一、引言

内蒙古自治区作为我国重要的农牧业基地，食品产业蓬勃发展，涵盖了乳制品、肉制品、粮食加工等多个领域。然而，食品加工过程中产生的大量废水若未经有效处理直接排放，将对当地脆弱的生态环境造成严重威胁。食品废水具有有机物含量高、悬浮物多、可生化性较好但水质水量波动大等特点。聚丙烯酰胺作为一种常用的水溶性高分子聚合物，凭借其优异的絮凝性能，在食品废水处理领域展现出广阔的应用前景。深入研究 PAM 在内蒙古食品废水处理中的应用，对于保护当地环境、实现水资源的循环利用以及食品产业的可持续发展至关重要。

二、内蒙古自治区食品废水特性分析

（一）水质特点

1. 高有机物浓度：内蒙古食品加工企业排放的废水中含有大量蛋白质、淀粉、脂肪、糖类等有机物质，导致化学需氧量（COD）和生化需氧量（BOD₅）普遍较高，例如乳制品废水中 COD 可达数千毫克每升，肉制品加工废水的 BOD₅/COD 比值通常在 0.4 - 0.6 之间，表明其可生化降解性能良好，但处理难度较大。

2. 高悬浮物含量：生产过程中的原料残留、加工碎屑以及泥沙等使得废水中悬浮物（SS）浓度较高，部分废水 SS 甚至超过 500mg/L，这些悬浮物不仅增加了水体的浑浊度，还会吸附大量有机物，进一步加重污染负荷。

3. 水质水量波动大：食品加工受季节、生产规模、工艺环节等多种因素影响，废水排放呈现明显的不稳定性。如乳制品企业在收奶旺季和淡季，废水量可相差数倍，且水质成分也随加工工艺的不同阶段而变化，给废水处理系统的稳定运行带来挑战。

（二）水量特征

内蒙古食品企业的废水排放量因企业规模和产品类型而异。大型乳品加工厂日排水量可达数千立方米，而小型肉制品作坊日排水量则相对较少，但总体而言，区域内食品行业废水排放总量庞大，对污水处理设施的处理能力提出了较高要求。

三、聚丙烯酰胺在食品废水处理中的作用机制

（一）混凝沉淀作用

聚丙烯酰胺属于线性高分子化合物，分子链上含有大量的活性官能团，如酰胺基等。当将其加入食品废水中时，这些官能团能够通过吸附电中和、架桥作用以及网捕效应等机理，使废水中的胶体颗粒和悬浮物迅速脱稳、凝聚成较大的絮体。在吸附电中和过程中，PAM 分子链上的电荷能够中和废水中胶体颗粒表面的电荷，打破胶体的稳定性，使其相互碰撞聚集；架桥作用则是依靠 PAM 长链分子在胶体颗粒之间形成“桥梁”，将多个颗粒连接在一起形成更大的絮凝体；网捕效应则是当 PAM 投加量达到一定程度时，形成的絮体沉降过程中会像一张网一样捕获水中的悬浮物和胶体颗粒，从而显著提高混凝沉淀效果，降低水中的 SS 和部分有机物含量。

（二）气浮协同作用

在气浮工艺中，聚丙烯酰胺与溶气水中的空气气泡相互配合，发挥协同作用。PAM 使废水中的细微悬浮物和油滴等杂质絮凝成较大的颗粒，增加其与气泡的粘附机会和附着面积。当通入空气时，这些絮体颗粒能够迅速附着在气泡上，在浮力作用下上浮至水面形成浮渣，通过刮渣机去除，从而达到分离水中污染物的目的。与传统气浮工艺相比，加入 PAM 后可以显著提高气浮对油脂、蛋白质等轻质污染物的去除效率，同时减少药剂用量和运行成本。

四、聚丙烯酰胺在内蒙古食品废水处理中的应用实验研究

（一）实验材料与方法

1. 实验水样：采集内蒙古自治区内具有代表性的食品加工企业废水，包括乳制品废水、肉制品加工废水和粮食加工废水，混合后作为实验用水，其水质指标为：COD 1500 - 2500mg/L，BOD₅ 800 - 1500mg/L，SS 300 - 600mg/L，pH 6.5 - 7.5。

