絮凝剂是一种可使液体中不易沉降的悬浮颗粒 凝聚沉降的物质。絮凝沉降技术是目前国内外用来 提高水质处理效率的一种经济简便的水处理技术。 絮凝剂能简单有效地脱除80% ~ 95%的悬浮物和 65% ~ 95%的胶体物质，能降低水中COD，减少环 境污染[1]。

根据絮凝剂的成分及制备方法的不同可大致将 目前研究和应用的絮凝剂分为无机絮凝剂、有机絮 凝剂、微生物絮凝剂和复合絮凝剂四大类[2-4]。聚丙烯酰胺类絮凝剂的现状与进展，絮 凝剂的使用占水处理总量的3/4而聚丙烯酰胺 (PAM)作为絮凝剂用又占絮凝剂用量的1/2[5]。其 中，聚丙烯酰胺类絮凝剂的产量占有机高分子絮凝 剂总产量的80%以上[36]。

1我国聚丙烯酰胺类絮凝剂的现状

美国、日本、欧洲是聚丙烯酰胺的主要生产国家 和地区，其生产能力约占世界总生产能力的 75% [1，7]。各国聚丙烯酰胺的消费结构有所不同， 我国主要用于采油领域，美国和西欧主要用于水处 理，在造纸方面应用所占比例相对较小，而日本则主 要用于造纸工业，2000年的具体结构分配见表

,[1，7]

1。

表1中国、美国、西欧、日本聚丙烯酰胺的消费结构%

领域水处理造纸矿山石油其它合计

中国952813100

美国60251104100

西欧45328123100

日本29560114100

我国有机高分子絮凝剂的发展从20世纪60年 代初小量生产PAM系列产品开始。2000年国内 PAM生产厂家约80家，总生产能力约10万t/a 多年来国产PAM在品种、质量及数量上都不能满足 国内需要，年进口约4万t[1]。2007年国内PAM生 产大厂约16家，总生产能力约49万t/a[8]。其中， 消费比例在油田领域下降，在水处理和造纸领域上 升，具体见表2[8]。

表2 2007年中国聚丙烯酰胺的消费结构％时间水处理造纸石油其它合计。

我国水资源相当贫乏，人均占有量只有世界人 均占有量的1/4而且水污染严重，全国七大水系中 近一半河段受不同程度污染，湖泊、水库富营养化严 重，流经城市的河段不适用于生活用水的达78%， 

50%的城市地下水受到不同程度的污染。国家早就 制定了到21世纪初使城市污水处理率达20% ~ 30%,工业废水处理率达84%,城市排污设施普及 率达70%的水污染控制总体规划目标[9-10]。聚丙 烯酰胺类絮凝剂在水处理方面将大有作为。

2聚丙烯酰胺类絮凝剂的分类、特点及用途

聚丙烯酰胺（P〇yaciylam de简称PAM )是丙烯 酰胺（Acrylamide简称AM)及其衍生物的均聚物 与共聚物的统称，是一种质量分数在50%以上的线 型水溶性高分子化合物[910]。因其结构单元中含有 酰胺基，易形成氢键，具有良好的水溶性，易通过接 枝或交联得到支链或网状结构的多种改性物[911]。 PAM主要性能指标之一是相对分子质量大小，在很

大程度上决定着产品的用途及功能，见表3[12]。

表3按PAM相对分子质量大小的分类

名称相对分子质量主要用途

低相对分子质量PAM100万以下分散剂

中相对分子质量PAM1⑴万〜1000万纸张干强剂

高相对分子质量PAM10⑴万〜1500万絮凝剂

超高相对分子质量PAM1700万以上钻井一、二、二次米油

根据聚丙烯酰胺所带基团能否离解及离解后所 带离子的电性，可将其主要分为非离子型（NPAM )、 阳离子型（APAM)、阴离子型（CPAM)和两性型絮 凝剂;按其存在形态分为水溶液型、干粉型和乳胶型 三类[13]。2007年国内PAM产量中CPAM、APAM 及NPAM所占比例分别为84%、13%、3% [8]。

