阴离子聚丙烯酰胺处理医院污水的研究

邵 赛，赵彩凤，张乐平，邵 颖，李 先

（1.湖南省农业科学院，湖南省核农学与航天育种研究所，湖南 长沙 410125；2.湖南省农业生物辐照工程技术研究中心，湖南 长沙 410125；3.生物辐照技术湖南省工程研究中心，湖南 长沙 410125）

阴离子聚丙烯酰胺处理医院污水的研究

邵 赛1,2,3，赵彩凤1,2,3，张乐平1,2,3，邵 颖1,2,3，李 先1,2,3

（1.湖南省农业科学院，湖南省核农学与航天育种研究所，湖南 长沙 410125；2.湖南省农业生物辐照工程技术研究中心，湖南 长沙 410125；3.生物辐照技术湖南省工程研究中心，湖南 长沙 410125）

研究自制的阴离子聚丙烯酰胺（APAM）对医院污水（色度125倍、悬浮物含量1 241 mg/L、COD 2 351 mg/L）的絮凝特性，并探讨聚合氯化铝（PAC）对APAM的助凝作用，考察了APAM的投加量、分子量对絮凝效果的影响。结果表明：加入PAC 66.0 mg/L、APAM 1.2 mg/L，对原水的絮凝效果最佳，色度降低率61.60%，悬浮物含量（SS）降低率67.61%，COD降低率20.88%。色度、SS、COD降低率均优于市购的APAM（Mw＞1 000×104、Mw＞2 000×104）。

聚丙烯酰胺；医院污水；分子量；化学需氧量；悬浮物含量；色度

医院污水指医院产生的含有重金属、消毒剂、病原体、有机溶剂、酸碱以及放射性等的污水，具有急性传染、潜伏性传染和空间传播等特征，不经处理将严重污染环境并传播疾病[1]。为此，2005年出台了严格与具体的《医疗机构水污染物排放标准》（GB18466—2005），2013年又出台了《医院污水处理工程技术规范》（HJ2029—2013）[2]。医院污水与生活污水和工业污水相比具有水量小、污染力强的特点。目前，对医院污水的处理采用传统的液氯、臭氧、次氯酸钠等化学药剂进行消毒处理，同时采用絮凝剂对原水进行前期的絮凝沉淀，有效降低原水的悬浮物含量（SS）、色度、COD及BOD等，从而减轻后期处理工艺的负担。由于传统的絮凝剂絮凝效果有待提高，对污水的SS、色度、COD及BOD降低程度较低，因此寻找絮凝效果强的絮凝剂成为研究的热点与难点。

研究采用60Co-γ射线辐射合成的超高分子量阴离子聚丙烯酰胺，分子量达到2 500×104D以上，作为医院污水的絮凝剂。同时采用聚合氯化铝（PAC）作为助凝剂，提高其絮凝性。分别考察了聚丙烯酰胺的投加量、分子量对絮凝效果的影响，以期为应用絮凝剂处理医院污水提供了理论基础与技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

阴离子聚丙烯酰胺（APAM）：由课题组在丙烯酰胺∶丙烯酸=180∶60，单体浓度30%，以次磷酸钠为分子量调节剂，剂量为300 Gy，剂量率为25 Gy/ h的条件下辐射引发制备所得。

聚合氯化铝（PAC），分析纯，购自天津市光复精细化工研究所。

医院污水，采自中南大学湘雅附一医学院污水处理厂，颜色黑，恶臭，色度125倍，SS 1 241 mg/L，COD 2 351 mg/L。

数显电动搅拌器，型号JJ-3，金坛市荣华仪器制造有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1污水絮凝试验取250 mL中南大学湘雅附一医学院污水处理厂原水，分别加入66.0 mg/L聚合氯化铝（PAC），220 r/min快搅1 min，接着分别加入0.8、1.2、2.0 mg/L APAM，220 r/min快搅1 min，然后80 r/min慢搅5 min，室温下静置10 min，分别取上清液测量色度、SS、COD。

