簡述了影響聚丙烯酰胺及其衍生物（PAM）絮凝能力的因素、PAM在水處理中的使用方式以及它們的助凝效果，介紹了PAM在我國原水、城鎮(zhèn)生活污水、放射性廢水、重金屬廢水以及其它工業(yè)廢水處理中的試驗(yàn)研究和應(yīng)用情況，展望了PAM在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用前景。
自從1962年在上海建成我國首套聚丙烯酰胺生產(chǎn)裝置以來，國內(nèi)聚丙烯酰胺及其衍生物（以下均簡稱為PAM）的生產(chǎn)與應(yīng)用研究發(fā)展相當(dāng)迅速，到現(xiàn)在商品PAM已經(jīng)形成了多個(gè)大類、數(shù)十個(gè)品種，總產(chǎn)量已達(dá)世界總產(chǎn)量的45%以上，其應(yīng)用領(lǐng)域也從起初的采油、水處理、造紙、采礦和冶金不斷擴(kuò)展，逐漸延伸到了地質(zhì)、化工、紡織、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)以及環(huán)保等領(lǐng)域。而在水處理領(lǐng)域中，隨著對(duì)環(huán)保的日益重視以及受水資源短缺的影響，而對(duì)原水、城市污水以及各種工業(yè)廢水處理力度的不斷加大，加之PAM在處理水時(shí)表現(xiàn)出的良好性能，PAM越來越被重視，顯示出越來越廣闊的應(yīng)用前景。
1、PAM在水處理中的特點(diǎn)
1.1 PAM的種類與絮凝能力
聚丙烯酰胺及其衍生物可以按照所帶電荷的情況分成非離子型、陰離子型、陽離子型和兩性型四大類。生成聚丙烯酰胺衍生物的途徑多，可與丙烯酰胺（AM）或PAM反應(yīng)的物質(zhì)也很多，導(dǎo)致聚丙烯酰胺的衍生物有很多，即使是屬于同一類型的不同PAM之間的性質(zhì)也有較大差異。因此PAM絮凝處理水的能力與其種類之間并沒有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，每一種PAM都對(duì)某些類型的水有比較好的處理效果。
綜合已經(jīng)報(bào)道的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果和實(shí)際應(yīng)用情況來看，影響PAM絮凝能力的因素有：水溫、pH等操作條件，PAM的相對(duì)分子質(zhì)量、離子化度、陰離子度與陽離子度的比例、所含活性基團(tuán)的種類，與PAM共用的凝聚劑/助凝劑的性質(zhì)等。水樣中待處理組分的含量高低有時(shí)也影響到水處理效果。對(duì)于一種給定的水樣分別使用不同的PAM進(jìn)行處理，很多時(shí)候可以取得同等水平的處理效果。
1.2 PAM在水處理中的使用方式
盡管PAM本身對(duì)很多類型的水也具有良好的處理效果，但是其價(jià)格比其它常用的水處理劑的價(jià)格高得多，這在很大程度上限制了它的單獨(dú)使用。所以PAM在水處理中主要的使用方式是：以其它水處理劑（通常是無機(jī)高分子水處理劑）作為混凝劑（凝聚劑）、PAM作為絮凝劑（助凝劑）共同使用，這種方式不但實(shí)驗(yàn)研究很多，而且在多家企業(yè)、水處理廠/站取得了實(shí)際應(yīng)用。作助凝劑的PAM有時(shí)與凝聚劑復(fù)配使用，但更多的時(shí)候是先加凝聚劑、后加PAM。
單獨(dú)使用PAM以及使用PAM為凝聚劑、其它物質(zhì)作助凝劑的方式都很少見，前者主要用在通過沉淀、吸附或者納濾除去水中某些離子的場(chǎng)合，但目前還未見實(shí)際應(yīng)用；后者只有個(gè)別實(shí)驗(yàn)研究的案例。
1.3 PAM的助凝效果
對(duì)比同一水樣在沒有PAM助凝以及有PAM助凝兩種情況下的絮凝處理效果，差別是非常明顯的。作為助凝劑的PAM的用量一般只需凝聚劑的幾十分之一到幾百分之一，但可以大大減少與之共同使用的凝聚劑的用量，提高濁度、色度和COD的除去率，使產(chǎn)生的絮體顆粒大而緊密、沉降速度快，污泥少、易于分離；或者產(chǎn)生的絮體片大，易于上浮分離。這樣節(jié)約了處理成本，加快了處理速度，提高了處理能力，并便于后續(xù)處理。
