水性油墨脱色絮凝实验：聚焦聚丙烯酰胺絮凝剂选型

摘要： 本文围绕水性油墨废水处理难题，着重开展脱色絮凝实验以探究聚丙烯酰胺（PAM）类絮凝剂的选型优化。通过系统分析不同型号 PAM、搭配其他助剂以及在多种工艺条件下的表现，综合考量絮凝效果、成本、环境影响等关键因素，为水性油墨行业废水处理精准筛选适配的絮凝剂方案，推动绿色环bao生产实践，助力实现水资源可持续利用与生态保护。

一、引言

随着印刷包装行业对环bao要求的日益提升，水性油墨凭借其低挥发性有机化合物（VOC）排放优势得到广泛应用。然而，水性油墨生产及使用过程中产生的大量废水，因其含有的颜料、树脂、助剂等复杂成分，呈现高色度、高化学需氧量（COD）特性，成为亟待解决的环境挑战。絮凝作为核心处理环节，絮凝剂选型直接关乎处理成效。聚丙烯酰胺（PAM）作为常用絮凝剂，凭借多样的分子结构与性能，在水性油墨废水处理中有极大潜力，深入研究其选型对实现高效净化意义非凡。

二、水性油墨废水特性剖析

水性油墨废水成分繁杂，颜料涵盖有机颜料如偶氮类、酞菁类，无机颜料如钛白粉等，这些颜料赋予废水高色度，且稳定性强，不易脱色。树脂成分多为水性丙烯酸树脂、聚氨酯树脂等，增加废水粘性，阻碍絮凝沉降。助剂包含分散剂、消泡剂、防腐剂等，部分含表面活性剂，使废水胶体体系复杂，传统处理方法难以破乳絮凝。例如，某典型水性油墨废水初始色度超 [X] 倍，COD 值达 [Y] mg/L，pH 值约为 [Z]，直观反映处理难度。

三、实验材料与方法

（一）实验材料

1. 废水来源：取自当地有代表性的水性油墨生产厂未经处理排放废水，确保样本真实反映实际工况污染特性，经检测，关键指标如上述典型值。

1. 絮凝剂：

1. 聚丙烯酰胺（PAM）系列：涵盖不同分子量（低分子量 [MW1]、中分子量 [MW2]、高分子量 [MW3]）与离子度（低离子度 [ID1]、中离子度 [ID2]、高离子度 [ID3]）产品。不同分子量影响絮凝架桥能力，离子度决定电荷中和作用强弱。

1. 辅助絮凝剂：聚合氯化铝（PAC）、硫酸亚铁等无机絮凝剂，用于与 PAM 协同，改善胶体电荷环境，促进絮凝。如 PAC 水解产物带正电，可中和油墨废水中负电胶体。

1. 改性助剂：为优化 PAM 性能，引入如季铵盐、羧甲基等改性基团的产品，增强对特定污染物吸附。

1. 实验仪器：分光光度计（精准测色度、吸光度）、COD 测定仪（快速检测 COD 值）、pH 计（精度 ±0.01 调控 pH）、磁力搅拌器（模拟混合搅拌）、电子天平（精确至 0.001g 称量）、浊度仪、离心机等，保障数据精准可靠。

（二）实验方法

1. 取等量（每份 500mL）水性油墨废水于一系列 1000mL 烧杯，用稀盐酸或氢氧化钠调 pH 值至设定梯度（如 pH = 4、6、8、10），磁力搅拌稳定后静置 5min 确保均匀。

1. 按设计投加量，先加辅助絮凝剂（如 PAC 投加量 10 - 50mg/L 梯度），高速搅拌（200 - 300r/min，2min）初步凝聚；再加不同 PAM 产品，低投加量起始（如 5mg/L）逐步递增，低速搅拌（50 - 100r/min，10min）促絮凝体成长；搅拌毕静置沉淀 30min。

1. 取上清液，分光光度计测ZUI大吸收波长处吸光度算脱色率：脱色率（%）=（A₀ - A₁）/ A₀ × 100%（A₀ 原废水吸光度，A₁ 处理后吸光度）；COD 测定仪测 COD 去除率；浊度仪测浊度反映沉淀效果；多指标综合评估絮凝剂性能。

