2.5　非离子型合成有机高分子絮凝剂的应用

非离子型合成有机高分子絮凝剂可有限降低废水中的污染物指标，如化学耗氧量（COD_Cr）、固体悬浮物（SS）以及浊度或色度等，可广泛用于处理城市污水和工业废水。此外，还可以应用于工业生产实践中。

2.5.1　城市污水处理中的应用

随着我国城市化程度的不断提高，污水排放量持续增长，2017年我国生活污水排放量达600亿吨，工业废水排放量达220亿吨^[26]。目前全国城市生活污水处理率可达到91.9%，城市污水处理厂多数是生物二级处理，由于二级处理的基建投资大，一些中小城镇无法承受。因此开发一种基建投资省、处理效率高的污水处理新工艺，如强化一级处理，成为当前迫切需要解决的问题。强化一级处理技术因其整体使用成本相对较低，因此在城市生活污水处理中的应用相对较多。同时由于强化一级处理技术的操作较为简便，且稳定性较好，尤其适用于中小城市中的生活污水处理。强化一级处理技术主要由强化一级处理工艺和生物强化一级处理工艺共同构成。不过在实际的运用过程中，由于强化一级处理技术中的絮凝剂可能造成对环境的二次污染，这也限制了该技术的进一步发展^[27]。与常规一级处理相比，强化一级处理不仅对水中微细悬浮颗粒（<10μm）的脱除率有显著提高，更重要的是对胶体状态的污染物有较好的去除效果。随着新型高效水处理剂的不断开发应用和絮凝反应及工艺条件的优化，近年来城市污水强化一级处理又得到新发展，其工艺已成为欧洲一些国家研究污水处理技术新的热点。

在强化一级处理城市污水中，常用的有机高分子絮凝剂主要是聚丙烯酰胺（PAM）。胡牧等^[28]采用烧杯试验，以沸石、聚合氯化铝、硫酸亚铁为试验药剂，对城市污水进行强化一级处理，分析了三种药剂的处理效果。试验表明，沸石混凝剂的处理效果最好，聚合氯化铝次之，硫酸亚铁效果最差。

徐婷等^[29]利用活性污泥具有的絮凝、吸附、过滤等特性对市政污水进行强化一级处理，主要结论是生物絮凝在微氧条件下[DO（溶解氧）为0.3～0.5mg/L]可获得较好的污水处理效果，在7～18℃时处理效果受温度影响较小。

2.5.2　工业废水处理中的应用

非离子型有机高分子絮凝剂可用于处理制革、制药、制浆造纸、化工、印染、选矿以及冶金等工业废水。

2.5.2.1　PAM

陈夫山等^[30]研究了改性PAM聚合氯化铝体系在造纸废水处理中的应用，研究表明，改性PAM用量为0.75mg/kg，与之复配的聚合氯化铝用量为100mg/kg时，COD去除率高达85%以上。

万涛等^[31]的研究表明，在pH=5的情况下，对于分散染料，当PAM用量为10mg/L时，其脱色率达31%；当投加量增加到100mg/L时，脱色效果达到最佳值92.2%。对于碱性品红和酸性红染料，当投加量为100mg/L时，对碱性品红和酸性红染料的脱色率分别为73.6%和84%。

乔洪棋等^[32]在对四环素工业废水进行预处理时发现，3000mg/kg硫酸亚铁和15mg/kg聚丙烯酰胺混合使用，处理效果最好，COD的去除率最高，为75.0%（见表2-13）。

笔者用不同分子量的非离子型聚丙烯酰胺和其他絮凝剂处理印染废水以及制药废水（废水的水质指标见表2-14），发现当聚合氯化铝和聚丙烯酰胺的用量一定时，聚丙烯酰胺分子量的增大有助于提高处理效果，试验结果见图2-1和图2-2。

聚丙烯酰胺处理其他工业废水的效果见表2-15。

2.5.2.2　脲醛缩合物

笔者曾用脲醛缩合物、聚合氯化铝以及聚丙烯酰胺处理石材废水，结果发现：如果不加脲醛缩合物，直接用聚合氯化铝和聚丙烯酰胺处理的石材废水中，浊度的去除率仅65.0%左右，这可能与石材废水中含有机冷却剂有关，如果加入10.0mg/L脲醛缩合物，再加入50～120mg/L聚合氯化铝和10～30mg/L聚丙烯酰胺，那么浊度的去除率高达98.6%，固体悬浮物（SS）的去除率高达99.7%，而且絮体的沉降速度明显加快。

2.5.2.3　酚醛缩合物

酚醛缩合物可用于处理含树脂和含表面活性剂废水，而且在pH为中性或酸性时也有很好的絮凝沉降效果。

2.5.2.4　苯胺／甲醛缩合物

杨菊萍等^[25]利用苯胺／甲醛缩合物处理活性艳橙K/G和造纸黑液，发现处理活性艳橙K/G时苯胺／甲醛缩合物的最佳用量为4g/L，脱色率和COD去除率可达97%和78%；处理造纸黑液的最佳用量为6g/L，脱色率和COD去除率可达96%和76%。而且，苯胺／甲醛缩合物絮凝剂的用量不能超过上述用量，否则脱色率和COD去除率反而下降。

2.5.3　工业生产中的应用

2.5.3.1　聚丙烯酰胺在选矿中的作用

杨忠等^[34]根据煤泥水难处理的特性，采用正交试验设计试验研究了水的硬度、非离子型PAM用量、煤泥粒度对煤泥水沉降的影响。结果发现，当加Ca²⁺粒度为0.125～0.074mm、非离子型PAM（2%）用量为10mL时，煤泥水絮凝效果最好。

