聚丙烯酰胺

陽離子聚丙烯酰胺使用注意事項：

1、絮團的大小：絮團太小會影響排水的速度，絮團太大會使絮團約束較多水而降低泥餅干度。經過選擇聚丙烯酰胺的分子量能夠調整絮團的大小。

2、污泥特性：第一點理解污泥的來源，特性以及成分，所占比重。依據性質的不同，污泥可分為有機和無機污泥兩種。陽離子聚丙烯酰胺用于處置有機污泥，相對的陰離子聚丙烯酰胺絮凝劑用于無機污泥，堿性很強時用陰離子聚丙烯酰胺，而酸性很強時不宜用陰離子聚丙烯酰胺，固含量高時污泥通常聚丙烯酰胺的用量也大。

3、絮團強度：絮團在剪切作用下應堅持穩定而不破碎。進步聚丙烯酰胺分子量或者選擇適宜的分子構造有助于進步絮團穩定性。

4、聚丙烯酰胺的離子度：針對脫水的污泥，可用不同離子度的絮凝劑經過先做小試進行挑選，選出最佳適宜的聚丙烯酰胺，這樣即能夠獲得最佳絮凝劑效果，又可使加藥量最少，節約本錢。

5、聚丙烯酰胺的溶解：溶解良好才能充分發揮絮凝作用。有時需求加快溶解速度，這時可思索進步聚丙烯酰胺溶液的濃度。

其實在平時處理污水的時候，有些污水，使用單一的一種絮凝劑是達不到效果的，必須兩種結合使用，在使用無機絮凝劑PAC和聚丙烯酰胺復合絮凝劑處理污水會達到更好的效果，但是添加藥劑的時候要注意順序，順序不正確，也是達不到效果.

聚丙烯酰胺和其它絮凝劑混合使用添加的順序方法：

在使用復合絮凝劑的時候必須注意添加的先后順序和投加時間間隔。PAC與PAM聯合使用就是讓PAC先完成中和電荷/膠體脫穩形成細小絮體之后，進一步加大絮體體積有利于充分沉淀。由于聚合氯化鋁PAC反應時間很短，所以加入后需要強烈的混合，PAM作用時間要長，混合注意先強后弱——先強是為了混合均勻后弱是為了避免破壞絮體。聚丙烯酰胺屬于絮凝劑，聚合氯化鋁屬于混凝劑，一般情況下是先加混凝劑再加聚丙烯酰胺，但為了保險起見，還是建議大家通過實驗效果來確定添加的順序。加藥點、加藥量、加藥時間以及混合強度需要實驗確定，切記千萬不能把他們兩種藥劑放在一起使用，否則會影響效果，增大使用成本。

聚丙烯酰胺絮凝劑失效的判斷方法：

經常遇到很多污水處理廠，特別是南方地區，由于氣候潮濕，一些污水廠的聚丙烯酰胺因堆放久了或者是包裝口沒有扎緊導致吸潮結塊，針對聚丙烯酰胺絮凝劑結塊情況，很多人有疑問，是不是失效了，還可不可以再用，其實像這種情況只要你能把它溶開，水溶液有粘度，是沒有失效，但結塊后的聚丙烯酰胺是很難溶解開的，其實也意味著資源的浪費。實不同種類的聚丙烯酰胺的保質期是有很大的區別的，這個和其結構有關聯，相對來說陰離子聚丙烯酰胺的有效期時間要長點，陽離子聚丙烯酰胺一般我們國家規定保質期為1年。超出這個期限，均視為超過保質期。就有失效的風險，聚丙烯酰胺失效可以從兩個方面來判斷，一個是粘度降低，二是絮凝效果變差。 

