2.5　非離子型合成有機高分子絮凝劑的應用

非離子型合成有機高分子絮凝劑可有限降低廢水中的污染物指標，如化學耗氧量（COD_Cr）、固體懸浮物（SS）以及濁度或色度等，可廣泛用于處理城市污水和工業廢水。此外，還可以應用于工業生產實踐中。

2.5.1　城市污水處理中的應用

隨著我國城市化程度的不斷提高，污水排放量持續增長，2017年我國生活污水排放量達600億噸，工業廢水排放量達220億噸^[26]。目前全國城市生活污水處理率可達到91.9%，城市污水處理廠多數是生物二級處理，由于二級處理的基建投資大，一些中小城鎮無法承受。因此開發一種基建投資省、處理效率高的污水處理新工藝，如強化一級處理，成為當前迫切需要解決的問題。強化一級處理技術因其整體使用成本相對較低，因此在城市生活污水處理中的應用相對較多。同時由于強化一級處理技術的操作較為簡便，且穩定性較好，尤其適用于中小城市中的生活污水處理。強化一級處理技術主要由強化一級處理工藝和生物強化一級處理工藝共同構成。不過在實際的運用過程中，由于強化一級處理技術中的絮凝劑可能造成對環境的二次污染，這也限制了該技術的進一步發展^[27]。與常規一級處理相比，強化一級處理不僅對水中微細懸浮顆粒（<10μm）的脫除率有顯著提高，更重要的是對膠體狀態的污染物有較好的去除效果。隨著新型高效水處理劑的不斷開發應用和絮凝反應及工藝條件的優化，近年來城市污水強化一級處理又得到新發展，其工藝已成為歐洲一些國家研究污水處理技術新的熱點。

在強化一級處理城市污水中，常用的有機高分子絮凝劑主要是聚丙烯酰胺（PAM）。胡牧等^[28]采用燒杯試驗，以沸石、聚合氯化鋁、硫酸亞鐵為試驗藥劑，對城市污水進行強化一級處理，分析了三種藥劑的處理效果。試驗表明，沸石混凝劑的處理效果最好，聚合氯化鋁次之，硫酸亞鐵效果最差。

徐婷等^[29]利用活性污泥具有的絮凝、吸附、過濾等特性對市政污水進行強化一級處理，主要結論是生物絮凝在微氧條件下[DO（溶解氧）為0.3～0.5mg/L]可獲得較好的污水處理效果，在7～18℃時處理效果受溫度影響較小。

2.5.2　工業廢水處理中的應用

非離子型有機高分子絮凝劑可用于處理制革、制藥、制漿造紙、化工、印染、選礦以及冶金等工業廢水。

2.5.2.1　PAM

陳夫山等^[30]研究了改性PAM聚合氯化鋁體系在造紙廢水處理中的應用，研究表明，改性PAM用量為0.75mg/kg，與之復配的聚合氯化鋁用量為100mg/kg時，COD去除率高達85%以上。

萬濤等^[31]的研究表明，在pH=5的情況下，對于分散染料，當PAM用量為10mg/L時，其脫色率達31%；當投加量增加到100mg/L時，脫色效果達到最佳值92.2%。對于堿性品紅和酸性紅染料，當投加量為100mg/L時，對堿性品紅和酸性紅染料的脫色率分別為73.6%和84%。

喬洪棋等^[32]在對四環素工業廢水進行預處理時發現，3000mg/kg硫酸亞鐵和15mg/kg聚丙烯酰胺混合使用，處理效果最好，COD的去除率最高，為75.0%（見表2-13）。

筆者用不同分子量的非離子型聚丙烯酰胺和其他絮凝劑處理印染廢水以及制藥廢水（廢水的水質指標見表2-14），發現當聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺的用量一定時，聚丙烯酰胺分子量的增大有助于提高處理效果，試驗結果見圖2-1和圖2-2。

聚丙烯酰胺處理其他工業廢水的效果見表2-15。

2.5.2.2　脲醛縮合物

筆者曾用脲醛縮合物、聚合氯化鋁以及聚丙烯酰胺處理石材廢水，結果發現：如果不加脲醛縮合物，直接用聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺處理的石材廢水中，濁度的去除率僅65.0%左右，這可能與石材廢水中含有機冷卻劑有關，如果加入10.0mg/L脲醛縮合物，再加入50～120mg/L聚合氯化鋁和10～30mg/L聚丙烯酰胺，那么濁度的去除率高達98.6%，固體懸浮物（SS）的去除率高達99.7%，而且絮體的沉降速度明顯加快。

2.5.2.3　酚醛縮合物

酚醛縮合物可用于處理含樹脂和含表面活性劑廢水，而且在pH為中性或酸性時也有很好的絮凝沉降效果。

2.5.2.4　苯胺／甲醛縮合物

楊菊萍等^[25]利用苯胺／甲醛縮合物處理活性艷橙K/G和造紙黑液，發現處理活性艷橙K/G時苯胺／甲醛縮合物的最佳用量為4g/L，脫色率和COD去除率可達97%和78%；處理造紙黑液的最佳用量為6g/L，脫色率和COD去除率可達96%和76%。而且，苯胺／甲醛縮合物絮凝劑的用量不能超過上述用量，否則脫色率和COD去除率反而下降。

2.5.3　工業生產中的應用

2.5.3.1　聚丙烯酰胺在選礦中的作用

楊忠等^[34]根據煤泥水難處理的特性，采用正交試驗設計試驗研究了水的硬度、非離子型PAM用量、煤泥粒度對煤泥水沉降的影響。結果發現，當加Ca²⁺粒度為0.125～0.074mm、非離子型PAM（2%）用量為10mL時，煤泥水絮凝效果最好。

