摘要：本研究聚焦于山西地区酿造行业产生的废水中重金属离子污染问题，探讨了采用聚丙烯酰胺钾盐作为絮凝剂对其进行脱除的技术可行性与效果。通过实验分析了不同因素对重金属离子去除率的影响，旨在为该类废水的有效处理提供科学依据和实践指导，以实现水资源的循环利用并减少环境污染。文章详细介绍了实验材料、方法、结果及讨论，揭示了聚丙烯酰胺钾盐在处理酿造废水中的独特优势和应用潜力。

一、引言

山西作为我国重要的酿造产业基地之一，其生产过程中产生大量的高浓度有机废水，其中含有多种重金属离子如铅、镉、汞等。这些重金属离子若未经有效处理直接排放，将对水体环境造成严重危害，影响水生生物的生存繁衍，并通过食物链富集作用威胁人类健康。传统的废水处理方法在应对复杂成分的酿造废水时往往存在局限性，因此寻找一种高效、低成本且环境友好的新型处理技术具有迫切的现实意义。聚丙烯酰胺钾盐作为一种高性能的水溶性高分子聚合物，具有良好的絮凝性能和吸附能力，有望在酿造废水重金属离子脱除方面发挥重要作用。

二、实验部分

（一）实验材料与仪器

1. 实验材料

- 采集自山西某大型酿造企业的生产废水，经预处理后作为实验原水样。该水样中含有一定量的铅（Pb²⁺）、镉（Cd²⁺）、汞（Hg²⁺）等重金属离子以及其他有机物杂质。

- 聚丙烯酰胺钾盐（PAM-K），分析纯，购自上海某化工试剂公司。

- 氢氧化钠（NaOH）、盐酸（HCl）等化学试剂均为市售优级纯产品，用于调节水样的pH值。

2. 实验仪器

- 恒温磁力搅拌器：用于控制反应过程中的温度和搅拌速度，确保药剂与废水充分混合。

- pH计：精确测量水样的酸碱度，以便准确调整pH值至适宜范围。

- 原子吸收分光光度计：定量测定水样中重金属离子的含量，评估脱除效果。

- 离心机：分离絮体沉淀与上清液，获取澄清的处理后水样进行分析。

（二）实验方法

1. 单因素实验设计

设定不同的聚丙烯酰胺钾盐投加量（从低到高设置多个梯度）、反应时间（如10min、20min、30min等）、pH值条件（酸性、中性、碱性），分别考察各因素对重金属离子去除率的影响规律。每次改变一个因素，保持其他因素不变，进行平行实验以确保数据的可靠性。

2. 正交实验优化工艺参数

基于单因素实验结果，选取对重金属离子去除率有显著影响的三个主要因素（投加量、反应时间、pH值），采用L9(3⁴)正交表安排实验方案，进一步优化工艺组合，确定最佳操作条件。

3. 分析测试方法

取适量经过处理后的水样，用原子吸收分光光度计按照标准曲线法测定其中铅、镉、汞等重金属离子的剩余浓度，计算相应的去除率。同时观察絮体的形态、大小及沉降性能等指标，综合评价处理效果。

三、结果与讨论

（一）单因素实验结果分析

1. 投加量的影响

随着聚丙烯酰胺钾盐投加量的增加，重金属离子去除率先迅速上升，当达到某一临界值后趋于平缓甚至略有下降。这是因为适量的PAM-K能够充分与废水中的胶体颗粒和悬浮物结合形成较大的絮体，有利于重金属离子被包裹其中一起沉降；但过量加入会导致絮体过于松散或电荷失衡，反而降低了絮凝效果。例如，对于铅离子而言，当投加量为X mg/L时，去除率达到最大值Y%。

2. 反应时间的影响

在一定范围内延长反应时间可以提高重金属离子的去除率，但超过一定时限后提升幅度变小。较短的反应时间内，药剂尚未完全发挥作用，部分重金属离子未来得及参与絮凝过程；而随着时间的延长，体系逐渐达到平衡状态，继续增加反应时间对去除率的贡献有限。以镉离子为例，反应时间为Z min时，去除效果较好且较为经济合理。

3. pH值的影响

不同pH值条件下，聚丙烯酰胺钾盐分子链上的官能团解离程度不同，从而影响其与重金属离子的作用方式和效果。一般而言，在弱碱性环境下，PAM-K的絮凝性能更佳，更有利于重金属离子的形成氢氧化物沉淀而被去除。如汞离子在pH值为W时，去除率较高。

（二）正交实验结果分析

通过对正交实验数据的直观分析和方差分析可知，各因素对重金属离子去除率的影响顺序为：投加量 > pH值 > 反应时间。根据水平组合确定了最佳的工艺条件为：投加量A mg/L、pH值B、反应时间C min。在此条件下进行了验证实验，结果表明三种重金属离子的平均去除率均达到了较高水平，分别为铅离子去除率M%、镉离子去除率N%、汞离子去除率O%，总去除效果显著优于单一因素下的实验结果。

（三）作用机理探讨

聚丙烯酰胺钾盐对酿造废水中重金属离子的脱除作用主要包括以下几个方面：一是其长链结构可以吸附废水中的细小颗粒和胶体物质，使它们聚集成较大的絮体；二是分子链上的羧基等活性基团能够与重金属离子发生配位络合反应，将重金属离子固定在絮体内部；三是在合适的pH值条件下，部分重金属离子会水解生成氢氧化物沉淀，而PAM-K的存在有助于这些沉淀的形成和稳定，进一步提高了重金属离子的去除效率。此外，絮体的卷扫网捕作用也不容忽视，它可以携带更多的微小颗粒一同沉降，增强了整体的处理效果。

四、结论

本研究表明，基于聚丙烯酰胺钾盐的脱除技术对山西酿造废水中的重金属离子具有良好的去除效果。通过单因素实验和正交实验优化了工艺参数，确定了最佳操作条件，在该条件下三种主要重金属离子的平均去除率较高。该技术具有药剂用量少、处理成本低、操作简便等优点，同时产生的絮体易于后续处置，不会对环境造成二次污染。然而，实际应用中还需考虑废水水质波动、大规模连续运行的稳定性等问题。未来研究可进一步探索与其他处理方法联用的可能性，以提高整个工艺的效率和经济性，为山西乃至全国酿造行业的废水治理提供新的解决方案。