2、PAM在水處理中的應(yīng)用
2.1 在原水處理中的應(yīng)用
原水處理的絮凝沉淀階段就是要除去藻類、懸浮物、膠體顆粒以及部分有機(jī)污染物，也即是除濁、除COD、除氮磷等。國內(nèi)絮凝處理原水時(shí)采用的主要是鋁鹽和鐵鹽，輔以其它助劑。實(shí)驗(yàn)表明PAM對(duì)于水中的膠體及固體小顆粒有良好的凝聚作用，但如果單獨(dú)使用PAM處理成本會(huì)很高，而且效果不一定比傳統(tǒng)的無機(jī)絮凝劑好。所以在原水絮凝處理中通常是將PAM作為助凝劑與其它無機(jī)或有機(jī)凝聚劑一起使用，根據(jù)不同的水質(zhì)，使用不同的PAM。
PAM可以在加入凝聚劑形成絮體后適當(dāng)?shù)臅r(shí)點(diǎn)再加入，如20世紀(jì)80年代黃石發(fā)電廠在使用長江水制備機(jī)組的補(bǔ)給水時(shí)采用的就是這樣的方式，周志偉等也采用這種方式研究了PAC與PAM聯(lián)合處理低溫、低濁及低堿度水的效果。有些情況下將PAM與凝聚劑復(fù)配使用效果很好。
王猛等以AM和坡縷石為原料通過聚合反應(yīng)合成了一種PAM，用其單獨(dú)絮凝處理模擬原水，發(fā)現(xiàn)除濁與脫色效果優(yōu)于未經(jīng)坡縷石改性的PAM，出水符合要求。目前我國部分水廠在按高濁度流程運(yùn)行處理原水時(shí)，都投加了PAM作為助凝劑。
2.2 在生活污水處理中的應(yīng)用
城鎮(zhèn)生活污水以及受城鎮(zhèn)生活污水污染嚴(yán)重的城鎮(zhèn)區(qū)域河水中的主要污染物是有機(jī)物，此外還含有無機(jī)鹽、病原菌等，其特點(diǎn)是濁度、COD、總氮（TN）、總磷（TP）較高，有臭味。在絮凝處理這些污水時(shí)，PAM作為助凝劑與聚合鋁鹽、聚合鐵鹽、聚合鐵鋁復(fù)合鹽等配合使用可以增強(qiáng)除濁、除COD、除TP以及脫色的效果。
汪輝等使用液態(tài)聚合氯化鋁鐵為混凝劑、PAM為助凝劑，對(duì)城市生活污水處理廠的沉砂池出水進(jìn)行絮凝處理，TP除去率由75.61%提高到90.12%。
李樹金等使用聚合氯化鋁鐵為混凝劑、PAM為助凝劑，對(duì)模擬的典型城鎮(zhèn)污染河水進(jìn)行氣動(dòng)絮凝，取得了良好處理效果。
也有單獨(dú)使用改性PAM的成功案例，馬喜君等利用熱改性凹土與AM原位聚合制得了凹土復(fù)合PAM絮凝劑，用其處理受污染的城鎮(zhèn)河水，結(jié)果除COD45.6%，除濁66.3%。
2.3 在放射廢水處理中的應(yīng)用
我國放射性廢水主要屬于中、低放射性廢水，可以根據(jù)實(shí)際情況的不同而采用絮凝沉淀法、吸附法、離子交換法或膜分離技術(shù)進(jìn)行處理。我國早在20世紀(jì)80年代初就在處理放射廢水中用到了PAM，近段又有一些研究報(bào)道。
在沉淀處理工藝中，可以使用PAM作為助凝劑。例如用沉淀法處理獨(dú)居石濕法冶煉生產(chǎn)廢水，首先在pH=7-9的條件下沉淀掉絕大部分UO22+、Th4+，然后在SO42-存在下用BaCl2溶液使Ra2+與Ba2+生成共晶沉淀，后加入部分水解的PAM絮凝。
也有用PAM作凝聚劑、其它成分作助凝劑的實(shí)踐，楊愛麗等處理核工業(yè)生產(chǎn)車間排放的含钚低放射性廢水時(shí)，采用陽離子型PAM為凝聚劑、MgCl2為助凝劑，钚的較佳除去率可達(dá)95%以上，出水中钚的放射性濃度低于國家標(biāo)準(zhǔn)，COD同時(shí)被除去92%以上。
在用納濾法處理放射廢水時(shí)，PAM可以用作被截留離子的配位劑。例如單征等采用納濾法處理模擬60Co放射性廢水，使用PAM作為配位劑，對(duì)Co2+的較高截留率高達(dá)98.06%。
2.4 在重金屬廢水處理中的應(yīng)用
在使用PAM處理重金屬廢水中，PAM作為助凝劑是研究與實(shí)際應(yīng)用較廣泛的。金川有色金屬公司在治理其含鎳廢水時(shí)，采用聚合硫酸鐵-次氯酸鈉-PAM法，將含鎳廢水治理與廢氯氣治理有機(jī)結(jié)合，既有效地治理了廢水廢氣，又收到了良好的經(jīng)濟(jì)效益。
