摘要： 本文聚焦于湖北省酿造废水处理，深入探讨阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）对其中重金属离子的去除效果。通过分析酿造废水的来源、特点以及重金属污染现状，详细阐述了 CPAM 的作用机理，包括电中和作用、吸附架桥作用等。进而通过实验研究，考察不同因素如 CPAM 投加量、pH 值、搅拌条件等对重金属离子去除效果的影响，并对实际处理效果进行评估。同时，探讨了在应用过程中存在的问题与挑战，并提出了相应的解决策略和未来研究方向，旨在为湖北省酿造行业废水处理中重金属污染的有效控制提供理论依据和实践指导。

一、引言

1.1 研究背景与意义

湖北省作为酿酒业较为发达的地区，酿造行业在推动经济发展的同时，也产生了大量的废水。酿造废水成分复杂，含有大量的有机物、悬浮物以及重金属离子等污染物。其中，重金属离子具有毒性大、难降解的特点，若未经有效处理直接排放，将对水体生态环境造成严重破坏，并通过食物链的富集作用危害人类健康。因此，寻求高效、经济的酿造废水处理方法，特别是针对重金属离子的去除技术，对于保护湖北省的水环境质量、促进酿造行业的可持续发展具有极为重要的意义。

阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）作为一种常用的水处理絮凝剂，在污水处理领域有着广泛的应用。其对带负电荷的胶体颗粒具有较强的絮凝作用，能够通过多种机理有效地去除水中的悬浮物、有机物以及部分重金属离子，且具有操作简单、成本较低等优点。深入研究 CPAM 在湖北省酿造废水处理中对重金属离子的去除效果，对于优化酿造废水处理工艺、提高重金属离子去除效率具有重要的理论和实践价值。

1.2 酿造废水的特点及危害

酿造废水主要来源于原料处理、发酵、蒸馏、灌装等酿造生产过程，其水质特点如下：

- 高浓度有机物：含有大量的糖类、蛋白质、氨基酸等有机物，化学需氧量（COD）和生化需氧量（BOD₅）较高，易导致水体缺氧，影响水生生物生存。

- 富含悬浮物：生产过程中产生的大量谷物残渣、酵母等悬浮物质，使废水浑浊，增加了处理难度。

- 含有重金属离子：在酿造原料、设备腐蚀以及生产过程中可能引入重金属离子，如汞（Hg）、铅（Pb）、镉（Cd）、铬（Cr）等，这些重金属离子具有蓄积性，长期摄入会对人体神经系统、肾脏、肝脏等造成严重损害。

1.3 阳离子聚丙烯酰胺在废水处理中的应用概述

阳离子聚丙烯酰胺是一种线型高分子聚合物，分子链上含有活性较高的阳离子基团，如季铵盐基团等。在水中溶解后，能够与带负电荷的胶体颗粒发生电中和作用，降低颗粒表面电荷，使颗粒间相互碰撞聚集形成较大的絮凝体，从而易于从水中分离。其在废水处理中的主要作用包括：

- 絮凝沉淀：通过电中和和吸附架桥作用，使废水中的悬浮物、胶体颗粒凝聚沉淀，降低水体浊度和悬浮物含量。

- 重金属离子去除：一方面，CPAM 的絮凝作用可以将部分吸附在悬浮物或胶体颗粒表面的重金属离子共同沉淀下来；另一方面，其分子链上的活性基团可能与重金属离子发生螯合作用，形成稳定的螯合物，从而实现对重金属离子的去除。

二、实验材料与方法

2.1 实验水样来源

本实验所用酿造废水取自湖北省[具体酿造企业名称]的排污口。该企业主要生产[白酒/啤酒/黄酒等]，废水来源于酿造过程中的浸泡、发酵、蒸馏、冲洗等环节的混合排水。采集的废水样品装入干净塑料桶中，运回实验室后储存于冰箱中，温度设置为 4℃，以保持水样的稳定性。

2.2 阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）的性质与选型

阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）是一种水溶性高分子聚合物，具有以下性质：

- 外观：白色粉末或颗粒状固体。

- 分子量：一般在数百万至数千万之间，较高的分子量有利于发挥其吸附架桥作用，但分子量过高可能会导致溶解困难和使用不便。本实验选用分子量为[X]万的 CPAM。

- 离子度：阳离子聚丙烯酰胺的离子度是指其分子链上阳离子基团所占的比例，离子度越高，其电中和能力越强。根据酿造废水的性质，本实验选择离子度为[Y]%的 CPAM。

- 水解性：CPAM 在水中会发生一定程度的水解，水解程度会影响其絮凝性能。一般来说，适当的水解有助于提高其对重金属离子的去除效果，但过度水解可能会导致其分子量下降和絮凝性能降低。

2.3 实验仪器与设备

- 电子天平：精度为 0.0001g，用于准确称量 CPAM 和其他化学试剂。

- 磁力搅拌器：用于搅拌水样和 CPAM 溶液，使 CPAM 充分溶解并与水样混合均匀。

- pH 计：用于测量水样的 pH 值，并在实验过程中调节 pH。

- 六联搅拌机：可同时进行多个水样的搅拌实验，精确控制搅拌速度和时间。

- 分光光度计：用于测定水样中重金属离子的浓度，通过选择合适的波长和比色皿，可以准确测量重金属离子的含量。

- 离心机：用于对絮凝后的水样进行固液分离，以便进一步分析沉淀物中的重金属含量。

- 烘箱：用于干燥沉淀物，以便进行后续的称重和分析。

2.4 检测方法

- 重金属离子浓度测定：采用原子吸收光谱法（AAS）或电感耦合等离子体发射光谱法（ICP - OES）测定水样中重金属离子（如 Hg²⁺、Pb²⁺、Cd²⁺、Cr³⁺等）的浓度。在测定前，需要对水样进行适当的预处理，如消解、过滤等，以去除水样中的悬浮物和有机物干扰。

- 絮凝效果评价：通过观察絮凝体的生成情况、沉降速度以及上清液的浊度等指标来评价 CPAM 的絮凝效果。可以使用浊度计测量上清液的浊度，以定量评估絮凝效果的好坏。

2.5 实验步骤

- 水样预处理：取一定体积的酿造废水水样，用稀盐酸或氢氧化钠溶液调节 pH 值至预定值，然后加入适量的混凝剂（如聚合氯化铝等），快速搅拌使其充分混合，进行预混凝处理，以去除水样中的部分悬浮物和有机物，减少对后续 CPAM 絮凝效果的影响。

- CPAM 投加：根据实验设计，准确称取一定量的 CPAM，溶解于少量去离子水中，配制成一定浓度的 CPAM 溶液。然后将 CPAM 溶液缓慢加入到经过预混凝处理的水样中，同时启动磁力搅拌器，以一定的搅拌速度和时间进行搅拌，使 CPAM 与水样充分混合反应。

- 絮凝沉淀：搅拌结束后，停止搅拌，将水样静置沉淀一定时间，使絮凝体充分沉降。然后取上清液，用分光光度计或其他合适的方法测定其中重金属离子的浓度，并记录数据。

- 沉淀物分析：将沉淀后的污泥倒入离心管中，在离心机中以一定的转速离心分离，得到沉淀物。将沉淀物放入烘箱中干燥至恒重，然后称重并分析其中重金属的含量，计算重金属在沉淀物中的富集系数。