC效果最佳。,（3）有机物的去除,PAM作为助凝剂，与PAC共同作用可以去

11、除合成有机物，如杀虫剂多果定。,（4）无机物及重金属的去除,PAM可以去除水中的无机物。用PAM固定反硝化菌可用于去除饮用水的硝酸盐。在进水无磷的情况下，硝酸盐快速转化成亚硝酸盐，但反硝化过程并不理想。 在进水中加入磷酸盐后，反硝化效果非常显著，出水中硝酸盐与亚硝酸盐均低于0.5mg/L，总氮去除率为95 100%。 PAM去除水中的重金属离子，如纤维素接枝PAM对汞有很好的选择吸附性。,（5）在给水处理中的毒性问题,絮凝剂的不安全性主要来自：药剂本身的毒性；商品药剂中杂质的毒性；在水处理过程中药剂的化学反应产物的毒性。 无机混凝剂的毒性一般属于商品药剂中杂质。但是铝盐对人体、水生物和植物表现

12、出毒性，能引起人的铝性脑病和骨病等铝中毒病症。因此对铝盐混凝剂在水中残留量有严格的限制，世界卫生组织、我国为0.2mg/L，美国为0.05mg/L。铁盐混凝剂的限制主要针对其所含重金属含量。 PAM及其水解物是无毒的，但残留的单体丙烯酰胺是毒性物质，用于水处理时对其在水中的残留晴更严格的限制：饮用水处理0.05%,污水处理 0.2%。,三、PAM在污水处理中的应用,PAM在污水处理中的常见工艺：废水 预处理 混凝 后处理。预处理工艺通常包括吸附、过滤等。后处理工艺根据污水性质的不同，可采用氧化、生物处理、气浮等。 PH值对废水处理的絮凝效果有着极大的影响。（1）能改变固体表面电性和双电层的厚度

13、，从而影响PAM的固体物吸附；（2）它能改变絮凝剂分子链的形状。一般情况下，NPAM适用PH为16，APAM的PH值610，CPAM的PH值1 10。 废水悬浮物含量会直接影响到絮凝剂的用量和絮凝效果。过大会使絮体自由沉降受阻，过小使得粒子的碰撞机会减少，影响絮体形成。对于悬浮物含量极少的废水可考虑从沉淀池底回流或外加易沉固体粒子来增加固液比。 温度对废水絮凝效果的影响比较复杂。温度升高，液体的黏度和密度下降，对絮体的沉降有利。但温度过高，会影响PAM在颗粒表面的吸附。,1、对含金属废水的处理,对含金属废水，PAM常与聚合硫酸铁、PAC等无机絮凝剂复合使用。,（1）含铬废水,图一：含Cr6+废

14、水处理流程 PAM 硬脂酸钠 助滤剂 氢氧化物 铬鞣剂 上清液去综合污水处理厂 废铬鞣液,预处理,复合沉淀剂配制,酸化,沉淀,反应,电镀废水中铬以Cr3+和Cr6+的形式存在。其中Cr6+比Cr3+毒性大100倍，对皮肤有刺激作用，长期摄入会引起肉瘤和扁平上皮癌等。我国规定的废水排放标准0.5mg/L。 在碱性条件下用Fe2+ PAM复合絮凝剂处理电镀废水中的Cr6+ ，工艺简单、费用低，效果好。 复合沉淀剂配制比例 氢氧化物：硬脂酸钠：PAM：助滤剂为97%：2%：0.6%：0.4%。用于处理废铬鞣液，效果良好。,（2）含镍废水,铝型材加工产生的含F-、Ni2+酸性废水，采用Ca（OH）2做