2 1非离子型有机高分子絮凝剂

非离子有机高分子絮凝剂在合成中不引入带电 基团，常用的有聚丙烯酰胺和聚氧化乙烯，聚乙烯 醇，聚乙烯吡咯烷酮，聚乙烯醚等，以聚丙烯酰胺为 主，其相对分子质量为50万~ 600万之间。通过分 子链中特有-CONH2官能团与悬浮物中胶粒发生 去水化作用和吸附架桥作用而除去。其絮凝效果与 聚合物的相对分子质量密切相关。提高聚合物相对 分子质量，有利于降低絮凝剂的使用浓度，提高絮凝 效率[14-15]。该类絮凝剂因其絮凝作用的发挥以无 机絮凝剂混凝为基础，主要通过其高分子长链在混 凝絮体上的吸附、架桥辅助去除悬浮物，所以是一种 真正的无机物或悬浮物的“絮凝助剂”，具有明显的 非选择性，而且使用功能单一[14]。

2 2阴离子型有机高分子絮凝剂

阴离子絮凝剂是分子结构重复单元中带有负电 荷羧基（-⑴OH )，聚丙烯酰胺类絮凝剂的现状与进展，磺酸基（-SO3H)基团的水溶性 聚合物。既可以是非离子聚丙烯酰胺的水解产物， 也可以是丙烯酰胺与乙烯类磺酸盐或丙烯酸盐、马 来酸盐等的共聚产物。其中使用最多的是阴离子型 聚丙烯酰胺，相对分子质量为7 x 106左右，极性基 羧基含量低于10% (摩尔百分数，下同）时，称为弱 阴离子型产品；羧基含量高于25%，称为强阴离子 型产品。由于分子结构中存在带负电的强亲水基 团，因此它对表面带负电荷的胶体微粒具有选择絮 凝作用，通过电荷有效中和与吸附架桥作用去除胶 粒[511]。研究表明，当水解聚丙烯酰胺的水解度达 33%，相对分子质量达107时，其絮凝效果最佳;但 阴离子有机高分子絮凝剂相对分子质量増加，往往 使其最佳用量増加[614]。

2 3阳离子型有机高分子絮凝剂

阳离子有机高分子絮凝剂是分子结构重复单元 中带有正电荷氨基（-NH3+ )，亚氨基（-^2- NH+ - CH2-)，季铵基（N+ R4)的季铵盐类和聚胺 类水溶性聚合物，可通过乙烯单体聚合、高分子反应 及缩合聚合等方法得到。代表物有:聚乙烯胺，聚乙 烯亚胺，聚二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺，聚二甲基二 烯丙基氯化铵等。阳离子有机高分子絮凝剂相对分 子质量相对较低，为105~ 107。其中阳离子改性聚 丙烯酰胺占有较大比例，在日、美等国阳离子絮凝剂 的用量约占合成絮凝剂总量的60%，而且每年仍以 10%的速度在増长[1416-17]。通过电荷有效中和与 吸附架桥作用去除胶粒，因此其具有凝聚和絮凝的 双重功能，是一种“多功能”絮凝剂。此外，其特有 的季铵基团能有效杀死病毒或微生物并使之聚沉， 而其疏水性烷基可有效结合水中三卤代烷烃，使水 中总有机碳含量（TOC)明显降低[14 18]。

2 4两性型有机高分子絮凝剂

两性高分子絮凝剂是分子结构重复单元中既有 带正电荷基团又有带负电荷基团的高分子聚合物， 一般由含有阴、阳离子基团的乙烯类单体通过自由 基共聚反应以及高分子改性得到，其中阴离子基团 为羧基、磺酸基、硫酸基，阳离子基团为季铵盐基、吡 啶嗡离子基或喹啉嗡离子基。两性型有机高分子絮 凝剂兼有阴、阳离子基团的特点，它不仅有电性有效 中和、吸附架桥而且有分子间的“缠绕”包裹作用， 使处理的污泥颗粒粗大，脱水性好，因此在不同介质 条件下，其离子类型可能不同，适于处理带不同电荷 的污染物。其适应范围也较广，酸性、碱性介质中均 可使用，抗盐性也较好[141719]。

3影响PAM类絮凝剂絮凝效果的因素

PAM类絮凝剂加入到悬浮液中，首先是吸附在 胶体粒子的表面上，聚丙烯酰胺类絮凝剂的现状与进展，然后再进行絮凝，其絮凝机理有 三种：去水化作用、电荷有效中和、架桥作用[18 20]。

影响絮凝效果的因素很多，如吸附条件、絮凝剂 的种类与相对分子质量、投入量、pH值、温度与无机 盐离子、搅拌速度等等[21]。

3 1吸附条件的影响

通常絮凝剂的吸附是不可逆的。但改变吸附条 件，吸附会变成可逆，甚至不可吸附。如改变PH值 或加入具有吸附功能的小分子试剂，粒子表面己吸 附的高分子絮凝剂就可以逐步被小分子试剂无序取 代。如果在胶体中先加入同样具有吸附功能的小分 子试剂，由于吸附活性点被小分子占据，高分子就不 产生吸附，当然也不能发生絮凝。

