水處理藥劑與材料是當前水工業、汙染治理與節 水回用淨化處理工程技術領域中應用最廣泛、用量最 大的特殊產品，主要包括3大類藥劑產品:各類型絮凝 劑、緩蝕阻垢劑與消毒殺生劑。絮凝劑主要包括3大 類:無機絮凝劑、有機絮凝劑和微生物絮凝劑。無機絮 凝劑的應用範圍非常廣泛，是最早使用的一種絮凝劑。 但是，無機絮凝劑有投藥量大、絮凝效果差等缺點。有 機高分子絮凝劑是一類利用有機單體經化學聚合或高 分子化合物共聚而成的有機高分子化合物，由於分子 上的鏈節與水中膠體微粒有極強的吸附作用，絮凝效 果優異。有機高分子絮凝劑同無機高分子絮凝劑相 比，具有用量少、絮凝速度快、受共存鹽類、pH值及溫 度影響小、生成汙泥量少並且容易處理等特點，因而有 著廣闊的應用前景[1]。1980年代後期研究開發出第三 類絮凝劑，稱為微生物絮凝劑[2]，但多局限於實驗室水 平的菌種篩選及其特性研究。

兩性絮凝劑兼有陰、陽離子基團的特點，不僅具有 電中和、吸附架橋作用，而且還有分子間的“纏繞”包裹 作用，因此具有較好的脫水性能。它對不同性質、不同 腐敗程度的汙泥都有較好的脫水、助濾作用，得到的泥 餅含水率低，且用量較少，成為國內外研究的熱點[>4]。 兩性聚丙烯酰胺的合成方法主要有水溶液聚合[%]、反 相乳液聚合[7]、反相微乳液聚合[M]和泡沫分散聚合[10] 等。而采用水分散聚合工藝製備兩性聚丙烯酰胺是一 種十分新穎的方法，采用該方法製備的聚合物粒子細   小而均勻，分子量和水溶性易於調節，在水中的溶解速 度快，應用性能良好。

本文采用自製的兩性聚丙烯酰胺處理城市汙水， 兩性聚丙烯酰胺水分散體係的絮凝性能,考查其應用性能，並對處理過程中各因素的影響進行 探討。同時，與離子型聚丙烯酰胺的絮凝性能進行比 較，探討各類型絮凝劑的作用機理。

1材料與方法

1. 1試劑與儀器

1. 1. 1試劑兩性聚丙烯酰胺（AmPAM)，自製，通

過水分散聚合工藝合成;氯化鈉，分析純，天津北方醫 化學試劑廠;氫氧化鈉，分析純，煙台三和化學試劑有 限公司；鹽酸，36%~ 38%，煙台三和化學試劑有限公 司；城市汙水采自青島李村河汙水處理廠，水質見表1。

表1汙水水質

T able 1 T he wastewater properties

懸浮物總憐總氮

Suspended CODBOD5TotalTotalpH

m at t erph os p h oru sni t rog en

310 mg/L 620 mg/L200 mg/ L9. 1 mg/L70 mg/ L6. 0

1. 1.2實驗儀器可見分光光度計SP722E，上海光

譜儀器有限公司；混凝試驗攪拌機ZR406,深圳中潤水 工業技術發展有限公司。

1. 2實驗方法 

1.2. 1絮凝方法將兩性聚丙烯酰胺溶解於NaCl

濃度為1%的水溶液中，配成兩性聚丙烯酰胺濃度為 5%的助劑溶液。陽離子或陰離子聚丙烯酰胺直接用 水溶解，配成5 %的助劑溶液。汙水處理試驗由混凝試 驗攪拌機ZR406完成。

量取1 000 mL的汙水置於1 000 mL燒杯中，分

別加入兩性聚丙烯酰胺、888电子游戏官网、陰離子聚 丙烯酰胺助劑溶液，以160 r/min快速攪拌30 s，以 40 r/min慢速攪拌2 min，攪拌後自然沉降，在波長為 550 nm的條件下，測定上清液的透光率，觀測絮體體積。 1. 2. 2助劑用量對絮凝過程的影響選用的兩性聚

丙烯酰胺特性黏數為11. 27 dL • g-、離子度為15 : 70: 15(AA: AM: DMC)，用氯化鈉濃度1%的溶液 溶解。陽離子型和陰離子型聚丙烯酰胺的特性黏數分 別為10. 67和9. 34 dL • g-、離子度為15%，用純水 溶解後使用。所用汙水pH為6. 5,常溫條件下進行汙 水絮凝實驗。

1. 2. 3離子度對絮凝過程的影響將多個兩性聚丙

烯酰胺樣品用氯化鈉濃度1%的溶液溶解，選用的聚合 物陰、陽離子度相同，兩性聚丙烯酰胺水分散體係的絮凝性能,故用離子度表示離子基團的多 少。所用汙水pH為6. 5,常溫條件下進行汙水絮凝實

