Ca2+、Al3+对聚丙烯酰胺在高岭土絮凝过程中作用的影响

在实验条件下,Ca²⁺、Al³⁺离子对高岭土的絮凝过程有不利影响,且pH越高Ca²⁺的影响越大,pH越低,Al³⁺的影响越大.运用分子轨道(MO)理论、溶液化学计算、电子探针测试等手段,研究探讨了其作用机理.认为在酸性和中性范围内,Ca²⁺、Al³⁺离子及它们的羟基络合正离子与聚丙烯酰胺之间的相互作用造成后者分子链发生卷曲,导致絮凝效果下降;而在pH>9范围内,Ca²⁺、Al³⁺的氢氧化物沉积在高岭土表面,阻碍或抑制了聚丙烯酰胺与高岭土之间的氢键作用.     

EVALUATION OF EROSION CONTROL PRODUCTS WITH AND WITHOUT ADDED POLYACRYLAMIDE1

ABSTRACT: Polyacrylamide (PAM) has been demonstrated to greatly reduce erosion in furrow irrigation, but much less is known about its effectiveness on the much steeper slopes typical of construction sites. The purpose of this study was to determine if anionic PAM would enhance erosion control either alone on bare soil or in combination with four types of ground covers commonly used for grass establishment: straw, straw erosion control blanket (ECB), wood fiber, and mechanically bonded fiber matrix (MBFM). Tests were conducted under natural rainfall and vegetation on a 4 percent slope (bare soil, straw, ECB, and MBFM) or using a rainfall simulator (bare soil, straw, wood fiber, MBFM) on either 10 percent or 20 percent slope on three different soil substrates. All ground cover treatments were evaluated with and without PAM applied in solution at 19 kg/ha. The straw, ECB, and MBFM significantly reduced runoff volume, average turbidity, and total sediment lost over five rainfall events on the vegetated plots. The addition of PAM to ground covers only occasionally had significant effects on runoff parameters but did significantly increase vegetative coverage overall. The rainfall simulator tests produced similar results after four events, with the straw, wood fiber, and MBFM all having significantly lower turbidity than the bare soil. The PAM significantly reduced turbidity for both the first and second events but did not consistently improve runoff quality after multiple rainfall events for any ground cover‐soil combinations tested. Separate tests of PAM applied before or after straw did not indicate a clear advantage of either approach, but runoff turbidity was often significantly reduced with PAM, especially at the 20 percent slope. Turbidity reductions were attributed to flocculation of eroded sediment.     

采用阳离子聚丙烯酰胺改善污泥水解液的脱水性能

针对市政污泥水解液脱水困难的问题,研究了阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）的投加量、水解液pH值、调理温度、搅拌转速等对污泥水解液脱水性能的影响。结果表明,当CPAM投加量为0.1%,水解液pH值为12.5,调理温度为50 ℃,搅拌转速为100~150 r·min-1时,污泥水解液的脱水效果最佳,无锡和天津两地污泥水解液的毛细吸水时间（CST）分别下降98.43%和98.01%,调理前后,污泥粒径、Zeta电位、污泥黏度及絮体形态也获得明显改善,同时95%以上的污泥蛋白质保留在清液中,有利于污泥蛋白质的后续回收。     

有机-无机杂化絮凝剂PAM-PAFC的合成与表征

采用过硫酸铵（（NH4）2S2O8）-亚硫酸氢钠（NaHSO3）复合引发体系引发丙烯酰胺（AM）单体聚合,合成了一种新型有机-无机杂化絮凝剂聚丙烯酰胺-聚合氯化铝铁（PAM-PAFC）。以产物的特性黏度（η）为依据,逐个探讨了聚合时间、聚合温度、引发剂质量分数和单体质量分数对特性黏度的影响。结果表明,在聚合时间为4 h、聚合温度为50℃、引发剂质量分数为0.5%以及单体质量分数为20%的时候,产物的特性黏度达到最大值513.78 mL·g-1,此条件即为杂化絮凝剂PAM-PAFC的最佳合成条件。电导率分析、红外光谱分析以及差热-热重分析都表明PAM-PAFC链端的-SO42-与带正电荷的羟基铁、羟基铝粒子以离子键的形式相连接。扫描电镜分析表明杂化絮凝剂PAM-PAFC有着明显的空间网状结构。对高岭土-腐殖酸模拟水样的絮凝效果研究表明,达到相同的剩余浊度的条件下,需要投加的杂化絮凝剂PAM-PAFC的量远远低于复配絮凝剂PAM-PAFC。     

聚丙烯酰胺作为唯一碳源的好氧和厌氧生物降解

油田为提高原油采收率而采用聚合物驱油作业,产生的采出水中残留着阴离子型高分子质量聚丙烯酰胺(PAM)。废水中PAM和淀粉共存时PAM可发生碳链断裂和生物降解,然而以PAM作为唯一碳源的生物降解性还不清楚。利用好氧悬浮污泥和厌氧升流式反应器,分别处理PAM为唯一碳源的模拟废水(水力停留时间(HRT)为2 d,PAM浓度为200 mg·L^-1),结果表明,好氧反应器出水的PAM浓度和黏度均没有降低,同时运行84 d后污泥流失,造成系统崩溃。而厌氧反应器出水PAM浓度和黏度分别降为169.81 mg·L^-1和1.50 mPa·s,流场流分离耦合多维角度激光光散射分析发现PAM的分子质量从2.17×10⁷ Da降低到3.35×10⁶ Da,表明厌氧条件下可以利用PAM作为唯一碳源进行生物降解,并发生碳链断裂。延长HRT从2~8 d可以提高利用PAM作为唯一碳源的厌氧处理效果,出水分子质量进一步降低到1.60×10⁶ Da,同时黏度也从1.50 mPa·s降低到1.21 mPa·s。串联生物膜反应器也可以提高利用PAM作为唯一碳源的厌氧生物处理效果,在HRT为4 d条件下PAM的分子质量和黏度降低到1.87×10⁶ Da和1.26 mPa·s。     