1、絮凝性：PAM能使懸浮物質通過電中和，架橋吸附作用，起絮凝作用。

2、粘合性：能通過機械的、物理的、化學的作用，起粘合作用。

3、降阻性：PAM能有效地降低流體的摩擦阻力，水中加入微量PAM就能降阻50-80%。

4、增稠性：PAM在中性和酸條件下均有增稠作用，當PH值在10以上PAM易水解。呈半網狀結構時，增稠將更明顯。

1、用于造紙工業、一是提高填料、顏料等存留率。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），另外，使用PAM還可以提高紙抗撕性和多孔性，以改進視覺和印刷性能，還用于食品及茶葉包裝紙中。
2、用于石油工業、采油、鉆井泥漿、廢泥漿處理、防止水竄、降低摩阻、提高采收率、三次采油得到廣泛運用。
3、用于紡織上漿劑、漿液性能穩定、落漿少、織物斷頭率低、布面光潔。
4、PAM還廣泛應用于增稠、穩定膠體、減阻、粘結、成膜、生物醫學材料等方面。

5、用于日用化工，在睡眠面膜里常與月桂醇聚醚-7和C13-14異鏈烷烴組合成一種乳液狀增稠、乳化和穩定劑。
6、其他行業，食品行業，用于甘蔗糖、甜菜糖生產中蔗汁澄清及糖漿磷浮法提取。酶制劑發酵液絮凝澄清工業 ，還用于飼料蛋白的回收、質量穩定、性能好，回收的蛋白粉對雞的成活率提高和增重、產蛋無不良影響，合成樹脂涂料，土建灌漿材料堵水，建材工業、提高水泥質量、建筑業膠粘劑，填縫修復及堵水劑，土壤改良、電鍍工業、印染工業等。

1、洗煤用的陽離子聚丙烯酰胺的使用數量可以設置在三十公斤到一百一十公斤之間；化工行業的廢水使用量一般是五十到一百二十公斤之間；漂染行業的廢水和造紙行業的廢水最難處理，應該加大使用數量，把使用數量設置在一百到三百公斤比較合理，電鍍廢水行業和普通的工業用水一般都不要超過五十公斤。注意：（這幾種行業的使用數量都是每一千噸廢水的數量）。

2、生活污水根據處理方法的不同脫泥用的絮凝劑是不一樣的。如果工藝主體采用生化方法，也就是剩余污泥脫水（可能含有部分初沉泥），只需要陽離子PAM作為污泥脫水劑即可。如果工藝主體采用物化方法，如一級強化，加載磁分離等工藝，一般是先加PAC調質，然后再加陰離子絮凝劑，最后加陽離子絮凝劑脫水。具體投加量要根據污水水質而定。也有很多污水處理站，污泥脫水直接加PAC或者其他無機絮凝劑即可，這個在板框壓濾機，特別是電子廠或者是小型污水處理站應用比較廣泛。

PAM在作為污泥脫水劑使用的時候一般要與水的配比在0.1%--0.2%之間。溶解成膠水狀的液體以后，再投加到污泥中進行混合處理。與污泥的配比一般在5%-10%，有的更低，這個要根據污泥的濃度來確定，最好是通過現場的燒杯實驗來確定最佳投加量和使用型號。不同污泥、不同藥劑、不同設備、不同管理水平，污泥的處理效果是不同的。

3、污水處理廠用陽離子聚丙烯酰胺作為污水運營污泥脫水劑。在和客戶溝通的過程中，客戶經常問到在污水處理污泥脫水過程中，污泥脫水劑投加量的問題。要相對準確的知道污泥脫水劑投加量的問題，首先了解這些參量，污泥的含水率，泥餅含水率，進泥量，進藥量，配藥濃度等。

污泥含水率：污泥中所含水分的重量與污泥總重量之比的百分數稱為污泥含水率。

泥餅含水率：被脫污泥即泥餅的所含水分的重量與污泥總重量之比的百分數稱為泥餅含水率。

還要通過以下幾個公式進行運算：

1、加藥量mg/L=加藥質量/處理水量/配藥濃度

2、處理水量投加藥量=處理水量*加藥量

3、干泥量=處理水量*【（1-污泥含水率）/（1-泥餅含水率）】

4、每噸干泥的藥劑消耗=加藥量/干泥量

以上計算所得結果誤差可能比較大，僅做污水運行時參考。實際耗藥量要進行實際上機運營試驗。

PAM沉淀是發生化學反應時生成了不溶于反應物所在溶液的物質。從字意上理解就是在重力作用下沉淀去除。污水中的懸浮物質，可以這是一種物理過程，簡便易行，效果良好，是污水處理的重要技術之一。