2.5.3.2　聚丙烯酰胺在造纸中的作用

PAM在造纸工业中的作用主要表现在两个方面：一是提高填料、颜料等的存留率以降低原材料的流失和对环境的污染；二是提高纸张的强度（包括干强度和湿强度）。PAM用作分散剂，可以改善纸页的均匀度，降低纸料的打浆度，促进长纤维在抄纸时的分散，增加纸浆液的稳定性及填料和颜料的黏结性；用作增强剂，能有效地提高纸张的强度，提高纸张的抗撕性和多孔性，以改进视觉和印刷性能；用作助留剂、滤水剂、沉降剂，能提高填料粒子和细小纤维的存留率，加速脱水速度，减少纤维在白水中的流失量，有利于提高过滤和沉淀等回收设备的效率，减少污染。PAM的使用效果取决于平均分子量、离子性质、离子强度及其他共聚物的活性。研究证明，在纸浆中加入0.25%～0.5% PAM，能使纸浆沉淀速度增加60倍，白水中固体含量下降60%，白土等的存留率为10%～15%，白水悬浮物降至50mg/L以下^[35]。

2.5.3.3　聚氧化乙烯在造纸中的作用

聚氧化乙烯可作为长纤维的分散剂，抄造卫生纸、餐巾纸、手帕纸时常用聚氧化乙烯树脂作长纤维分散剂。我国有一些造纸厂发现使用聚氧化乙烯可以缩短打浆时间。可以使用叩解度较低的纸浆，抄造出均匀度良好的纸张，同时纸页柔软性和强度都较好。此外，聚氧化乙烯还可以用作新闻纸配料的助留剂。在高级纸厂使用的阳离子或阴离子助留助滤剂，对新闻纸厂不适合，因为在新闻纸配料中存在着大量的短磨木浆纤维和木质素衍生物之类的胶状物。

刘春亮等^[36]利用聚氧化乙烯受水质和其他添加助剂的影响相对较小，抄造性能稳定，不易断纸和掉粉，并可以提高成纸的柔软性和均匀度的特点，研究一种聚氧化乙烯型分散剂在薄页纸产品中的应用，从助留助滤效果、成纸指标、纸面均匀度状态等方面分析，对聚氧化乙烯型分散剂在薄页纸中的使用效果及方法进行探讨。

2.5.3.4　聚氧化乙烯在选煤中的作用

Yevmenova等^[37]利用联合胶体公司生产的分子量为5.6×10⁶的聚氧化乙烯、阴离子型聚丙烯酰胺（M525和M365）和阳离子型聚丙烯酰胺M1440作为絮凝剂清除煤泥。试验结果表明，若能有效溶解上述三种高分子絮凝剂，那么煤泥的过滤速度可以提高30%～40%，煤泥的含水率可以降低3%～4%。

2.5.4　其他方面的应用

2.5.4.1　废水检测样预处理

朱四琛等^[38]采用磷酸铵镁（MAP）结晶法与絮凝剂联用预处理化工高含磷废水。以实际化工含磷废水为研究对象，考察了pH值、镁盐投加量、反应温度以及絮凝剂PAFC、PAM投加量对除磷效果的影响。研究结果表明，MAP结晶法除磷的最佳工艺条件为：pH值为9.0，n（Mg²⁺）:n（）为1.6:1，反应温度为30℃；絮凝剂强化除磷的最佳工艺条件为：PAFC投加量为30mg/L，PAM投加量为3mg/L。此时TP（总磷）、TN（总氮）、NH₃-N、COD_Cr的去除率分别为98%、74%、64%、87%，满足后续处理要求。

2.5.4.2　污泥脱水

裘慧珺^[39]以某市政污水处理厂浓缩池污泥为研究对象，以污泥沉降比、污泥比阻（SRF）为指标，研究了聚丙烯酰胺（PAM）对污泥脱水性能的影响，探讨了助凝剂生石灰对污泥脱水性能的影响。结果表明：PAM作污泥调理剂的最佳投加量为40mg/L，且生石灰联合PAM作为污泥的调理剂脱水效果更好。生石灰10g/L、PAM 20mg/L为最佳污泥调理药剂组合。

周世嘉^[40]采用高分子絮凝剂聚合氯化铝、聚丙烯酰胺对污水处理厂污泥浓缩池剩余污泥进行絮凝实验，通过对污泥沉降性能的测定，利用污泥沉降比、污泥浓度、悬浮物、泥饼含水率及上清液COD_Cr和氨氮实验表征絮凝剂效果，最后得出800万分子量的阳离子型聚丙烯酰胺可达到经济实惠、效果可观的目标，其最佳用量为0.06g/100mL。

笔者和课题组成员利用实验室制备的PAM乳液处理污水处理厂污泥，并进行不同聚丙烯酰胺产品的脱水性能比较，结果见表2-16。由表中数据可知，经实验室制备的PAM乳液脱水后的污泥含水率为95.1%，FC-2506脱水后污泥含水率为96.4%，FA-40H脱水后的污泥含水率为95.2%，FC-2509脱水后的污泥含水率为95.0%，FC-2508和FA-40脱水后的污泥含水率为94.7%。由此可见，实验室制备的PAM乳液脱水性能较FC-2506乳液、FA-40H好，较FC-2509、FC-2508、FA-40差。