含聚丙烯酰胺废水处理技术的研究进展

第 48 卷 第 10 期2019 年 10 月

Vol.48 No.10

Oct. 2019化工技术与开发

Technology & Development of Chemical Industry

聚丙烯酰胺（Polyacrylamide，简称PAM）是由单体丙烯酰胺聚合而成的水溶性线型高分子聚合物。其化学结构式为：

CH2CH CH2

CONH2CH CH2

CONH2

CH CH2

CONH2

CH

CONH2

聚丙烯酰胺产品按离子特性可分为非离子、阴离子、阳离子和两性型等类型；按产品的物理形态可分为粉状、溶液、凝胶和乳胶等[1-2]。聚丙烯酰胺是水溶性高分子中应用最广泛的品种之一，具有“百业助剂”、“万能产品”之称[3-4]。PAM及其衍生物可作为絮凝剂、助凝剂、增稠剂、纸张增强剂、减阻剂等，广泛应用于水处理、油田开采、造纸、轻纺、矿冶、医药、建筑等行业[5-6]。目前，PAM 在中国用量最大的领域是作为驱油剂，应用于油田三次采油中。

1　含聚丙烯酰胺废水的特点

由于聚丙烯酰胺的存在，含聚丙烯酰胺废水具有以下几个特点[7]：

1）由于聚丙烯酰胺部分发生水解，增加了废水的黏度。废水黏度的增加会增强废水中所含胶粒的稳定性，从而使其携带悬浮物的能力增加，最终导致悬浮物含量超标。

2）聚丙烯酰胺的存在有利于废水中硫酸盐还原菌的生长，加剧了对污水处理设备的侵蚀。

3）当聚丙烯酰胺用于采油过程，聚丙烯酰胺的部分水解会导致原油的乳化能力增强，采出液油滴变小，油水分离效果变差，污水经油水分离后，其油的含量高于普通污水。

4）部分水解聚丙烯酰胺的存在，降低了废水的可生化性，导致废水的生物降解相对困难。

2　含聚丙烯酰胺废水处理技术研究进展

大量含聚污水的外排会造成严重的环境污染问题，为此需要对含PAM废水进行处理，将PAM从水中除去，提高废水的水质，降低水的黏度，从而利于综合利用。目前，含聚丙烯酰胺废水的处理方法主要有物理处理法、化学降解法、生物降解法等。

2.1　物理处理法

物理处理法处理含聚丙烯酰胺废水，大多采用絮凝的方法，即加入絮凝剂来使聚丙烯酰胺絮凝沉淀，从而降低废水中聚丙烯酰胺的含量。

李艳红等[8]在采油废水中加入硫酸铝，废水COD值由392 mg·L-1降至311 mg·L-1，去除率为20%左右，再加入一定量的活性炭后，COD值降至220 mg·L-1，去除率为44%。

关卫省等[9]以陕北某油田废水为处理对象，利用

含聚丙烯酰胺废水处理技术的研究进展

靳雅莉，谢雨桐，马洪霞，朱茂电

（常州工业职业技术学院，江苏 常州 213164）

摘　要：含聚丙烯酰胺（PAM）废水的黏度大，对设施腐蚀严重，大量含聚污水的外排会造成严重的环境污染问题，为此需要对含PAM废水进行处理。本文介绍了近年来国内外含聚丙烯酰胺废水的处理技术，包括物理处理法、化学降解法、生物降解法等；同时指出，在具体的降解机理、PAM降解菌种的选取、高效光催化剂的制备等方面，还需进行深入研究。

关键词：聚丙烯酰胺；废水；降解

中图分类号：X 783.1 文献标识码：A 文章编号：1671-9905(2019)10-0048-04

基金项目：常州工业职业技术学院2018年博士基金立项资助项目（BS201813101007）

通信联系人：朱茂电（1972-），男，安徽怀宁人，博士，副教授，主要从事精细化工、环境工程方面的教学与科研工作。E-mail: maodian_z@

收稿日期：2019-08-08

49第 10 期

XG213混凝剂对含聚废水进行了处理，当混凝剂的加入量为300 mg·L-1时，废水COD的去除率达67%。

李振玉[10]采用凹凸棒土作为PAM的絮凝晶核，探索了凹凸棒土对含聚丙烯酰胺污水的去除作用。研究结果表明，只用凹凸棒土作为混凝晶核，处理375 mg·L-1 PAM废水时，COD去除率为33.45%。

