聚丙烯酰胺是當前使用較多的高分子絮凝劑,具有高分子化合物的水溶性及化學性質活潑的?;芙夂蠓肿幽芘c分散于溶液中的懸浮粒子架橋吸附,有著較強的絮凝作用。普通PAM通式如圖。
普通聚丙烯酰胺相對分子質量能達百萬數量級,分子鏈展開程度和整個長鏈分子上的電荷分布與相互作用有關,其分子鏈展開越長,吸附架橋作用越強。 為適應不同應用條件衍生出多種離子型聚丙烯酰胺,按照其分子鏈上所帶活性基團的電荷可分為陽離子型、陰離子型和兩性型3種;按照合成方法可以分為改性型和共聚型。工業上合成聚丙烯酰胺的方法有:乙烯聚合法、水一油相聚合法、丙烯酰胺共聚法等。
1、非離子型聚丙烯酰胺
非離子型聚丙烯酰胺(NPAM)外觀為白色粉粒。適用于一般水質的飲用水處理,常與無機混凝/絮凝劑配合使用,其分子基本不帶電、展開小,因此性能有限。
2、陽離子型聚丙烯酰胺
陽離子型聚丙烯酰胺(CPAM)相對分子質量為800萬-1500萬,有效pH為1-14,呈高聚合物電解質的特性,適用于處理富含有機物的水。當前飲用水水源均受到不同程度的污染,采用CPAM能有效地吸附水中的有機污染物,因此備受關注。但當前CPAM主要應用于污水處理。
3、陰離子型聚丙烯酰胺
陰離子型聚丙烯酰胺(APAM)相對分子質量為600萬-2500萬,在水中溶解度高,有效pH為7-14,在中性/堿性介質中呈高聚合電解質的特性。APAM對鹽類電解質敏感,并能與高價金屬離子交聯成不溶性凝膠體,因此適合用于處理泥沙含量高的江河水以及礦物質含量高的地下水,并節省絮凝劑投加量。目前多用于污水處理和特種廢水處理。
4、兩性離子型聚丙烯酰胺
兩性離子型聚丙烯酰胺(ACPAM)分子內含陽離子基和陰離子基,表現出更優異的性能。此類絮凝劑可在大范圍的pH值內使用,但主要用于特種廢水處理,飲用水處理中。
5、飲用水處理中的應用
在發達國家水處理產業的應用中,聚丙烯酰胺占美國國內高分子絮凝劑產品使用量的63%,西歐為35%,日本為39%,但目前均主要應用于污水處理,飲用水處理上的應用較少且頗受爭議。
聚丙烯酰胺在飲用水處理中主要發揮吸附架橋的作用,協助無機混凝/絮凝劑使絮體吸附更多的微顆粒和污染物質,形成更大更密實的礬花,少數國家和地區在飲用水處理過程中有所應用,或將其用于吸附水體中的NOM;農業灌溉和水土保持亦有采用。
持反對態度的國家則認為其可靠性無法達到飲用水處理的標準,特別是日本和瑞士已經禁止將高分子聚合電解質(包括聚丙烯酰胺)用作飲用水處理絮凝劑;
德國和法國則對其設立嚴格的限值。各類聚丙烯酰胺分子斷裂后釋放的單體、衍生物以及化學反應產物具有毒性或潛在毒性,特別是陽離子型聚丙烯酰胺,因性能優越而受到廣泛應用,但其產品中的單體殘留較高,分解后對生物和環境的危害較大。
當前對聚丙烯酰胺的關注熱點主要集中在兩方面:產品的AA單體殘留以及降解反應引起AA單體或其他有毒物質的釋放。