根據懸浮物質的性質、濃度及絮凝劑聚丙烯酰胺凝性能，沉淀可以分為：自然沉淀，絮凝沉淀，區域沉淀。域沉淀的懸浮顆泣濃度較高(5000mg/L以上)，顆粒的沉降受到周圍其它顆粒影響，顆粒間相對位置保持不變，形成一個整體共同下沉，與澄清水之間有清晰的泥水界面。二次沉淀池與污泥濃縮池中均有區域沉淀發生。

絮凝沉淀是顆粒物在水中作絮凝沉淀的過程。在水中投加混凝劑后，其中懸浮物的膠體及分散顆粒在分子力的相互作用下生成絮狀體且在沉降過程中它們互相碰撞凝聚，其尺寸和質量不斷變大，沉速不斷增加。懸浮物的去除率不但取決于沉淀速度，而且與沉淀深度有關。地面水中投加混凝劑后形成的礬花，生活污水中的有機懸浮物，活性污泥在沉淀過程中都會出現絮凝沉淀的現象。

藥劑的投加采用重力投加和壓力投加，無論哪種投加方式，由溶解池到溶液池，到藥液投加點，均應設置藥液提升設備，常用的藥液提升設備是計量泵和水射器。

1、重力投加：利用重力將藥劑投加在水泵吸水管內或者吸水井的吸水喇叭口處，利用水泵葉輪混合。

2、壓力投加：利用水泵或者水射器將藥劑投加到原水管中，適用于將藥劑投加到壓力水管中，或者需要投加到標高較高、距離較遠的凈水構筑物內。

3、水泵投加：水泵投加是在溶液池中提升藥液到壓力管中，有直接采用計量泵和采用耐酸從而起增強作用。聚丙烯酰胺在使用之前一般都需配制成0.1 %～0.5%的稀釋溶液備用，配制好的溶液最好不要存放太長時間才用，這個濃度范圍的溶液在使用之前還需要近一步稀釋成0.01～0.05的溶液，原因就是可以更有肋于絮凝劑在懸浮體系中的分散，可以降低用量，而且可以取得更好的絮凝效果。

聚丙烯酰胺生產步驟一共兩步：

單體生產技術：丙烯酰胺單體的生產時以丙烯腈為原料，在催化劑作用下水合生成丙烯酰胺單體的粗產品，經閃蒸、精制后得精丙烯酰胺單體，此單體即為聚丙烯酰胺的生產原料。

丙烯腈+(水催化劑/水) →合 →丙烯酰胺粗品→閃蒸→精制→精丙烯酰胺。

按催化劑的發展歷史來分，單體技術已經歷了三代：

第一代為硫酸催化水合技術，此技術的缺點是丙烯腈轉化率低，丙稀酰胺產品收率低、副產品低，給精制帶來很大負擔，此外由于催化劑硫酸的強腐蝕性，使設備造價高，增加了生產成本；第二代為二元或三元骨架銅催化生產技術，該技術的缺點是在最終產品中引入了影響聚合的金屬銅離子，從而增加了后處理精制的成本；第三代為微生物腈水合酶催化生產技術，此技術反應條件溫和，常溫常壓下進行，具有高選擇性、高收率和高活性的特點，丙烯腈的轉化率可達到100%，反應完全，無副產物和雜質。　 產品丙烯酰胺中不含金屬銅離子，不需進行離子交換來出去生產過程中所產生的銅離子，簡化了工藝流程，此外，氣相色譜分析表明丙烯酰胺產品中幾乎不含游離的丙烯腈，具有高純性，特別適合制備超高相對分子質量的聚丙烯酰胺及食品工業所需的無毒聚丙烯酰胺。

