聚丙烯酰胺在水处理中如何发挥作用？

聚丙烯酰胺是一种线性高分子聚合物，因其不错的絮凝、增稠、粘结性能，被普遍应用于市政污水处理、工业废水处理、饮用水净化及污泥脱水等区域。其核心作用是通过电荷中和、吸附架桥和网捕卷扫等机制，实现水中悬浮物、胶体颗粒及溶解性污染物的快去掉。

聚丙烯酰胺絮凝效果源于其分子链上的酰胺基（—CONH）或改性后的离子基团（如阴离子羧基、阳离子季铵基），通过以下机制实现污染物去掉：

一、电荷中和与压缩双电层

原理：水中悬浮颗粒（如黏土、病菌）通常带负电，表面形成双电层结构。阳离子型PAM（CPAM）通过季铵基团（—N（CH））与颗粒表面负电荷中和，降低静电斥力，使颗粒脱稳并聚集。

案例：在造纸废水处理中，CPAM可使悬浮物（SS）浓度从2000mg/L降至50mg/L以下。

二、吸附架桥作用

原理：PAM分子链通过范德华力或氢键吸附多个颗粒，形成“颗粒-PAM-颗粒”的絮体桥接结构。非离子型PAM（NPAM）和阴离子型PAM（APAM）主要依赖此机制。

优点：适用于低浊度水（如<50NTU），可处理粒径<1μm的胶体颗粒。

三、网捕卷扫作用

原理：高分子量PAM（>1000万Da）在水中形成三维网状结构，通过机械拦截和卷扫作用捕获悬浮物。此机制在快搅拌条件下效果不错。

应用：常用于高浊度水（如暴雨径流）的应急处理，絮体沉降速度可达10-20m/h。

四、协同增效作用

与无机絮凝剂联用：如聚合氯化铝（PAC）+PAM，PAC通过电中和使颗粒脱稳，PAM通过架桥作用加速絮体生长，形成“大而密实”的矾花，降低剂用量30%-50%。

与氧化剂联用：如芬顿试剂（Fe+HO）预氧化后投加PAM，可提升难降解有机(以实际报告为主)物（如染料、农）的去掉率。

聚丙烯酰胺在不同水处理场景中的应用：

一、市政污水处理

污泥脱水：阳离子PAM（CPAM）通过电荷中和压缩污泥中病菌细胞壁的负电荷，释放结合水，提升污泥脱水速率。

深层处理：阴离子PAM（APAM）与PAC联用，去掉二层出水中的悬浮物和胶体，使出水浊度<1NTU，达到回用标准。

二、工业废水处理

印染废水：阳离子PAM可中和染料分子的负电荷，形成大絮体，COD去掉率达60%-80%。

煤矿废水：非离子PAM通过架桥作用捕获煤粉颗粒，实现洗煤水闭路循环。

石油开采废水：高分子量APAM（分子量>1500万Da）通过网捕卷扫去掉钻井液中的黏土颗粒，悬浮物浓度从5000mg/L降至<100mg/L。

三、饮用水净化

高浊度水处理：APAM与聚合硫酸铁（PFS）联用，处理黄河、长江等高浊度原水（浊度>1000NTU），絮体沉降速度达15m/h，出水浊度<3NTU。

低温低浊水处理：改性PAM（如两性离子型）在低温（<5℃）条件下仍保持速率不错絮凝性能，解决北方地区冬季净水难题。

四、应急水处理

突发水污染事件：快投加PAM可拦截藻类、油污等污染物，如太湖蓝藻爆发时，PAM使藻类去掉率达85%以上，避免水源地污染。