摘要：對(duì)氨水中的有機(jī)懸浮物采用聚丙烯酰胺（PAM）進(jìn)行絮凝。通過(guò)絮團(tuán)特征、清液特征、絮團(tuán)聚集程度以及氨水中絮團(tuán)體積的變化率同絮凝時(shí)間的關(guān)系，比較了不同添加量、不同種類的PAM絮凝效果。結(jié)果表明，采用陰離子型聚丙烯酰胺和陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺相結(jié)合的絮凝方式，能較好地絮凝氨水中的有機(jī)懸浮物。較好的絮凝方式是：在140r/min攪拌中，往氨水中加入分子量為1100萬(wàn)、濃度為1‰的陰離子型聚丙烯酰胺15mL/L，攪拌1min；調(diào)轉(zhuǎn)速為60r/min，加入離子度為20%-25%、濃度為1‰的陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺5mL/L，攪拌5min，靜止1h。

某單位排出的氨水中含有大量的懸浮物，經(jīng)分析是一種醇類有機(jī)物。該物質(zhì)不溶于氨水，而是基本均勻地懸浮在氨水中。由于有機(jī)懸浮物太多，該氨水不能使用。只要將有機(jī)懸浮物處理后，把氨水濃度補(bǔ)到規(guī)定濃度，便可直接回用。在去除有機(jī)懸浮物方面，一種比較經(jīng)濟(jì)、方便的方法是絮凝處理。該氨水在回用時(shí)，要求不能引入不宜去除的新的離子。聚丙烯酰胺（PAM）對(duì)水體中懸浮物、油類、有機(jī)膠狀物絮凝效果相當(dāng)好，具有用量少、絮凝速度快及受共存鹽類、pH值、溫度影響小，生成污泥量少，且容易處理等優(yōu)點(diǎn)。采用不同添加量、不同種類的聚丙烯酰胺對(duì)該氨水中有機(jī)懸浮物進(jìn)行了絮凝實(shí)驗(yàn)。

1、實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

GSP-07陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺（分子量≥1200萬(wàn)，離子度≤10%），GSP-405D陰陽(yáng)兩性型聚丙烯酰胺（分子量為1000-1200萬(wàn)，陰離子度為10%，陽(yáng)離子度為15%），陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺（分子量為500-800萬(wàn)，離子度為20%-25%），陰離子型聚丙烯酰胺（分子量為500、600萬(wàn)，離子度≤10%），陰離子型聚丙烯酰胺（分子量為700、800、900萬(wàn)，離子度≤15%-25%），陰離子型聚丙烯酰胺（分子量為1100萬(wàn)，離子度≤25%），陰離子型聚丙烯酰胺（分子量為1200、1400萬(wàn)，離子度≤15%-25%），以上均為工業(yè)品。

JJ-1精密增力電動(dòng)攪拌器；500mL燒杯若干個(gè)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 配制絮凝劑  將PAM配成1‰的水溶液。

1.2.2 絮凝方法  氨水用量每次均為400mL，pH=11.5，溫度為10℃。將一定量的絮凝劑在攪拌中直接加入氨水中，起初轉(zhuǎn)速為140r/min，攪拌1min，隨后調(diào)整轉(zhuǎn)速為60r/min，攪拌5min，靜止1h。

2、結(jié)果與討論

2.1 不同種類PAM對(duì)氨水中有機(jī)懸浮物的絮凝結(jié)果

陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺的離子度為20%-25%，分子量為500-800萬(wàn)，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺的絮凝結(jié)果

PAM用量/mL	絮團(tuán)特征	清液特征	絮團(tuán)聚集程度
4	較小，形成慢	透亮，有少量絮團(tuán)	上浮慢，聚集弱
6	一般	亮，有少量絮團(tuán)	上浮一般，聚集一般
8	較大	比較亮	上浮迅速，聚集緊
10	最大	較亮	上浮更快，絮團(tuán)致密，疏水性更好