微生物催化丙烯酰胺單體生產技術，首先由日本在1985年建立了6000t/a的丙烯酰胺裝置，其后俄羅斯也掌握了此項技術，20世紀90年代時日本和俄羅斯相繼建立了萬噸級微生物催化丙烯酰胺裝置。我國是繼日本、俄羅斯之后，世界上第三個擁有此技術的國家。微生物催化劑活性為2857國際生化單位，已經達到了國際水平。我國微生物催化丙烯酰胺單體生產技術是由上海市農藥所經過“七五”、“八五”和“九五”等3個五年計劃開發完成的，微生物催化劑腈水合酶是在1990年篩選出的，是由泰山山腳土壤中分離出163菌株和無錫土壤中分離出145菌株，經種子培養得到的腈水合酶，代號為Norcardia-163。該技術現已在江蘇如皋、江西南昌、勝利油田及河北萬全先后投產，質量上乘，達到了生產超高相對分子質量聚丙烯酰胺的質量指標。標志著我國微生物催化丙烯酰胺技術已經達到了國際先進水平。

聚合技術：聚丙烯酰胺生產是以丙烯酰胺水溶液為原料，在引發劑的作用下，進行聚合反應，在反應完成后生成的聚丙烯酰胺膠塊經切切割、造粒、干燥、粉碎，最終制得聚丙烯酰胺產品。關鍵工藝是聚合反應，在其后的處理過程中要注意機械降溫、熱降解和交聯，從而保證聚丙烯酰胺的相對分子質量和水溶解性。

丙烯酰胺+水（引發劑/聚合）→聚丙烯酰胺膠塊→造粒→干燥→粉碎→聚丙烯酰胺產品

我國聚丙烯酰胺生產技術大概也經歷了3個階段:

第一階段是最早采用盤式聚合，即將混合好的聚合反應液放在不銹鋼盤中，再將這些不銹鋼盤推至保溫烘房中，聚合數小時后，從烘房中推出，用鍘刀把聚丙烯酰胺切成條狀，進絞肉機造粒，烘房干燥，粉碎制得成品。這種工藝完全是手工作坊式。

第二階段是采用捏合機，即將混合好的聚合反應液放在捏合機中加熱，聚合開始后，開始捏合機，一邊聚合一邊捏合，聚合完后，造粒也基本完成，倒出物料經干燥、粉碎得成品。

第三階段是，20世紀80年代后期，開發了錐形釜聚合工藝，由核工業部五所在江蘇江都化工廠試車成功。該工藝在錐形釜下部帶有造料旋轉刀，聚合物在壓出的同時，即成粒狀，經轉鼓干燥機干燥，粉碎得產品。

為了避免聚丙烯酰胺膠塊黏附在聚合釜釜壁上，有的技術采用氟或硅的高分子化合物涂覆在聚合釜的內壁上，但此涂覆層在上產過程中易脫落而污染聚丙烯酰胺產品。

也有可旋轉的錐形釜，聚合反應完成后，聚合釜倒轉將聚丙烯酰胺膠塊倒出）、造粒方式 （有機械造粒、切割造粒，也有濕式造粒即分散液中造粒）、干燥方式（有采用穿流回轉干燥，也有用振動流化床干燥）及粉碎方式。這些不同中有些是設備質量上有差異，有些是采用的具體方式上的油差異，但總的來看，聚合技術趨向于固定錐形釜聚合，振動流化床干燥技術。

聚丙烯酰胺生產技術除了上述的單元操作外，在工藝配方上還有較明顯的差別，引發就有前加堿共水解工藝和后加堿后水解工藝之分，兩種方法各有利弊，前加堿共水解工藝過程簡單，但存在水解傳熱易產生交聯和相對分子質量損失大的問題，后加堿后水解雖然工藝過程增加了，但水解均勻不易產生交聯，對產品相對分子質量損失也不大。

我國聚丙烯酰胺聚合用的引發劑有無機引發劑、有機引發劑和無機—有機混合體系3中類型。

（1）過氧化物

過氧化物大致分為無機過氧化物和有機過氧化物。無機過氧化物如過硫酸鉀，過硫酸銨、過溴酸鈉和過氧化氫等。有機過氧化物如過氧化苯甲酰、過氧化月桂酰和叔丁羥基過氧化物等。它們配用的還原劑有硫酸亞鐵、氯化亞鐵、偏亞硫酸鈉和硫代硫酸鈉等。