驗。

1. 2. 4 pH值對絮凝過程的影響選用的兩性聚丙

烯酰胺特性黏數為11. 27 dL • g-、離子度為15 : 70 :15(AA: AM: DMC)，用氯化鈉濃度1%的溶液溶 解。所用汙水pH為6. 5,常溫條件下進行汙水絮凝實 驗，用稀鹽酸或氫氧化鈉溶液調節體係的pH值，絮凝 劑用量固定為3 mg • L- 1。

1. 2.5鹽濃度對絮凝過程的影響選用的兩性聚丙烯 酰胺特性黏數為10. 83 dL • g-、離子度為15: 70: 15 (AA: AM: DMC)，用不同氯化鈉濃度的溶液溶解。所 用汙水pH為6.5,常溫條件下進行汙水絮凝實驗。

2結果與討論

2.1助劑用量對絮凝過程的影響

不同助劑用量的絮凝實驗數據結果見圖1。從圖 1中可以看出，隨著兩性聚丙烯酰胺用量的増加，上清 液的透光率迅速増大，至用量為3. 0 mg • L- 1時達到 最大值。再増加絮凝劑用量，上清液的透光率變化不 大，且用量為10mg*L 1時，透光率反應有所下降。 當使用陽離子型和陰離子型聚丙烯酰胺時，上清液透 光率的變化也具有相似的規律。兩性產品的絮凝效果 比陽離子型產品略強，陰離子型產品的效果較差。圖2 為絮凝後絮體體積的數據結果。在較低的範圍內，隨 著絮凝劑用量的増加，兩性聚丙烯酰胺水分散體係的絮凝性能,絮體體積快速降低。當用量超 過3. 0• L 1時，數據變化不大。d

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絮凝劑用量太少，電性中和作用少，吸附架橋作用 較弱，絮凝效果較差;絮凝劑用量増大，汙水中懸浮物 質的吸附量也隨之増大，有利於電性中和與吸附架橋。 但絮凝劑用量過大時，大量的高分子絮凝劑吸附在吸 附顆粒上將其包裹，使顆粒保持分散狀態。懸浮顆粒 的絮凝過程可分為多個階段，Gregory測定了不同摩爾 質量的3種聚電解質的絮凝效率，發現了 1個聚合物 濃度區域[11]: ( 1)穩定區，聚合物濃度非常低；（2)絮凝 區;（3)再穩定區，聚合物濃度過高。兩性聚丙烯酰胺 也具有相似的性質（見圖1)。

96-

 

0246810

助劑用量人861^(1〇83目6/111^*1/1

圖1助劑用量對上清液透光率的影響

Fig. 1 Effect of agent dosage on the transmittance of supernatant

 

圖2助劑用量對絮體體積的影響

Fig. 2 Effect of agent dosage on floc volume

在城市汙水中，懸浮汙染物主要帶負電荷，兩性聚丙烯酰胺水分散體係的絮凝性能,分子鏈 上帶有負電荷的陰離子型聚合物不利於對汙染物的吸 附、架橋作用，起到絮凝作用主要是通過網捕，使懸浮 物發生聚集沉降。而陽離子型產品由於帶有正電荷， 在絮凝時同時具有電性中和、架橋、網捕等作用，可以 更好的吸附在多個顆粒表麵，使懸浮物更有效的沉降。 另一方麵，城市汙水體係較為複雜，除懸浮物帶有負電 荷外，還有其它很多正電離子、粒子等等。這些反離子 必然會對陽離子型聚合物的絮凝效果產生負麵影響。 shing House. All rights reserved, https://www.cnki.net 兩性聚丙烯酰胺分子鏈上的陰離子基團可以削除這些 反離子的負麵影響，使正電荷有效的吸附的汙染物顆 粒的表麵。同時，聚合物分子間不同離子基團的吸引 強化了網捕作用，使被吸附的顆粒更容易發生聚集、沉 降。從圖1和圖2中可以看出兩性產品絮凝性能略強 於陽離子型產品，而陰離子型產品效果較差。