由表1可知，PAM加入量越大其絮團(tuán)越大，清液越亮，絮團(tuán)聚集程度越好；當(dāng)加入量為8mL/400mL時(shí)，絮凝效果比較理想，絮凝后水質(zhì)清亮度高，絮團(tuán)的疏水性好，絮團(tuán)的含水率低。缺點(diǎn)是在pH＞11時(shí)，產(chǎn)生絮團(tuán)慢且小，更加致命的弱點(diǎn)是其成本太高，是陰離子型聚丙烯酰胺價(jià)格的2倍。

GSP-07其分子量≥1200萬(wàn)，離子度≤10%；其分子量為500-800萬(wàn)，離子度為20%-25%。以上兩種均屬于陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺，主要是靠電中和作用使負(fù)溶膠凝聚，因此分子量對(duì)絮凝效果影響不大，一般采用低分子量，絮凝效果見(jiàn)表2。

表2 GSP-07和科苑的絮凝效果

PAM		絮團(tuán)特征	清液特征	絮團(tuán)聚集程度
品種	用量/mL
GSP-07	6	較大	略顯渾濁	上浮適中，聚集力相對(duì)弱
科苑	6	較大	清亮	上浮快，聚集力強(qiáng)

由表2可知，離子度越大，絮凝效果越好。

GSP-405D陰陽(yáng)兩性PAM的絮凝效果見(jiàn)表3。

表3 GSP-405D的絮凝效果

GSP-405D用量/mL	絮團(tuán)特征	清液特征	絮團(tuán)聚集程度
1	最小	略顯渾濁	弱，上浮較慢
2	比較小	清亮	一般，上浮慢
3	一般	略顯渾濁	一般，上浮一般
4	大	過(guò)濾后透亮	強(qiáng)，上浮快
7	較大	略顯渾濁	較強(qiáng)，上浮較快
10	最大	渾濁	最強(qiáng)，上浮最快

由表3可知，該種絮凝劑加入量越大其絮團(tuán)越大，上浮越快，聚集力越強(qiáng)，但當(dāng)加入量達(dá)10mL/400mL時(shí)，清液變渾濁；只有加入量為4mL/400mL時(shí)，絮凝后的清液清亮。該絮凝劑本身從電荷上相互抵消，使絮凝效果大打折扣，而且每次要調(diào)出最佳絮凝量比較慢，即照顧了清液亮度的同時(shí)，由于絮團(tuán)太小，在過(guò)濾時(shí)有可能穿濾。

陰離子型聚丙烯酰胺的分子量為500萬(wàn)的絮凝效果見(jiàn)表4。

表4 陰離子型聚丙烯酰胺的絮凝效果

PAM用量/mL	絮團(tuán)特征	清液特征	絮團(tuán)聚集程度
1	較小	清亮	上浮較慢，聚集太弱
2	適中	清亮	上浮適中
4	形成絮團(tuán)快且大	清液較亮	上浮快
6	較大，出現(xiàn)也較快	清亮	上浮較快，聚集也較強(qiáng)
8	更大	略顯渾濁	上浮更強(qiáng)，聚集更強(qiáng)
10	特大	有些渾濁	上浮特快，聚集特強(qiáng)

由表4可知，隨著絮凝劑加入量變大，絮團(tuán)變大，聚集變強(qiáng)；但用量超過(guò)6mL/400mL時(shí)，清液由清亮變成渾濁。因此，絮凝劑的加入量應(yīng)以清液和絮團(tuán)同時(shí)達(dá)到比較好的效果為標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)加入量為6mL/400mL時(shí)，絮團(tuán)較大，清液亮且聚集較強(qiáng)。該種絮凝劑對(duì)中等含量的有機(jī)懸浮物絮凝效果較好，產(chǎn)生絮團(tuán)快且大，聚集也強(qiáng)，更主要的是絮凝成本最低。