阳离子聚丙烯酰胺类絮凝剂PAD的合成及优化

为了提高阳离子絮凝剂的絮凝性能,选用阳离子疏水表面活性单体DBC和亲水单体AM,以EDTA-2Na为络合剂,以AIBN和APS-NaHSO₃为复合引发剂,采用水溶液聚合法制得一种新型阳离子聚丙烯酰胺类絮凝剂P(AM-DBC) (PAD)。此方法具有工艺操作简单、无需添加其他模板和表面活性剂、产物的相对分子质量高和转化率高等优势。单因素实验结果表明,当总单体质量分数为40%、单体摩尔比n(AM)∶n(DBC)=7∶3、pH=4.0、反应温度为60 ℃、EDTA-2Na的浓度为0.5%时,产物PAD的特性黏数为1 018.7 mL·g⁻¹,转化率可达97.2%。采用响应曲面法的Box-Behnken模型对实验参数进行了优化,根据预测出的实验参数,修正后进行了平行实验。当总单体质量分数为42%、EDTA-2Na的浓度为0.56%、pH=4、反应温度为60 ℃时,合成的PAD的特性黏数为1 027.1 mL·g⁻¹,预测值与实验值的误差仅为0.497%,可以较好地吻合,从而得到PAD的最优制备方法。制备的PAD性能优良,为工业化生产提供了依据,可以广泛应用于含油废水的处理。     

电解-CPAM联用对印染污泥脱水性能的影响

采用铜-石墨为电极,考察了电解电压、反应时间、极板间距和阳离子型聚丙烯酰胺(CPAM)等因素对印染污泥脱水效果的影响.结果表明,在极板间距为3 cm,电压为15 V,反应时间为40 min时,印染污泥的絮体破解效果最佳.该条件下,添加6.67 mg/g(以污泥干基计,DS) CPAM后,印染污泥的比阻(SRF)、毛细吸水时间(CST)与粘度分别下降了59.30%、41.62%和68.14%,滤饼含水率由89.30%下降至82.08%.扫描电镜结果显示,经过最佳条件处理后,污泥絮体被破坏,减弱了对内部结合水的保持力,使污泥脱水性能得到改善.     

河湖疏浚淤泥的表征、絮凝和脱水

以无锡锡山湿地公园河道淤泥及太湖贡湖湾疏浚底泥为研究对象,对比分析了两种淤泥的矿物组成、粒径分布及泥微粒表面基团、ζ电位等理化特性。以聚丙烯酰胺类聚合物(polyacrylamide,PAM)为絮凝剂,对比分析了其在2种底泥絮凝分离、真空抽滤脱水过程中的作用特征,并对相关影响因素进行了探讨。结果表明,两种淤泥样具有相近的主体矿物组分、有机基团及ζ电位值,但有机质含量稍高的淤泥样中大颗粒所占比例相对较高。相比阳离子型PAM,阴离子型PAM在较少用量下即可获得较大絮团,但上清液浊度较高。絮凝泥在抽滤过程受絮团尺寸影响较大, PAM不同类型基团间的差异对其影响较小,但对趋于平衡后的泥饼含水率略有影响。     

不同分子量及离子度的CPAM对污泥脱水性能的影响研究

阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)以其良好的絮凝效果被广泛用于改善市政污泥的脱水性能.然而,由于CPAM的分子量和离子度存在多样性,其促进市政污泥脱水的机理尚不明确.本研究通过测定CPAM调理后的污泥比阻、污泥上清液浊度、Zeta电位、胞外聚合物,对12组不同分子量和离子度的CPAM促进污泥脱水的机理进行研究.结果表明:CPAM能显著提高胶体絮凝能力,进而改善污泥的脱水性能;在CPAM的离子度或者分子量较低(离子度40%或分子量6×106)时,其絮凝机理主要表现为吸附架桥;随着离子度和分子量增加到50%和8×106时,CPAM的电中和作用显著增强,并与吸附架桥作用协同促进污泥的絮凝脱水;CPAM离子度的增加更能减少胞外聚合物中核酸含量,这有利于降低污泥亲水性能,从而促进其脱水.     

阳离子型聚丙烯酰胺絮凝剂的开发与煤气化黑水处理

煤气化过程产生的黑水通常采用絮凝处理去除悬浮物及部分有机物后循环使用。以丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵为阳离子单体,以氧化还原类和偶氮类引发剂为复合引发剂,采用水溶液自由基共聚法制备了一种适用于黑水絮凝处理的阳离子型聚丙烯酰胺。实验结果表明：引发温度为15~20 ℃时,聚合反应较为平稳,1 h后聚合反应结束,于60~80 ℃干燥,得到产品相对分子质量较高,达（734~1 086）×10⁴;采用该絮凝剂絮凝处理黑水时,絮体大、沉降速率快,絮凝沉降效果佳;在煤气化装置黑水工况温度下,絮凝剂投加量为3 mg/L时,黑水中悬浮物质量浓度可从114 mg/L降至30 mg/L以下,满足现场使用要求。