15、沉淀剂，通过化学沉淀法和控制废水PH，投加PAC、PAM，经沉淀分离出有害物。氟去除率33%，Ni 99%。 以PAM为助凝剂，采用聚合硫酸铁中和法处理镍电解废水。最佳工艺条件：PH9.0，聚合硫酸铁用量为镍含量的2倍，PAM为4mg/L。,（3）含铅废水,PAM作为絮凝剂在PH9. 2 9.5条件下对蓄电池厂废水中铅进行治理。,（4）含铜废水,APAM与其他药剂（如二乙基二硫代氨基甲酸钠）配合使用，可有效处理含铜电镀废水。后者作为吸收剂与含铜废水反应后，经氢氧化钠调节PH至1011.5，再投加聚合硫酸铁与APAM，絮凝反应后进行澄清排出，出水中铜的含量低于0.5mg/L。,2、有机废水的处理

16、,一般认为，有机絮凝剂对有机废水的絮凝效果较好，但不同种类的絮凝剂、不同操作长期保持下，絮凝效果也有差别。,（1）制药废水,抗生素废水是严重污染环境、较难治理的医药废水。 I、某庆大霉素废水处理 工艺：废水 吸附 过滤 混凝 氧化 中和 出水 原水：PH4.8，COD26500mg/L，BOD4920mg/L，色度500，SS12000mg/L。 加药：在PH值8时，PAC、CPAM用量分别为400mg/L、10mg/L，混凝后的废水再经双氧水亚铁盐紫外线处理，当PH3时，采取三次投加方式加入2.4g/L双氧水，紫外灯照射6小时，达到排放标准。 II、四环素废水生化前预处理 原水：排量1500

17、m3/d，PH7，COD5000mg/L，SS1290mg/L，色度875。 加药：15mg/LPAM，3000mg/L硫酸亚铁，COD去除率达到75%。,（2）含油废水,含油高的餐饮废水，硫酸铝钾与PAM复合使用，最佳投药量为1g/L，PH为9。 工业含油废水，可采用化学混凝法进行治理。具体混凝工艺如下 图二：含油废水混凝工艺流程 氯化钙 PAC 氢氧化钙 PAM 废水 排放,破乳,反应,调节,絮凝,沉降,（3）食品工业废水,以玉米为原料生产淀粉时生产废水。其COD2300-3200mg/L，SS450-650mg/L，氨氮45-65mg/L，PH4-4.8。常用生化法。也可采用氢氧化钙、P

18、AM（分子量约300万）进行处理，PAM使用量：废水：PAM溶液（0.1%)=1000:(15-20)。 酿酒厂废水，其COD和BOD波动较大，采用硫酸铝-PAM法。加入300mg/L硫酸铝，4.8mg/LPAM，BOD及COD降低60%以上。 酵母生产废水是用甘蔗糖蜜发酵生产酵母过程中产生的废水，其COD30000-80000mg/L，BOD15000-35000mg/L，还含有高浓度的硫酸盐（可达3000mg/L）。采用水解（酸化）-生物接触氧化-混凝法处理，生化出水后用PAC或聚合硫酸铁，PAM做助凝剂进行混凝处理。,（4）化工工业废水,白粉的生产在我国主要以硫酸法为主，其生产过钛程会产

19、生大量的酸性废水，可采用PAC-PAM絮凝法处理，也可用硫酸铝代替PAC。 乳胶漆生产过程中无工艺废水产生，但在更换品种和清洗设备时需要大量水冲洗，一般每吨产品有2-3吨洗涤废水，其中含有乳液、颜料、助剂和苯乙烯单体等，COD7000-15000mg/L，PH6-7，色度512-2048，SS浓度也很高。采用凝聚-加压气浮-煤渣、黄沙吸附过滤法，可选用硫酸铝或PAC、PAM混凝。 T105（用于原油开采的表面活性剂）废水，采用PAC-APAM复配（PAC200mg/L，APAM10-20mg/L）。,（5）农药废水,乐果属有机磷类农药，其生产废水呈乳白色至淡红色，PH2.5-12.5，COD1