3 2絮凝剂的相对分子质量

理论上认为聚合物相对分子质量越大，分子在 溶液中伸展度越大，则架桥能力越强，絮凝速度越 大。但是相对分子质量过大，因絮凝沉降速度过快 会导致上层清液中细小颗粒残留増大。同时，高相 对分子质量PAM溶解速度低，増加了溶解困难[11]。 离子型高分子胶粒由于静电作用，聚丙烯酰胺类絮凝剂的现状与进展，有利于克服位垒， 要求相对分子质量较低，非离子型絮凝剂则要求相 对分子质量较大[1122]。

因此要求聚合物要达到一定的相对分子质量是 起架桥絮凝作用的必要条件[5]。

3 3絮凝剂的投入量

实验证明，絮凝效果与PAM类絮凝剂投入量之 间有一极值。当投入量较小时，高分子的架桥作用 随高分子的投入量増大而増加，絮凝效果明显；当投 入量増至极大值后，投入量的増加，会造成足够多的 高分子吸附在同一个胶粒上把胶粒稳定保护起来因 失去架桥作用而使絮凝效果下降。

由于最佳投入量与高分子的性质、分子量、悬浮 液的pH值、固相粒度等诸多因素有关，最佳用量需 由实验测定[5]。

3 4 pH值的影响

pH值对各类PAM类絮凝剂的影响是不一样 的。其中，阳离子型与部分非离子型对pH值的变 化不敏感。而阴离子型受jH值的影响较大，pH值 过小或过大均会造成高分子链蜷曲，架桥距离缩短 导致絮凝能力降低，只有在！H值最佳的范围内絮 凝效果才能保证[10]。

3 5温度的影响

温度有四个方面的影响：（1)温度升高，疏水基 团的缔合作用増强，溶液黏度増大。（2)温度升高， 离子基团热运动加剧，大分子链伸展，溶液黏度増 大。（3)温度升高，疏水基团和水分子热运动加剧， 疏水缔合作用被削弱，溶液黏度降低。（4)温度升 高，离子基团水化作用减弱，聚丙烯酰胺类絮凝剂的现状与进展，大分子链收缩，黏度下 降。综合结果是，溶液黏度増大或减小[22]。

一般而言，温度过高会破坏架桥效应和吸附，削 弱絮凝效果[9]。

3 6无机盐电解质的影响

无机盐离子对PAM类絮凝剂有很大影响。一 般离子水合半径越小，价数越高，对高分子絮凝作用 促进越强。例如少量Ca2+或其它二价阳离子对阴 离子PAM的絮凝有显著促进作用，这是由于单个阳 离子对固体表面高分子链的单个阴离子基团提供离 子吸附点；由于阳离子的存在，使带负电荷的高分子 絮凝剂与负电荷粒子间的静电斥力通过减少表面位 能或双电层度而减小[921_22]。

3 7搅拌速度的影响

搅拌不充分不利于絮凝剂的分散和絮团的形 成，搅拌过快又会破碎己形成的絮团不利于絮凝。 存在实测最佳搅拌速度[921]。

3 8混凝剂添加顺序的影响

当使用多种混凝剂时，其最佳的投加顺序通过 实验确定。一般而言，当无机混凝剂与有机混凝剂 并用时，先投加无机混凝剂，再投加有机混凝剂。 但当处理的胶粒在50Um以上时，聚丙烯酰胺类絮凝剂的现状与进展，常先投加有机混 凝剂吸附架桥，再加无机混凝剂压缩双电层而使胶 体脱稳[21]。

4总结

聚丙烯酰胺类絮凝剂是一个仍在快速发展的系 列产品。在品种上，在非离子、阴离子型产品大量生 产之后，阳离子型聚丙烯酰胺随后，两性聚丙烯酰胺 紧跟。各种改性的聚丙烯酰胺、复配絮凝剂将会大 量出现以适应特定的应用范围。我国PAM的应用 水平与发达国家尚有较大差距，由APAM生产应用 现状及国内市场的需求相比可知APAM正处于成 长期。随着絮凝技术的不断完善，聚丙烯酰胺类絮 凝剂在水处理中将发挥更大的作用。