2.2　化学降解法

化学降解法处理含PAM废水的研究多集中在化学氧化、光化学氧化和光催化氧化。其中，光化学氧化和光催化氧化以其可在常温、常压下进行、可彻底去除有机污染物、无二次污染等优点，而被广泛用于难降解有机物的处理上[11]。

2.2.1　化学氧化法

化学氧化法是用化学氧化剂对含PAM废水进行处理，PAM的氧化降解主要为自由基传递反应。一般通过在反应体系中引入过氧化物或过氧化物/还原剂体系引入自由基，经自由基反应而使PAM 发生氧化降解，从而降低废水中PAM含量[12-13]。

詹亚力等[14]以K2S2O8和K2S2O8/ FeSO4为化学氧化剂，对PAM降解进行了研究。研究结果表明，当K2S2O8浓度为100 mg·L-1、FeSO4·7H2O 浓度为20 mg·L-1时，体系中的PAM 可以得到最大程度的降解，降解后的主要产物为丙烯酰胺低聚体的衍生物。

尚会建等[15]以活性炭为催化剂、臭氧为氧化剂，处理浓度较低的氨氮污水，取得了较好的效果。在初始氨氮质量浓度为35 mg·L-1、氧化剂臭氧流量为30 mg·min-1、催化剂活性炭加入量为10.0 mg·L-1、模拟废水pH=11.0的条件下，反应90 min 后，氨氮去除率可达97.6%。

Fenton试剂氧化是一种常见的高级氧化技术，Fenton试剂由Fe2+和H2O2组成，体系的pH值为2~5。Fe2+会催化分解H2O2，使其产生·OH，产生的·OH能与大多数有机物无选择性地反应，反应速率极快，而且可以将有机物质彻底氧化，生成无机物质。孙鼎承等[16]采用Fenton试剂高级氧化技术，进行含部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）污水处理的研究。研究结果表明，当体系pH值为3.5、Fe2+和H2O2浓度分别为500 mg·L-1和1.0 mg·L-1时，40 ℃下反应15 min，HPAM的降解率能达到91.45%。

2.2.2　光化学降解

已有的研究表明，自然光和紫外线照射可以直接使PAM降解。Marcus等[17]研究了线性聚丙烯酰胺（PAAM）在辐射条件下的稳定性，研究结果表明，PAAM在荧光灯下稳定，在95 ℃热水溶液中不释放任何可检测到的丙烯酰胺（AAM）。在紫外光照射下，观察到少量释放的AAM，但它们通常低于聚合物中每百万重复单体单元50份，同时观察到黏度下降。

2.2.3　光催化降解

光催化反应可以在常温、常压下进行，且能彻底破坏有机污染物，不产生二次污染，费用较低，易操作，因而具有明显的经济效益、环境效益和社会效益。近年来对基于TiO2和ZnO等半导体材料的光催化降解的理论及应用研究，均取得了令人鼓舞的进展[18-19]。光催化技术为含PAM废水的处理开辟了一条新路径。

陈颖等以中压汞灯为光源， TiO2作为光催化剂，对油田三次采油污水中的PAM降解工艺进行了探索，处理300 mg·L-1的PAM，可使其残存度降至10%以下。

Nie等[20]提出并开发了一种聚合物在乳液界面膜上定向降解的工艺（光热电化学工艺，STEP），用于聚合物驱采出水的高效破乳，从而有利于废水的绿色可持续修复。通过提高PAM的热活化和断裂温度，光热电化学工艺（STEP）降解聚合物的氧化动力学也能显著改善。研究结果表明，60 min后，PAM的降解率由30℃时的63.77%提高到90℃时的96.71%。对降解反应的监测表明，丙烯酸和丙烯酰胺是中间化合物，CO2是最终产物。

Gu等[21]采用两步阳极氧化法制备了蜂窝状二氧化钛纳米管阵列（TiO2 NTs），并用紫外光辅助光电化学方法对其进行了改性。同时研究了TiO2 NTs和Au/TiO2 NTs对部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）降解的光电催化（PEC）活性。研究结果表明，Au/ TiO2 NTs的PEC活性明显高于原始TiO2 NTs。Au/ TiO2 NTs中，Au的最佳负载量为1.24 %（重量比）。

Jamal等[22]使用垂直排列的氧化锌纳米棒（ZnO NRs），该纳米棒支撑在用于提高其可见光收集能力的基板上，从而有效实现了部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）的光催化降解。在模拟太阳光照射下，使

靳雅莉等：含聚丙烯酰胺废水处理技术的研究进展