（2）偶氮化合物類

如偶氮二異丁腈、偶氮雙二甲基戊腈、偶氮雙氰基戊酸鈉和20世紀80年代開發的偶氮脒鹽系列，如偶氮N-取代脒丙烷鹽酸鹽是一類競相開發的產品，它們的加入濃度為萬分之0.005-1，催化效率很高，有助于生產相對分子質量高的產品，且溶于水，便于使用。

反相懸浮聚合法：聚丙烯酰胺是工業上最重要的有機高分子絮凝劑之一，在工業上通常采用水溶液法，反向懸浮聚合法來生產聚丙烯酰胺。下面來介紹一下反向懸浮聚合法生產聚丙烯酰胺的工藝。

反向懸浮聚合法是制作聚丙烯酰胺（PAM）微球的如今使用最廣泛、技術相對成熟的方法。采用強烈攪拌將單體或單體混合物分散在介質（介質為有機溶劑）中，成為細小顆粒再進行單體、引發劑、有機溶劑和分散穩定劑的聚合。當聚合完成后，經過沸脫水、分離、干燥可以得到微粒狀產品。反向懸浮聚合法得到的產品，固體質量分數>90%，聚合率>95%，單體殘留量<0.5%，產品粒徑在10-500微米之間，產品的水溶性良好。

該方法因為工藝簡單，操作控制方便，聚合熱易于去除，聚合物易于分離、洗滌、干燥，產品純凈、均勻、穩定，容易實現工業化。但是反向懸浮聚合法在工業生產中也存在著問題，首先受攪拌轉速的影響很大，容易聚結，發生凝膠，共沸時體系不穩定，出水時間長等缺點。還有出品粒徑分布較寬，大量的有機溶劑使用，生產操作的安全，聚合成本太高等一系列原因導致反向懸浮聚合法在很少在國內用于生產聚丙烯酰胺。

聚丙烯酰胺的使用要遵循如下原則：

1、顆粒狀聚丙烯酰胺絮凝劑不能直接投加到污水中。使用前必須先將它溶解于水，用其水溶液去處理污水。

2、溶解顆粒狀聚合物的水應該是干凈（如自來水），不能是污水。常溫的水即可，一般不需要加溫。水溫低于5℃時溶解很慢。水溫提高溶解速度加快，但40℃以上會使聚合物加快降解，影響使用效果。一般自來水都適合于配制聚合物溶液。強酸、強堿、高含鹽的水不適于用來配制。

3、聚合物溶液濃度的選擇，建議為0.1%-0.3%，即1升水中加1g-3g聚合物粉劑。

聚丙烯酰胺溶液的粘度主要反映了液體分子之間因流動或相對運動所產生的內摩擦阻力。內摩擦阻力與聚合物的結構、溶劑的性質、溶液的濃度及溫度和壓力等因素有關，它的數值越大，表明溶液的粘度越大。

1、溫度對聚丙烯酰胺粘度的影響

溫度是分子無規則熱運動激烈程度的反映，分子的運動必須克服分子間的相互作用力，而分子間的相互作用，如分子間氫鍵、內摩擦、擴散、分子鏈取向、纏結等，直接影響粘度的大小，故高聚物溶液的粘度會隨溫度發生變化。溫度改變對高聚物溶液粘度的影響是顯著的。聚丙烯酰胺溶液的粘度隨溫度的升高而降低，其原因是高分子溶液的分散相粒子彼此糾纏形成網狀結構的聚合體，溫度越高時，網狀結構越容易破壞，故其粘度下降。

2、水解時間對聚丙烯酰胺粘度的影響

聚丙烯酰胺溶液粘度隨水解時間的延長而改變，水解時間短，粘度較小，這可能是由于高聚物還來不及形成網狀結構所致；水解時間過長，粘度下降，這是聚丙烯酰胺在溶液中結構發生松解所致。部分水解聚丙烯酰胺溶于水后離解成帶負電荷的大分子，分子間靜電排斥作用以及同一分子上不同鏈節之間的陰離子排斥力導致分子在溶液中伸展并能使分子之間相互纏繞，這就是部分水解聚丙烯酰胺能使其溶液粘度明顯增加的原因。