色度测定：根据GB 11903—1989 水质色度法进行测定；SS测定：根据GB11901—1989水质悬浮物的测定重量法进行测定；COD测定：根据GB/T11914—1989化学需氧量的测定重铬酸钾法进行测定。

1.2.2自制APAM与市购APAM处理污水对比试验在250 mL原水中，首先加入66.0 mg/L PAC，再分别加入1.2 mg/L自制的APAM、1号样品（Mw＞1 000 ×104）、2号样品（Mw＞2 000×104），然后进行絮凝沉淀，取上清液测定色度、SS、COD。

2 结果与分析

2.1 APAM添加量对色度及悬浮物含量的影响

由图1、图2可知，絮凝沉淀后 APAM添加量为1.2 mg/L时，对原水的絮凝效果最佳，上清液的色度从125降低至48，SS从1 241 mg/L降低至402 mg/L。APAM絮凝剂的使用，对原水的色度、SS降低效果显著，降低率分别为61.60%、67.61%。试验过程中，随着APAM的加入，可以观察到大量密实的絮体产生。这是因为通过γ射线辐射合成的APAM具有超高分子量，分子量高达2 500×104以上，且辐射合成的APAM带有大量的负电荷，可以与原水中的带正电的离子产生静电作用，因此加入APAM能够产生大量的絮体，使原水的色度和SS急剧降低[3-4]。

图1 APAM添加量对原水色度的影响

图2 APAM添加量对原水悬浮物含量的影响

2.2 APAM添加量对COD的影响

由图3可知，絮凝沉淀后APAM添加量为1.2 mg/L时，对原水的絮凝效果最佳，COD从2 351 mg/ L降低至1 860 mg/L，降低率为20.88%，稍逊于色度和SS的去除效果。这可能是因为APAM絮凝剂对可溶性有机物的絮凝沉淀效果相对于胶体和悬浮物较差，可溶性有机物还停留在上清液中，所以COD降低效果不明显[5-6]。

图3 APAM投加量对原水COD的影响

2.3 自制APAM与市购APAM处理污水效果对比

由表1可知，自制的APAM对医院污水的絮凝效果（色度、SS、COD的降低程度）优于市购的样品。医院污水经自制APAM絮凝后，色度比市购1、2号样品分别降低了24、12，方差分析和多重比较结果显示，不同处理间差异均达到了显著水平（P＜0.05）；SS比市购1、2号样品分别降低了176、25 mg/L，与市购1号样品达到了显著水平（P＜0.05），与市购2号样品的差异未达到显著水平。COD比市购1、2号样品分别降低了202、89 mg/L，与市购1号样品达到了显著水平（P＜0.05），与市购2号样品的差异未达到显著水平。由图4可以直观的看出，经过自制的APAM絮凝沉淀后，上清液的色度明显优于2号样品（Mw＞2 000×104），且在杯底形成密实的絮体。总之，经过自制的APAM絮凝沉淀后，上清液的色度、SS、COD都优于市购APAM。这可能是因为自制的APAM分子量为2 500万以上，高于市购的APAM。分子量越大，分子链越长，链上存在更多的功能基团，从而有利于架桥产生更大的絮体，提高絮凝效果[4,7-9]。

表1 自制APAM与市购APAM处理污水效果对比

图4 市购APAM（Mw＞2000×104）与自制APAM静置10 min效果

3 结论与讨论

应用自制的APAM，处理效果优于市购的APAM，色度降低率为61.60%，SS降低率为67.61%，COD降低率为20.88%。研究为应用絮凝剂处理医院污水提供了理论基础与技术支撑。

根据已有文献报道APAM的应用以及课题研究的进一步深入，今后的研究可以从以下几个方面着手[8,10-12]：（1）进行PAM改性，提高其对可溶性有机物、重金属的絮凝效果；（2）深入探讨PAM辐射合成的机理，为合成特定功能团的聚合物提供理论基础；（3）拓宽PAM的应用范围，更好地发挥其“百业助剂”的作用。

[1] 陈秋芳. 医院污水处理站设计研究[J]. 环境科学与管理，2015，（40）：120-123.

[2] 周彬宇，操家顺，谢 坤. 膜生物反应器处理传染病医院污水研究[J].环境科技，2016，（29）：10-14.

