摘要：對氨水中的有機懸浮物采用聚丙烯酰胺（PAM）進行絮凝。通過絮團特征、清液特征、絮團聚集程度以及氨水中絮團體積的變化率同絮凝時間的關(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、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。由于有機懸浮物太多，該氨水不能使用。只要將有機懸浮物處理后，把氨水濃度補到規(guī)定濃度，便可直接回用。在去除有機懸浮物方面，一種比較經(jīng)濟、方便的方法是絮凝處理。該氨水在回用時，要求不能引入不宜去除的新的離子。聚丙烯酰胺（PAM）對水體中懸浮物、油類、有機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。采用不同添加量、不同種類的聚丙烯酰胺對該氨水中有機懸浮物進行了絮凝實驗。
1、實驗部分
1.1 試劑與儀器
GSP-07陽離子型聚丙烯酰胺（分子量≥1200萬，離子度≤10%），GSP-405D陰陽兩性型聚丙烯酰胺（分子量為1000-1200萬，陰離子度為10%，陽離子度為15%），陽離子型聚丙烯酰胺（分子量為500-800萬，離子度為20%-25%），陰離子型聚丙烯酰胺（分子量為500、600萬，離子度≤10%），陰離子型聚丙烯酰胺（分子量為700、800、900萬，離子度≤15%-25%），陰離子型聚丙烯酰胺（分子量為1100萬，離子度≤25%），陰離子型聚丙烯酰胺（分子量為1200、1400萬，離子度≤15%-25%），以上均為工業(yè)品。
JJ-1精密增力電動攪拌器；500mL燒杯若干個。
1.2 實驗方法
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對氨水中有機懸浮物的絮凝結(jié)果
陽離子型聚丙烯酰胺的離子度為20%-25%，分子量為500-800萬，結(jié)果見表1。
表1 陽離子型聚丙烯酰胺的絮凝結(jié)果
| PAM用量/mL | 絮團特征 | 清液特征 | 絮團聚集程度 |
| 4 | 較小，形成慢 | 透亮，有少量絮團 | 上浮慢，聚集弱 |
| 6 | 一般 | 亮，有少量絮團 | 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，絮團致密，疏水性更好 |
由表1可知，PAM加入量越大其絮團越大，清液越亮，絮團聚集程度越好；當(dāng)加入量為8mL/400mL時，絮凝效果比較理想，絮凝后水質(zhì)清亮度高，絮團的疏水性好，絮團的含水率低。缺點是在pH＞11時，產(chǎn)生絮團慢且小，更加致命的弱點是其成本太高，是陰離子型聚丙烯酰胺價格的2倍。
GSP-07其分子量≥1200萬，離子度≤10%；其分子量為500-800萬，離子度為20%-25%。以上兩種均屬于陽離子型聚丙烯酰胺，主要是靠電中和作用使負溶膠凝聚，因此分子量對絮凝效果影響不大，一般采用低分子量，絮凝效果見表2。
表2 GSP-07和科苑的絮凝效果
| PAM | 絮團特征 | 清液特征 | 絮團聚集程度 | |
| 品種 | 用量/mL | |||
| GSP-07 | 6 | 較大 | 略顯渾濁 | 上浮適中，聚集力相對弱 |
| 科苑 | 6 | 較大 | 清亮 | 上浮快，聚集力強 |
由表2可知，離子度越大，絮凝效果越好。
GSP-405D陰陽兩性PAM的絮凝效果見表3。
表3 GSP-405D的絮凝效果
| GSP-405D用量/mL | 絮團特征 | 清液特征 | 絮團聚集程度 |
| 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 | 過濾后透亮 | 強，上浮快 |
| 7 | 較大 | 略顯渾濁 | 較強，上浮較快 |
| 10 | 最大 | 渾濁 | 最強，上浮最快 |
由表3可知，該種絮凝劑加入量越大其絮團越大，上浮越快，聚集力越強，但當(dāng)加入量達10mL/400mL時，清液變渾濁；只有加入量為4mL/400mL時，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，由于絮團太小，在過濾時有可能穿濾。
陰離子型聚丙烯酰胺的分子量為500萬的絮凝效果見表4。
表4 陰離子型聚丙烯酰胺的絮凝效果
| PAM用量/mL | 絮團特征 | 清液特征 | 絮團聚集程度 |
| 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 |
| 8 | 更大 | 略顯渾濁 | 上浮更強，聚集更強 |
| 10 | 特大 | 有些渾濁 | 上浮特快，聚集特強 |
由表4可知，隨著絮凝劑加入量變大，絮團變大，聚集變強；但用量超過6mL/400mL時，清液由清亮變成渾濁。因此，絮凝劑的加入量應(yīng)以清液和絮團同時達到比較好的效果為標準。當(dāng)加入量為6mL/400mL時，絮團較大，清液亮且聚集較強。該種絮凝劑對中等含量的有機懸浮物絮凝效果較好，產(chǎn)生絮團快且大，聚集也強，更主要的是絮凝成本最低。
以上比較了陽離子型、陰陽兩性型、陰離子型聚丙烯酰胺對氨水中有機懸浮物的絮凝效果。針對pH＞11的氨水，從形成絮團的大小、聚集程度以及清液的亮度方面來看，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 | 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 |