2. 实验药剂：选用不同分子量（低分子量 300 - 500 万、中分子量 600 - 800 万、高分子量 800 - 1200 万）、不同离子型（阴离子型、阳离子型、非离子型）的聚丙烯酰胺产品，配制成质量分数为 1%的水溶液备用。

3. 实验设备：六联搅拌机、电子天平、酸度计、紫外可见分光光度计、COD 测定仪、BOD₅测定仪、SS 测定仪等。

4. 实验方法：采用烧杯混凝沉淀实验和气浮实验相结合的方法。在烧杯中加入一定体积的废水水样，调节 pH 至适宜范围（一般为 6.5 - 7.5），然后分别投加不同种类和剂量的 PAM 溶液，以 200r/min 快速搅拌 1 - 2min，使药剂迅速分散并与水样混合均匀，接着以 50r/min 慢速搅拌 10 - 15min，促进絮体成长和沉淀。沉淀结束后，取上清液测定 COD、BOD₅、SS 等指标；对于气浮实验，在混凝沉淀后的水样中通入空气，控制气浮时间为 20 - 30min，观察浮渣形成情况并测定出水水质。

（二）实验结果与讨论

1. 分子量的影响：实验发现，在不同离子型的 PAM 中，分子量对处理效果均有显著影响。对于阴离子型 PAM，低分子量产品在去除 SS 方面表现较好，但对 COD 和 BOD₅的去除率相对较低；中分子量产品综合处理效果较为均衡，能够在一定程度上降低 COD、BOD₅和 SS；高分子量产品则对 COD 和 BOD₅的去除效果更为突出，尤其是在处理高浓度有机废水时，能够形成较大且紧密的絮体，提高污染物的去除效率。阳离子型和非离子型 PAM 也呈现出类似的规律，但阳离子型 PAM 对带负电荷的胶体颗粒去除效果优于阴离子型和非离子型，这与其电荷特性有关，能够更好地发挥电中和作用。

2. 离子型的影响：针对内蒙古食品废水的水质特点，阳离子型 PAM 在大多数情况下表现出较好的处理效果。由于食品废水中的胶体颗粒和悬浮物通常带有负电荷，阳离子型 PAM 能够通过电荷吸引迅速中和颗粒表面电荷，使其脱稳凝聚。例如在处理肉制品加工废水时，阳离子型 PAM 对蛋白质、脂肪等带负电物质的絮凝效果明显优于其他离子型，可使 SS 去除率提高至 80%以上，COD 去除率提高约 20%。然而，在某些特殊情况下，如废水中含有较多中性或正电荷物质时，非离子型或阴离子型 PAM 可能更为适用，这需要根据实际水质进行选型优化。

3. 投加量的优化：通过实验确定了不同分子量和离子型 PAM 的最佳投加量范围。一般来说，随着 PAM 投加量的增加，处理效果逐渐提高，但当投加量超过一定限度后，会出现絮体再溶解或药剂浪费的现象。例如对于中分子量阳离子型 PAM 处理混合食品废水，最佳投加量约为 5 - 10mg/L，此时 COD 去除率可达 40% - 50%，SS 去除率超过 70%。在实际工程应用中，需要根据废水的实时水质情况进行动态调整，以达到最佳的处理效果和经济效益。

五、实际应用案例分析

（一）某内蒙古乳制品企业废水处理站

该企业采用“预处理 + 混凝沉淀 + 生化处理”工艺处理废水，在混凝沉淀环节引入聚丙烯酰胺作为混凝剂辅助药剂。根据企业废水水质特点，选用中分子量阳离子型 PAM，投加量为 8mg/L。运行结果表明，与未投加 PAM 相比，混凝沉淀出水的 SS 从平均 200mg/L 降至 50mg/L 以下，COD 去除率提高了约 15%，有效减轻了后续生化处理系统的负荷，提高了整个废水处理系统的处理