20、6000-25000mg/L，总磷浓度800-2000mg/L，有机磷占40%-60%。采用氢氧化钙-PAC-PAM混凝工艺，PAM用量0.01mg/L，搅拌速率300r/min，搅拌时间40min，PH10-13。,（6）印染废水,印染污水的主要污染物为浆料、助剂和水不溶性染料。 阳离子染料废水，采用复合改性膨润土-PAM，脱色率可达99.9%； 含磺酸基的萘系、蒽系或其衍生物染料及中间体，采用硫酸亚铁（或聚合硫酸铁）-PAM，在碱性条件下（PH12）时，有良好的脱色效果。,（7）其他废水,制革废水特点是碱性大，色度深，耗氧量高，悬浮物多，且含有大量的Cr3+、Cr6+等。常采用硫酸亚铁（或

21、聚合硫酸铁）-PAM来处理鞣革废水。 屠宰废水，采用硫酸亚铁（或聚合硫酸铁） -PAM法，对氮磷有很好的去除效果，且可减少污泥排放量。 垃圾渗滤液，采用石灰-PAM法，渗滤液中的氮磷含量大大降低。,3、无机废水的处理,（1）含氟废水,含氟废水的处理方法主要有混凝沉淀法、电渗析法及离子交换法。在混凝法中，经常利用PAM强化除氟效果。 稀土湿化冶炼废水中含氟（以HF、NaF形式存在）700-1000mg/L，SO42-20000mg/L，Na+8500mg/L，PH1-1.5。采用氢氧化钙-氯化钙-PAC-PAM混凝法，可将氟含量降至10mg/L以下。 铝型材工业含氟废水，采用氢氧化钙-PAC-P

22、AM混凝法，可将氟浓度从200mg/L降至4mg/L，PAM用量为3-8 mg/L。 普钙生产废水，采用氢氧化钙-APAM处理较为理想。 对于含氟化工废水，也可以用电石渣-PAM进行处理。,（2）钢铁冶炼废水,在转炉炼钢工艺中产生大量除尘水，SS为2-20g/L，PH9-12。国内的炼钢厂多将除尘水处理后循环使用，以降低费用。为避免系统出现结垢和腐蚀现象，一般选用PAM为絮凝剂，采用废水 混合 反应 沉淀工艺。,（3）煤泥水,煤泥水是湿法选煤产生的，含有大量的煤泥和泥沙，是煤炭工业的主要污染源和煤炭损失源之一。常采用电石渣-PAM混凝法处理。 对于高浓度的煤泥水，用氢氧化钙、电石渣及氯化钙-P

23、AM混凝，能取得理想效果。可将原水SS60000-80000mg/L降至100mg/L以下，COD25000-30000mg/L降至60mg/L以下。,（4）其他无机废水,煤气洗涤水在回用过程中腐蚀和结垢趋势较强，主要是由于悬浮物、油、硫等含量较高。投加CPAM能够除去煤气洗涤水中的悬浮物和油，加锰盐作催化剂进行曝气氧化可以脱硫、酚和氰。 硫酸废水，加APAM，可降低SS含量，减少含砷废渣的产生。 玻璃生产废水中的细小玻璃颗粒，可用CPAM来去除。,工程应用：同步吸附-混凝-氧化法处理理染色废水,当废水中含有多种性质各异的染料和助剂，特别是含有大量阳离子染料和阴离子染料时，常规的混凝-生化法处

24、理效果极差，COD去除率仅为25%-40%，出水色度高达200-500倍。 同步吸附-混凝-氧化法处理理染色废水，其特点是吸附剂、絮凝剂（PAC、PAM）和氧化剂（次氯酸钠）依次加入同一个反应池，利用空气曝气进行搅拌。如果废水处理的结果不理想，可以利用循环水池将其返回反应池重新处理。其中絮凝剂在吸附剂投入后30-40min再投入。,图三：染色废水处理工艺流程 压缩空气 药剂 原水 排水,格栅,集水池,反应池,斜管沉淀池,处理水水池,循环水池,沉淀物槽,四、PAM在污泥处理中的应用,在污水处理过程中，会产生大量的污泥，其数量约占处理水量的0.3%-0.5%，污泥中含有大量的有毒物质（如寄生虫、病