針對不同加入量，隨著分子量變大，絮團逐步變大，絮團聚集力逐漸加強，500萬絮團最小，1400萬絮團最大；清液亮度500萬最亮，600，700，800萬較亮，900-1200萬次亮，1400萬最不亮；過濾后的清液，500-1200萬亮度差不多，1400萬次亮。低分子量絮凝后清液亮，絮團?。桓叻肿恿啃跄笮鯃F大，清液亮度次之。陰離子型聚丙烯酰胺是依靠粘結(jié)架橋作用使負溶膠絮凝的，因此要求有足夠高的分子量。一般來講，分子量越大，絮凝活性越高。但分子量過高（如表5中分子量>1200萬）時，隨著加入量變大，因其溶解性變差，加多時影響使用效果。在生產(chǎn)中為了既保證清液的亮度，又要操作方便，對該氨水選用分子量為1100萬的陰離子型PAM比較合適。
2.3 陰離子型聚丙烯酰胺用量對絮凝效果的影響
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1100萬陰離子型聚丙烯酰胺的用量與絮凝效果的關(guān)系見表6。
表6 陰離子型聚丙烯酰胺的絮凝結(jié)果
| 聚丙烯酰胺/mL | 絮團特征 | 清液特征 |
| 2 | 小且少，出現(xiàn)慢 | 不亮 |
| 4 | 大量絮團 | 混濁不亮 |
| 6 | 絮團大 | 清亮 |
| 8 | 絮團大，且多 | 較亮 |
| 10 | 絮團較小，產(chǎn)生也慢，但絮團多 | 液體更清亮 |
| 12 | 絮團較小，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，絮團大，清液亮；當(dāng)加入量≥10mL/400mL，因產(chǎn)生膠體保護作用，凝聚的溶膠重新分散，反而更渾濁了，影響使用效果。
2.4 陰、陽離子型聚丙烯酰胺相結(jié)合的絮凝效果
為了使絮團的疏水性變的更好（見圖1），對陰、陽離子型聚丙烯酰胺做了結(jié)合絮凝實驗。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時加入陽離子型聚丙烯酰胺，攪拌5min；絮凝劑的加入方式為在液面下1cm處瞬時用洗耳球擠入。
陰、陽離子型聚丙烯酰胺相結(jié)合的絮凝效果見表7。
表7 陰、陽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 | 陽離子型聚丙烯酰胺 | 絮團特征 | 清液特征 | |||
| 分子量/萬 | 用量/mL | 分子量/萬 | 離子度/% | 用量/mL | ||
| 500 | 6 | 500-800 | 20-25 | 1 | 絮團較小，聚集力較弱，絮團比較零散 | 較亮 |
| 1100 | 6 | 未加入 | 絮團一般，聚集力強，上浮快，絮團收縮弱 | 清亮 | ||
| 1100 | 6 | 500-800 | 20-25 | 1 | 絮團較大，聚集力較強，上浮較快，絮團總體之較小 | 較清亮 |
| 1100 | 6 | 500-800 | 20-25 | 2 | 絮團較大，聚集力較強，上浮較快，疏水性較好，絮團總體積較小 | 較清亮 |
由表7可知，陰、陽離子型聚丙烯酰胺相結(jié)合后能同時兼顧清液的亮度和絮團的較好再現(xiàn)方式。當(dāng)陰離子型聚丙烯酰胺（分子量為1100萬）加入量為6mL，陽離子型聚丙烯酰胺（分子量為500-800萬，離子度為20%-25%）加入量為2mL時，絮凝效果比較理想。適當(dāng)?shù)脑黾有┻\行成本是可以的。加入一定量的陽離子型聚丙烯酰胺，使絮團的疏水性更好，絮團的含水率更低，絮團的聚集性更強，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對該氨水中有機懸浮物的絮凝效果見圖2。
a.陰離子型聚丙烯酰胺（分子量為1100萬），加入量為15mL/L，陽離子型聚丙烯酰胺（分子量為500~800萬，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），加入量為15mL/L；
c.陰離子型聚丙烯酰胺（分子量為500萬），加入量為15mL/L；
d.GSP-405D陰、陽兩性離子型聚丙烯酰胺，加入量為10mL/L；
e.陽離子型聚丙烯酰胺（分子量為500~800萬，離子度為20%~25%），加入量為15mL/L。
絮團體積的變化率=Vt/V0×100%
式中：
Vt—絮凝t分鐘時絮團的體積，mL；
Vo—未絮凝時絮團的初始體積，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，說明a種組合絮凝方式較理想；當(dāng)t=30-50min，陽離子型聚丙烯酰胺絮凝的絮團體積減少幅度較大，此時極強的疏水性充分顯示出來；在50min內(nèi)， 每一種絮團體積隨時間延長均在變?。辉?0-100min內(nèi)，每一種絮團體積基本不變化。當(dāng)絮凝時間達到100min時，絮團Va小于初始體積的5%。
3、結(jié)論
采用陰、陽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，離子度≤25%，濃度為1‰） 在攪拌轉(zhuǎn)速為140r/min時，每升氨水中瞬時加入絮凝液15mL，攪拌1min，漸減到轉(zhuǎn)速為60r/min時，瞬時加入陽離子型聚丙烯酰胺（分子量為500-800萬，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處理掉。