3、礦化度對聚丙烯酰胺粘度的影響

聚丙烯酰胺分子鏈中陽離子基團相對于陰離子基團數目較多，凈電荷較多，極性較大，而H20是極性分子，根據相似相溶原理，聚合物水溶性較好，特性黏度較大；隨著礦物質含量的增加，正的靜電荷部分被陰離子包圍形成離子氛，從而與周圍正的靜電荷結合，聚合物溶液極性減小，黏度減小；礦物質濃度繼續增加，正、負離子基團形成分子內或分子間氫鍵的締合作用(導致聚合物在水中的溶解性下降)，同時加入的鹽離子通過屏蔽正、負電荷，拆散正、負離子間締合而使已形成的鹽鍵受到破壞(導致聚合物在水中的溶解性增大)，這兩種作用相互競爭，使得聚合物溶液在較高的鹽濃度(>0.06 mol/L)下粘度保持較小。

4、分子量對聚丙烯酰胺粘度的影響

聚丙烯酰胺溶液的粘度隨高聚物分子量的增大而增大，這是由于高分子溶液的粘度由分子運動時分子間的相互作用產生。當聚合物相對分子質量約為106時，高分子線團開始相互滲透，足以影響對光的散射。含量稍高時機械纏結足以影響粘度。含量相當低時，聚合物溶液可視為網狀結構，鏈間機械纏結和氫鍵共同形成網的節點。含量較高時，溶液含有許多鏈-鏈接觸點，使高聚物溶液呈凝膠狀。因此，高聚物相對分子質量越大，分子間越易形成鏈纏結，溶液的粘度越大。

盡管全球聚丙烯酰胺市場在2009年受金融危機的影響呈現衰退跡象，但2011年今后將逐漸回暖，到2015年，市場規模將達到25.1億美元。市場發展的主要動力來自于下游行業的復蘇、行業環保政策要求與產品相關的技術服務帶來的利潤以及新興市場的快速成長等。

2012年，我國聚丙烯酰胺的主要應用領域為石油開采、水處理、造紙、高吸水性樹脂、冶金和洗煤等。其消費結構為：油田開采占81%，水處理占9%，造紙占5%，礦山占2%，其他占3%。石油開采是我國聚丙烯酰胺最大的消費領域，其消費量占國內總消費量的81%。水處理是我國聚丙烯酰胺的第二大消費領域，我國城市污水處理率不足30%，工業水的重復利用率為60%，工業廢水處理率為77%，與發達國家相比差距很大。聚丙烯酰胺作為絮凝劑在我國城市水處理 以及化工、冶金、造紙、印染、制糖、味精、煤炭、建材等行業的廢水處理的用量將不斷增加，在高吸水性樹脂、水泥增強劑、粘合劑、皮革復鞣劑等領域。

預計，2012～2018年，聚丙烯酰胺在石油開采、采礦、造紙及水處理四大應用領域的市場將以7.2%的年均復合增長率持續增長。在石油開采工業中，聚丙烯酰胺被用于鉆井凝聚劑使用，也被用于三次采油。必須采取三次采油工藝來平衡價格。鉆井和勘探活動的復蘇也會促進聚丙烯酰胺消費增長。在鉆采過程中，300萬-600萬低分子量的聚丙烯酰胺可用作絮凝包被劑。聚丙烯酰胺在采礦工業中的應用也十分廣泛，不但可以分離礦物和礦石，還可以作為絮凝劑應用于廢水處理，以及密封采礦管道等。由于復雜的定價結構，南美鈷、煤、銅、黃金、鉆石和鐵礦砂的市場需求也在上升，這將推動全球聚丙烯酰胺市場的增長。

對造紙行業而言，聚丙烯酰胺主要用作紙漿纖維和添加劑的黏結劑，或者用于廢水處理。相對于成熟的歐洲和北美市場，中國、南美、印度和其他亞太市場的增長勢頭令人欣喜。但由于經濟發展趨于平緩和歐洲債務危機的影響，造紙生產增速放緩，阻礙了聚丙烯酰胺市場的發展。另外，造紙行業本身的技術含量不高，市場需求也較為穩定，這也就決定了用于該行業的聚丙烯酰胺所能創造有限的利潤。