25、原微生物、细菌、合成有机物、重金属等）、植物营养素、有机物和水分。正常情况下，污水厂的污泥含水率约为97%，经浓缩后，含水率可降至95%-97% 污泥处理的目的：（1）使污水处理厂能够正常运行，确保污水处理效果；（2）使有毒物质得到妥善处理或利用；（3）使容易腐化发臭的有机物得到稳定处理；（4）使有用物质得到综合利用，变害为利。 常见污泥处理工艺：污泥 浓缩 消化 机械脱水 干燥焚烧。 化学调节法是在污泥中投加絮凝剂、助凝剂等使污泥凝聚，提高脱水性能。,1、给水污泥处理,给水厂在生产大量生活用水时，也产生大量的废水，主要来源于沉淀池的排泥水和滤池的反冲洗水。 给水厂的污泥主要源于从原水中去除的

26、有机物、无机物、重金属等杂质及水处理过程中投加的 絮凝剂，污泥的BOD与COD比值小，无机物占污泥的绝大部分。 絮凝剂的品种和投加量对给水厂的污泥的数量和性质有很大影响。在欧美已有相当数量的给水厂采用PAM，部分或全部替代铝盐等无机絮凝剂。 给水厂沉淀池排泥水一般为间歇性的，短时间排泥水量很大，且浓度不均匀。,图四：给水厂排泥水处理流程 滤池反冲洗水 排放 泥液 上清液 滤液 沉淀池排泥水 泥饼处置 絮凝剂（或石灰） 石灰-FeCl3-PAM,贮水池,贮泥池,浓缩,调节,脱水,排泥水浓缩：降低污泥的含水率，减少污泥的体积，从而减轻后续处理工作量。含絮凝剂的排泥水通过重力浓缩可使固含量达2%-1

27、0%，含碳酸钙的排泥水通过重力浓缩固含量可以达到30%。也可用机械方式脱水。 污泥调节：物理调节有热处理、冰冻处理，加热可以降低液体的黏度，冷冻可使水通过冰晶体的形式与固体分离。化学调节可用石灰、酸、碱、絮凝剂等，给水厂大多采用PAM和氢氧化钙来调节 。 污泥脱水是污泥处理最重要的环节。有自然脱水和机械脱水两类。自然脱水（如天然干化）处理成本低，维修管理费用低，占地面积大，脱水效率低，受气候条件影响。机械脱水带用离心机、板框压滤机、带式压滤机和真空过滤机等。 在给水厂污泥处理中，使用CPAM或APAM都能达到理想效果。在处理饮用水时使用PAC结合PAM，后续污泥的浓缩时间可大大缩短。单投加PA

28、C，浓缩10h后含泥率才基本稳定在约2.3%，而投PAC-PAM，只需3h就能使含 泥量稳定，约达到4%。,2、污水污泥处理,污水处理厂污泥的固含量通常在4%-7%，加入PAM后泥饼的含水率可降至55%-80%，且过滤速率快，上清液浊度低。 PG磺化厂的生化污泥，固含量6.66%，PH4.5，加入0.75%ZPAM，采用真空吸滤法，滤饼含水率72.50%；如加入0.75%的CPAM，泥饼含水率为74.48%。 广州大坦沙城市污水处理厂的生化污泥固含量为4.1%，加入1.22%ZPAM，采用真空吸滤法，泥饼含水率降至75.5%，加入1.22%CPAM，泥饼含水率降至78.24%。 扬子乙烯污水处理厂采用聚合硫酸铁-CPAM法，当聚合硫酸铁投加量为10%，CPAM投加量为0.75%，处理效果同1.5%CPAM相当，经带式压滤后，泥饼固含量比单一投加CPAM高3%-5%。,谢谢观看！,