四、结果与讨论

（一）不同分子量 PAM 性能对比

在相同离子度（如中离子度 [ID2]）、辅助絮凝剂（PAC 30mg/L）及废水条件（pH = 7）下，不同分子量 PAM 处理效果显著不同。低分子量 PAM（[MW1]）絮凝架桥能力弱，脱色率仅 [X₁]%，COD 去除率 [Y₁]%；中分子量 PAM（[MW2]）适度增强，脱色率达 [X₂]%，COD 去除率 [Y₂]%；高分子量 PAM（[MW3]）因强大架桥，脱色率飙升至 [X₃]%，COD 去除率 [Y₃]%。但高分子量 PAM 分散慢，易缠绕，投加过量会阻碍絮凝，如超 20mg/L 时效果下滑。

（二）离子度影响探究

固定高分子量 PAM（[MW3]）、PAC 协同，改变离子度。低离子度 [ID1] 时，电荷中和不足，对带负电颜料胶体吸附弱，脱色率 [X₄]%，COD 去除率 [Y₄]%；中离子度 [ID2] 优化至脱色率 [X₅]%，COD 去除率 [Y₅]%；高离子度 [ID3] 虽电荷强，但分子链收缩，架桥受限，脱色率 [X₆]%，COD 去除率 [Y₆]%，表明适度离子度为优。

（三）PAM 与辅助絮凝剂协同效果

对比 PAC 不同投加量（10 - 50mg/L）与 PAM（高分子量 [MW3]、中离子度 [ID2]）协同。PAC 10mg/L 时，胶体电荷中和差，絮凝体小，脱色率 [X₇]%；随 PAC 增至 30mg/L，协同ZUI佳，脱色率跃至 [X₈]%，COD 去除率显著提升，因 PAC 助胶体脱稳，为 PAM 架桥奠基；超 30mg/L，PAC 水解产物增多干扰，效果降。类似规律在硫酸亚铁协同时有差异，亚铁离子氧化影响絮凝稳定性，需严控条件。

（四）改性 PAM 优势凸显

引入季铵盐改性的 PAM 对含阴离子表面活性剂的水性油墨废水有特效。在复杂废水体系，普通 PAM 受表面活性剂干扰，絮凝受阻，改性 PAM 靠季铵盐正电基团强力吸附，脱色率从普通 PAM 的 [X₉]% 提至 [X₁₀]%，COD 去除率亦提升，且在较宽 pH 范围（6 - 9）性能稳，拓宽应用前景。

（五）pH 值对絮凝的关键作用

以ZUI佳组合（高分子量 [MW3]、中离子度 [ID2]、PAC 30mg/L）探究 pH。酸性过强（pH = 4），PAM 酰胺基水解，PAC 水解受抑，脱色率 [X₁₁]%；中性附近（pH = 7），PAM 与 PAC 活性优，脱色率峰值 [X₁₂]%；碱性过强（pH = 10），油墨树脂皂化增粘，絮凝难，脱色率降，精准控 pH 是关键。

（六）成本效益综合权衡

核算成本，无机絮凝剂便宜，PAC 约 [成本 1] 元 / 吨废水；PAM 较贵，高分子量 [MW3] 约 [成本 2] 元 / 吨废水。但单用无机絮凝剂效果差，复合使用虽增成本，却大幅提效、减后续处理费。如 PAC + 高分子量 PAM 组合，在达标排放前提下，综合成本较单用 PAM 降 [ΔC]%，实现效益平衡。

五、结论

经系统实验探究水性油墨脱色絮凝中 PAM 选型：

1. 分子量与离子度适配关键，高分子量结合中离子度 PAM 常具佳效，兼顾絮凝架桥与电荷中和，应对复杂废水。

1. 协同辅助絮凝剂增效显著，PAC 为代表，合理配比优化胶体环境，提升絮凝体形成与沉降。

1. 改性 PAM 针对特殊废水破局，抗干扰、宽 pH 适应性，拓展絮凝边界。

1. pH 精准调控不可少，保障絮凝剂活性，ZUI大化处理效能。

1. 成本效益统筹兼顾，依废水特性、排放标准选性价比高组合，促产业绿色转型。

后续应深化研究新型 PAM 开发、工艺自动化，依不同水性油墨废水精细定制絮凝方案，为行业可持续发展赋能。