2. 2離子度對絮凝過程的影響

不同離子基團含量的AmPAM絮凝實驗數據結 果見圖3。從圖3中可以看出，隨著分子鏈中離子基團 的増加，兩性聚丙烯酰胺的絮凝效果先増加，後降低。 當陰、陽離子基團含量均為12. 5時，絮凝效果達到最 佳值。當離子度較低時，分子鏈上帶電荷量較小，電性 中和能力減弱，與汙水中懸浮雜質的吸附作用降低。 陰離子電荷的減少使得汙水體係中反離子的影響増 大，對分子鏈上的正電荷吸附作用產生負麵影響較強。 因此，聚合物的絮凝效果較差。隨著離子基團的増加， 電性中和作用増加，吸附汙染物顆粒的能力増強，同時 陰離子有效的削弱了汙水中反離子的負麵作用，因此 絮凝效果得到了有效的提高。當聚合物的離子度進一 步提高時，絮凝效果出現降低的趨勢。這是因為分子 鏈中離子基團過高，帶有不同電荷的基團距離減小，分 子間的相反電荷的作用増強，使得有效的帶電基團降 低，影響了總體的絮凝效果。另外，兩性聚丙烯酰胺的 分子量也對絮凝效果有較大的影響[12]。但是，離子單 體含量越大，聚合物的分子量越低，勢必造成產品的應 用性能降低。離子度超過15%後，分子量下降較多，絮 凝性能降低。圖3中的變化規律是由聚合物的離子度 和分子量共同影響的結果 的絮凝性能變化不大。當pH值為11. 6時絮凝性能 下降較大。不同的pH值條件下，AmPAM分子鏈中 各種基團的離解度不同，使大分子鏈的電性中和和吸 附架橋作用不同[4]。本文所用兩性聚丙烯酰胺中，陰 離子基團為羧酸基，它是1個弱酸基團。當體係在酸 性條件下，羧酸基團電離的程度低，大多數形成不帶電 的基團。在這種條件下，聚合物的性能類似於陽離子 型聚合物，絮凝性能有所下降。當pH過高時（如為 11. 6)，聚合物分子中的酰胺基（-CONH2)會發生水 解反應，產物黏度降低，影響它的吸附架橋能力。圖4 中，絮體體積變化不大，這是因為實驗在絮凝劑最佳用 量下進行，汙水中的大部分汙染物沉降下來。聚合物 絮凝能力的不同主要體現在少量粒徑較小的、不易沉 降的汙染物上。從圖4中可知，兩性聚丙烯酰胺作為 汙水處理劑，具有較寬的pH值適用範圍，在4~ 11之 間均有較好的絮凝效果。

 

 

 

圖3離子度對絮凝過程的影響 Fig. 3 Effect of ionic degree on flocculation

 

圖5氯化鈉濃度對絮凝過程的影響

2. 3 pH 對絮凝過程的影響

在絮凝過程中，pH值對絮凝效果有較大的影

響[13]。不同汙水pH值條件下絮凝實驗數據結果見圖

4。由圖4可知，兩性聚丙烯酰胺在pH < 6時絮凝效

果隨著pH值的減小而降低。當pH值> 6時，聚合物 © 1994-2011

2. 4鹽濃度對絮凝過程的影響

在AmPAM使用前，先用NaCl溶液溶解，其 NaCl濃度對絮凝效果的影響見圖5。從圖5中可以看

大。當氯化鈉的濃度為0. 5%時，汙水處理實驗的結果 不理想。兩性聚丙烯酰胺水分散體係的絮凝性能,實驗過程中用氯化鈉溶解配製絮凝劑溶液是 考慮到所用聚合物為離子平衡的聚電解質，其等電點 為6.0,在純水中的溶解性較差。若使用純水溶解兩性 聚丙烯酰胺，不但溶解效果不好，而且所需溶解性很 長。因此，本文采用氯化鈉作促溶劑。當氯化鈉濃度 為0.5%時，聚合物未能在水中較好的溶解、分散。在 加入到汙水體係中時，聚合物分子鏈無法有效地與汙 染物發生作用，絮凝效果較差。當氯化鈉濃度大於等 於1%後，聚合物完全溶解於氯化鈉溶液中，在加入到 汙水中後，可以較好的發生吸附、架橋和網捕作用。另 外，氯化鈉隻是作為促溶劑用於絮凝劑溶液的配製，由 於是小分子鹽，在絮凝過程中不具有絮凝作用，因此， 過量的氯化鈉對絮凝效果影響不大。

3結語

兩性聚丙烯酰胺的絮凝能力略強於陽離子型聚丙 烯酰胺，而陰離子型聚丙烯酰胺的性能較差。當兩性 聚丙烯酰胺絮凝劑的用量為3. 0 mg • L 1時，上清液 的透光率最高，絮體體積較小，絮凝效果最好。兩性聚 丙烯酰胺的絮凝能力受離子度的影響，離子基團越多， 有利於與汙染物顆粒的吸附、架橋，絮凝能力提升。但 過多的離子基團使合成過程中聚合物的分子量降低， 同時在應用過程中削弱了網絡結構，反而使絮凝能力 下降。所處理汙水的pH值對兩性聚丙烯酰胺的絮凝 能力也有影響，但其適應範圍較寬。較低的pH下，陰 離子基團不能有效電離，不能有效屏蔽反離子的影響。 較高pH下，聚合物分子中的酰胺基會發生水解反應， 產物粘度急劇降低，影響它的吸附架橋能力。兩性聚 丙烯酰胺在應用時需先用1%的氯化鈉溶液溶解，鹽濃 度過低時聚合物不能充分溶解，高於此值對絮凝過程 無明顯影響。