以上比較了陽(yáng)離子型、陰陽(yáng)兩性型、陰離子型聚丙烯酰胺對(duì)氨水中有機(jī)懸浮物的絮凝效果。針對(duì)pH＞11的氨水，從形成絮團(tuán)的大小、聚集程度以及清液的亮度方面來(lái)看，陰離子型聚丙烯酰胺的絮凝效果較好。

2.2 不同分子量的陰離子型聚丙烯酰胺的絮凝效果

不同分子量的陰離子型聚丙烯酰胺的絮凝效果見(jiàn)表5。

表5 陰離子型聚丙烯酰胺的絮凝效果

PAM		清液特征
分子量/萬(wàn)	用量/mL
500	2，4，8	很亮
600	2，4，8	較亮
700	2，4，8	較亮
800	2，4，8	較亮
900	2，4，8	次亮
1100	2，4，8	次亮
1200	2，4，8	次亮
1400	2，4，8	較不亮

針對(duì)不同加入量，隨著分子量變大，絮團(tuán)逐步變大，絮團(tuán)聚集力逐漸加強(qiáng)，500萬(wàn)絮團(tuán)最小，1400萬(wàn)絮團(tuán)最大；清液亮度500萬(wàn)最亮，600，700，800萬(wàn)較亮，900-1200萬(wàn)次亮，1400萬(wàn)最不亮；過(guò)濾后的清液，500-1200萬(wàn)亮度差不多，1400萬(wàn)次亮。低分子量絮凝后清液亮，絮團(tuán)??；高分子量絮凝后絮團(tuán)大，清液亮度次之。陰離子型聚丙烯酰胺是依靠粘結(jié)架橋作用使負(fù)溶膠絮凝的，因此要求有足夠高的分子量。一般來(lái)講，分子量越大，絮凝活性越高。但分子量過(guò)高（如表5中分子量>1200萬(wàn)）時(shí)，隨著加入量變大，因其溶解性變差，加多時(shí)影響使用效果。在生產(chǎn)中為了既保證清液的亮度，又要操作方便，對(duì)該氨水選用分子量為1100萬(wàn)的陰離子型PAM比較合適。

2.3 陰離子型聚丙烯酰胺用量對(duì)絮凝效果的影響

絮凝劑的用量將在很大程度上影響絮凝的效果，適合的用量可使溶膠凝結(jié)，不適合的用量反而導(dǎo)致溶膠粒子分散和穩(wěn)定。分子量1100萬(wàn)陰離子型聚丙烯酰胺的用量與絮凝效果的關(guān)系見(jiàn)表6。

表6 陰離子型聚丙烯酰胺的絮凝結(jié)果

聚丙烯酰胺/mL	絮團(tuán)特征	清液特征
2	小且少，出現(xiàn)慢	不亮
4	大量絮團(tuán)	混濁不亮
6	絮團(tuán)大	清亮
8	絮團(tuán)大，且多	較亮
10	絮團(tuán)較小，產(chǎn)生也慢，但絮團(tuán)多	液體更清亮
12	絮團(tuán)較小，產(chǎn)生更慢	不透亮，有些渾濁

由表6可知，當(dāng)加入量為6mL/400mL時(shí)，絮團(tuán)大，清液亮；當(dāng)加入量≥10mL/400mL，因產(chǎn)生膠體保護(hù)作用，凝聚的溶膠重新分散，反而更渾濁了，影響使用效果。

2.4 陰、陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺相結(jié)合的絮凝效果

為了使絮團(tuán)的疏水性變的更好（見(jiàn)圖1），對(duì)陰、陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺做了結(jié)合絮凝實(shí)驗(yàn)。絮凝工藝：在140r/min攪拌下，加入陰離子型聚丙烯酰胺，攪拌1min，漸減到60r/min時(shí)加入陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺，攪拌5min；絮凝劑的加入方式為在液面下1cm處瞬時(shí)用洗耳球擠入。