周芬等以CaCl2及PAC為沉淀劑，PAM為助凝劑，采用化學(xué)-混凝沉淀法實(shí)驗(yàn)處理某鋁材電鍍工業(yè)園的混合廢水，處理后出水中氟以及多種重金屬含量均能達(dá)標(biāo)。
王文俠在中和沉淀法的基礎(chǔ)上，使用自制的金屬整合劑M及PAM處理某催化劑生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的同時(shí)含銅、鎳的廢水，進(jìn)行了小試和工業(yè)化穩(wěn)定性試驗(yàn)，出水中銅、鎳含量達(dá)標(biāo)，新工藝已經(jīng)實(shí)際應(yīng)用。
單獨(dú)使用PAM作為沉淀劑或吸附劑處理重金屬廢水目前僅有少數(shù)實(shí)驗(yàn)研究報(bào)道。
羅道成等合成了聚季銨鹽聚丙烯酰胺（PQAAM）吸附劑，用其吸附處理某電鍍廠電鍍廢水中的Cr（Ⅵ），出水中Cr（Ⅵ）的含量明顯低于國家標(biāo)準(zhǔn)；該吸附劑在吸附后容易洗脫、再生，仍保持較高的吸附能力。
杜秀娟等制得了聚丙烯酰胺-鈉基復(fù)合膨潤土樹脂（吸附劑），該樹脂對(duì)Pb2+吸附容量高，吸附后脫附和再生操作簡便，再生后的樹脂保有較高的吸附容量。
2.5 在其它工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用
其它工業(yè)廢水種類繁多，性質(zhì)差別很大，需要根據(jù)廢水的不同性質(zhì)采用不同的處理方法，在不同的廢水處理中PAM既可以分別作為助凝劑，也可以單獨(dú)用作凝聚劑、浮選劑或消泡劑等。
對(duì)于輕污染廢水（如礦井水、轉(zhuǎn)爐除塵水、鍋爐沖渣水以及某些工業(yè)廢水的二級(jí)出水），只需使用PAM作為助凝劑或單獨(dú)使用PAM作為絮凝劑處理就有良好的效果，出水可回用或外排。
孟海玲等使用陽離子型PAM作助凝劑，配合液體型PAC絮凝處理某煤礦富含高嶺土的礦井水，有效地降低了礦井水的濁度和懸浮物含量。
辛璐等用PAM作助凝劑，配合PAC絮凝處理玉米深加工廢水的二級(jí)出水，使出水的TP、COD等大幅下降，出水水質(zhì)符合要求。
在用絮凝法處理污染性較重的廢水（如印染廢水、含油廢水、選礦廢水、造紙廢水）時(shí)，一般使用無機(jī)高分子絮凝劑作凝聚劑、PAM作為助凝劑，處理后的出水再進(jìn)行進(jìn)一步處理、回用或者排放。
孫偉等采用PFS為絮凝劑、PAM為助凝劑處理高濃度黃藥生產(chǎn)廢水，COD去除率達(dá)到84%，黃藥去除率100%。
趙豐等制備了一種陽離子型PAM-JXCAS，對(duì)渤海某油田含油污水絮凝處理，效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于國內(nèi)外同類產(chǎn)品。
張秀麗等用PAC為混凝劑，陰離子型PAM為助凝劑，絮凝處理造紙廢水，有效地降低了COD，為廢水后續(xù)處理創(chuàng)造了良好基礎(chǔ)。
蔡莉等制了一種改性PAM-亞氨基二乙酸接枝聚丙烯酰胺凝膠，它不溶于水，對(duì)水中氟離子具有高度吸附選擇性，且吸附能力強(qiáng)，有望應(yīng)用于含氟水的實(shí)際處理。
3、前景展望
PAM在我國水處理領(lǐng)域中的應(yīng)用仍處于蓬勃發(fā)展時(shí)期，預(yù)計(jì)更多的新品種、相對(duì)分子質(zhì)量更高的PAM將會(huì)被研制出來并投入使用，用量會(huì)有較大幅度的上升。今后在水處理領(lǐng)域應(yīng)用PAM時(shí)，應(yīng)該也一定會(huì)注意以下兩個(gè)方面：
（1）防止片面追求使用PAM、高相對(duì)分子質(zhì)量的PAM以及新型PAM，在是否使用PAM以及使用何種PAM的選擇上，綜合考慮處理效果、處理成本以及后續(xù)污泥處理等問題，使處理方案較優(yōu)化。
（2）貫徹綠色、環(huán)保原則，確保在使用PAM特別是新型PAM時(shí)不會(huì)引起新的污染和危害。雖然純PAM是無毒無害的，但不能保證其每一種衍生物也是無毒無害的，因此要對(duì)PAM實(shí)現(xiàn)規(guī)范使用，尤其是對(duì)新品種要進(jìn)行深入的毒性研究。