[3] Yu Z，Song Z，Wen X，et al. Using polyaluminum chloride and polyacrylamide to control membrane fouling in a cross-flow anaerobic membrane bioreactor[J]. Journal of Membrane Science，2015，（479）：20-27.

[4] Lee C S，Robinson J，Chong M F. A review on application of flocculants in wastewater treatment[J]. Process Safety and Environmental Protection，2014，（92）：489-508.

[5] Irfan M，Butt T，Imtiaz N，et al. The removal of COD, TSS and colour of black liquor by coagulation–flocculation process at optimized pH, settling and dosing rate[J]. Arabian Journal of Chemistry，2013，48（5）：1103-1110.

[6] Guida M，Mattei M，Della R C，et al. Optimization of alumcoagulation/flocculation for COD and TSS removal from five municipal wastewater[J]. Desalination，2007，211（1-3）：113-127.

[7] Aguilar M I，Saez J，Llorens M，et al. Improvement of coagulationflocculation process using anionic polyacrylamide as coagulant aid[J]. Chemosphere，2005，58（1）：47-56.

[8] Nasef M M，Güven O. Radiation-grafted copolymers for separation and purification purposes: Status, challenges and future directions[J]. Progress in Polymer Science，2012，37（12）：1597-1656.

[9] Francis S，Varshney L. Studies on radiation synthesis of PVAEDTA hydrogels[J]. Radiation Physics and Chemistry，2005，74（5）：310-316.

[10] Francis S，Mitra D，Dhanawade B R，et al. Gamma radiation synthesis of rapid swelling superporous polyacrylamide hydrogels[J]. Radiation Physics and Chemistry，2009，78（11）：951-953.

[11] Chen J，Ao Y，Lin T，et al. High-toughness polyacrylamide gel containing hydrophobic crosslinking and its double network gel[J]. Polymer，2016，（87）：73-80.

[12] Mishra S，Sen G，Rani G U，et al. Microwave assisted synthesis of polyacrylamide grafted agar (Ag-g-PAM) and its application as flocculant for wastewater treatment[J]. International Journal of Biological Macromolecules，2011，（49）：591-598.

（责任编辑：夏亚男）

Study on treatment of hospital sewage by anionic polyacrylamide

SHAO Sai1,2,3，ZHAO Cai-feng1,2,3，ZHANG Le-ping1,2,3，SAO Ying1,2,3，LI Xian1,2,3
（1. Hunan Academy of Agriculture Sciences, Hunan Institute of Nuclear Agricultural Science and Space Mutation Breeding, Changsha 410125, PRC; 2. Hunan Province Engineering Technology Research Center of Agricultural Biological Irradiation, Changsha 410125,PRC; 3. Hunan Province Biological Irradiation Techonology Engineering Research Center, Changsha 410125, PRC）

The flocculability of anionic polyacrylamide (APAM) to treat hospital sewage was studied, which has the chromaticity of 125, SS of 1244 mg/L and COD of 2336 mg/L. The polymeric aluminium was chosen as the coagulant to enhance the flocculability of APAM. The effect of concentration and molecular weight of APAM was studied in this research. The result showed that under the optimum condition (PAC 66 mg/L, APAM 1.2 mg/L) , the decrease ratio of chromaticity, SS and COD are 61.60%, 67.61% and 20.88% respectively. Meanwhile, the decrease ratio of chromaticity, SS and COD were better than commercial APAM with the molecular weight of Mw＞1000×104and Mw＞2000×104.

polyacrylamide; hospital sewage; molecular weight; COD; SS

book=40,ebook=48

X799.5

A

1006-060X（2016）12-0040-03

10.16498/j.cnki.hnnykx.2016.012.014

2016-10-09

湖南省科学技术厅重点研发计划（2015GK3045）；湖南省农业生物辐照工程技术研究中心科学基金开放项目（2016KF002）；湖南省农业科学院科技创新项目（2016QN09）；湖南省环境保护厅科研课题湘（财建指[2016]59号）

邵 赛（1973-），男，湖南涟源市人，副研究员，主要从事辐射化工研究。