2.5.3.2　聚丙烯酰胺在造紙中的作用

PAM在造紙工業中的作用主要表現在兩個方面：一是提高填料、顏料等的存留率以降低原材料的流失和對環境的污染；二是提高紙張的強度（包括干強度和濕強度）。PAM用作分散劑，可以改善紙頁的均勻度，降低紙料的打漿度，促進長纖維在抄紙時的分散，增加紙漿液的穩定性及填料和顏料的黏結性；用作增強劑，能有效地提高紙張的強度，提高紙張的抗撕性和多孔性，以改進視覺和印刷性能；用作助留劑、濾水劑、沉降劑，能提高填料粒子和細小纖維的存留率，加速脫水速度，減少纖維在白水中的流失量，有利于提高過濾和沉淀等回收設備的效率，減少污染。PAM的使用效果取決于平均分子量、離子性質、離子強度及其他共聚物的活性。研究證明，在紙漿中加入0.25%～0.5% PAM，能使紙漿沉淀速度增加60倍，白水中固體含量下降60%，白土等的存留率為10%～15%，白水懸浮物降至50mg/L以下^[35]。

2.5.3.3　聚氧化乙烯在造紙中的作用

聚氧化乙烯可作為長纖維的分散劑，抄造衛生紙、餐巾紙、手帕紙時常用聚氧化乙烯樹脂作長纖維分散劑。我國有一些造紙廠發現使用聚氧化乙烯可以縮短打漿時間。可以使用叩解度較低的紙漿，抄造出均勻度良好的紙張，同時紙頁柔軟性和強度都較好。此外，聚氧化乙烯還可以用作新聞紙配料的助留劑。在高級紙廠使用的陽離子或陰離子助留助濾劑，對新聞紙廠不適合，因為在新聞紙配料中存在著大量的短磨木漿纖維和木質素衍生物之類的膠狀物。

劉春亮等^[36]利用聚氧化乙烯受水質和其他添加助劑的影響相對較小，抄造性能穩定，不易斷紙和掉粉，并可以提高成紙的柔軟性和均勻度的特點，研究一種聚氧化乙烯型分散劑在薄頁紙產品中的應用，從助留助濾效果、成紙指標、紙面均勻度狀態等方面分析，對聚氧化乙烯型分散劑在薄頁紙中的使用效果及方法進行探討。

2.5.3.4　聚氧化乙烯在選煤中的作用

Yevmenova等^[37]利用聯合膠體公司生產的分子量為5.6×10⁶的聚氧化乙烯、陰離子型聚丙烯酰胺（M525和M365）和陽離子型聚丙烯酰胺M1440作為絮凝劑清除煤泥。試驗結果表明，若能有效溶解上述三種高分子絮凝劑，那么煤泥的過濾速度可以提高30%～40%，煤泥的含水率可以降低3%～4%。

2.5.4　其他方面的應用

2.5.4.1　廢水檢測樣預處理

朱四琛等^[38]采用磷酸銨鎂（MAP）結晶法與絮凝劑聯用預處理化工高含磷廢水。以實際化工含磷廢水為研究對象，考察了pH值、鎂鹽投加量、反應溫度以及絮凝劑PAFC、PAM投加量對除磷效果的影響。研究結果表明，MAP結晶法除磷的最佳工藝條件為：pH值為9.0，n（Mg²⁺）:n（）為1.6:1，反應溫度為30℃；絮凝劑強化除磷的最佳工藝條件為：PAFC投加量為30mg/L，PAM投加量為3mg/L。此時TP（總磷）、TN（總氮）、NH₃-N、COD_Cr的去除率分別為98%、74%、64%、87%，滿足后續處理要求。

2.5.4.2　污泥脫水

裘慧珺^[39]以某市政污水處理廠濃縮池污泥為研究對象，以污泥沉降比、污泥比阻（SRF）為指標，研究了聚丙烯酰胺（PAM）對污泥脫水性能的影響，探討了助凝劑生石灰對污泥脫水性能的影響。結果表明：PAM作污泥調理劑的最佳投加量為40mg/L，且生石灰聯合PAM作為污泥的調理劑脫水效果更好。生石灰10g/L、PAM 20mg/L為最佳污泥調理藥劑組合。

周世嘉^[40]采用高分子絮凝劑聚合氯化鋁、聚丙烯酰胺對污水處理廠污泥濃縮池剩余污泥進行絮凝實驗，通過對污泥沉降性能的測定，利用污泥沉降比、污泥濃度、懸浮物、泥餅含水率及上清液COD_Cr和氨氮實驗表征絮凝劑效果，最后得出800萬分子量的陽離子型聚丙烯酰胺可達到經濟實惠、效果可觀的目標，其最佳用量為0.06g/100mL。

筆者和課題組成員利用實驗室制備的PAM乳液處理污水處理廠污泥，并進行不同聚丙烯酰胺產品的脫水性能比較，結果見表2-16。由表中數據可知，經實驗室制備的PAM乳液脫水后的污泥含水率為95.1%，FC-2506脫水后污泥含水率為96.4%，FA-40H脫水后的污泥含水率為95.2%，FC-2509脫水后的污泥含水率為95.0%，FC-2508和FA-40脫水后的污泥含水率為94.7%。由此可見，實驗室制備的PAM乳液脫水性能較FC-2506乳液、FA-40H好，較FC-2509、FC-2508、FA-40差。