陰、陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺相結(jié)合的絮凝效果見(jiàn)表7。

表7 陰、陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺相結(jié)合的絮凝效果

陰離子型聚丙烯酰胺		陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺			絮團(tuán)特征	清液特征
分子量/萬(wàn)	用量/mL	分子量/萬(wàn)	離子度/%	用量/mL
500	6	500-800	20-25	1	絮團(tuán)較小，聚集力較弱，絮團(tuán)比較零散	較亮
1100	6		未加入		絮團(tuán)一般，聚集力強(qiáng)，上浮快，絮團(tuán)收縮弱	清亮
1100	6	500-800	20-25	1	絮團(tuán)較大，聚集力較強(qiáng)，上浮較快，絮團(tuán)總體之較小	較清亮
1100	6	500-800	20-25	2	絮團(tuán)較大，聚集力較強(qiáng)，上浮較快，疏水性較好，絮團(tuán)總體積較小	較清亮

由表7可知，陰、陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺相結(jié)合后能同時(shí)兼顧清液的亮度和絮團(tuán)的較好再現(xiàn)方式。當(dāng)陰離子型聚丙烯酰胺（分子量為1100萬(wàn)）加入量為6mL，陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺（分子量為500-800萬(wàn)，離子度為20%-25%）加入量為2mL時(shí)，絮凝效果比較理想。適當(dāng)?shù)脑黾有┻\(yùn)行成本是可以的。加入一定量的陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺，使絮團(tuán)的疏水性更好，絮團(tuán)的含水率更低，絮團(tuán)的聚集性更強(qiáng)，更適合快速的大生產(chǎn)操作。

2.5 不同種類的PAM的絮凝效果

不同種類的PAM對(duì)該氨水中有機(jī)懸浮物的絮凝效果見(jiàn)圖2。

a.陰離子型聚丙烯酰胺（分子量為1100萬(wàn)），加入量為15mL/L，陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺（分子量為500~800萬(wàn)，離子度為20%~25%），加入量為5mL/L；

b.陰離子型聚丙烯酰胺（分子量為1100萬(wàn)），加入量為15mL/L；

c.陰離子型聚丙烯酰胺（分子量為500萬(wàn)），加入量為15mL/L；

d.GSP-405D陰、陽(yáng)兩性離子型聚丙烯酰胺，加入量為10mL/L；

e.陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺（分子量為500~800萬(wàn)，離子度為20%~25%），加入量為15mL/L。

絮團(tuán)體積的變化率=Vt/V0×100%

式中：

Vt—絮凝t分鐘時(shí)絮團(tuán)的體積，mL；

Vo—未絮凝時(shí)絮團(tuán)的初始體積，mL。

由圖2可知，當(dāng)t=20min，Va＜Vb＜Vc＜Vd＜Ve；當(dāng)t=100min，Va＜Vb＜Vc＜Ve＜Vd；由兩式可得出Va最小，說(shuō)明a種組合絮凝方式較理想；當(dāng)t=30-50min，陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺絮凝的絮團(tuán)體積減少幅度較大，此時(shí)極強(qiáng)的疏水性充分顯示出來(lái)；在50min內(nèi)， 每一種絮團(tuán)體積隨時(shí)間延長(zhǎng)均在變??；在50-100min內(nèi)，每一種絮團(tuán)體積基本不變化。當(dāng)絮凝時(shí)間達(dá)到100min時(shí)，絮團(tuán)Va小于初始體積的5%。

3、結(jié)論

采用陰、陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺相結(jié)合的絮凝方式能較好地絮凝氨水中的有機(jī)懸浮物，較好的方式為：將陰離子型聚丙烯酰胺（分子量為1100萬(wàn)，離子度≤25%，濃度為1‰） 在攪拌轉(zhuǎn)速為140r/min時(shí)，每升氨水中瞬時(shí)加入絮凝液15mL，攪拌1min，漸減到轉(zhuǎn)速為60r/min時(shí)，瞬時(shí)加入陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺（分子量為500-800萬(wàn)，離子度為20%-25%，濃度為1‰）5mL/L，攪拌5min，靜止1h。隨后將氨水上面的絮團(tuán)處理掉。