選煤廠在煤泥水澄清處理中，大多使用陰離子型聚丙烯酰胺作為絮凝劑。對(duì)于不同的煤泥水，使用何種類型的聚丙烯酰胺較佳，其分子量如何影響絮凝效果，不同的研究者有不同的結(jié)論。但由于市場(chǎng)上除陰離子外的其他類型聚丙烯酰胺很少有商品規(guī)模產(chǎn)品，這方面的研究也不多。該研究采用uv聚合法實(shí)驗(yàn)室合成了非離子、陰離子和陽(yáng)離子等類型的聚丙烯酰胺，探討了不同類型的聚丙烯酰胺對(duì)煤泥水的絮凝效果與作用機(jī)理。
1 聚丙烯酰胺類型簡(jiǎn)介
聚丙烯酰胺按其側(cè)鏈所帶的官能團(tuán)的不同可分為非離子、陰離子和陽(yáng)離子等類型。
聚丙烯酰胺的酰胺基可與許多物質(zhì)親和、吸附形成氫鍵。高分子量的聚丙烯酰胺在被吸附的粒子間形成橋聯(lián)，使數(shù)個(gè)甚至數(shù)十個(gè)粒子連在一起，生成絮團(tuán)，加速粒子下沉，這使它成為理想的絮凝劑。陰離子型和陽(yáng)離子型除了有以上作用外，還能同水中的膠體粒子或離子發(fā)生吸附、架橋及電性中和作用，形成較大的絮凝物，使懸浮物沉降或浮上，從而達(dá)到凈化水的目的。聚丙烯酰胺的類型不同，其作用機(jī)理、絮凝效果及適宜的絮凝對(duì)象也不同。
2 實(shí)驗(yàn)部分
2.1 儀器與試樣
采用581-G型光電比色計(jì)、電熱恒溫真空干燥箱、加熱磁力攪拌器、恒溫水浴裝置等。
試驗(yàn)用煤泥水樣分別采自望峰崗選煤廠原生煤泥和浮選尾煤，其粒度組成和灰分見(jiàn)表1。該煤樣的特點(diǎn)是原生煤泥粒度大，灰分低，而浮選尾煤則粒度細(xì)，灰分高。
表1 煤泥粒度組成與灰分含量
| 煤樣號(hào)及名稱 | 粒度組成/μm | 灰分 | |||
| 500-200 | 200-125 | 125-75 | ≤75 | ||
| 原生煤泥（1） | 27.51 | 26.36 | 11.32 | 34.81 | 22.32 |
| 浮選尾煤（2） | 5.80 | 22.30 | 25.40 | 46.50 | 68.59 |
絮凝劑采用光引發(fā)聚合技術(shù)合成不同分子量、不同水解度和不同陽(yáng)離子度的聚丙烯酰胺。對(duì)合成的3種性質(zhì)的聚丙烯酰胺，通過(guò)測(cè)定其特性粘數(shù)來(lái)表征其分子量，以水解度代表陰離子特性，用陽(yáng)離子度表征陽(yáng)離子性質(zhì)。特性粘數(shù)及水解度分別按GB12005.1-89和GB12005.6-89方法測(cè)定陽(yáng)離子度用采用提純AgNO3滴定法測(cè)定。
2.2 絮凝性能檢測(cè)
加入一定量的聚丙烯酰胺絮凝劑后，測(cè)定煤泥水上層清液清晰界面沉降200mm時(shí)所需時(shí)間和絮凝澄清后上層清液的透光率，來(lái)比較絮凝劑的作用效果，沉降時(shí)間越短，透光率越大，澄清沉降效果越好。為使問(wèn)題簡(jiǎn)化，采用一定時(shí)間煤泥水絮凝澄清后的上層清液的透光率，來(lái)比較絮凝作用效果。
采用單因素試驗(yàn)，操作步驟：取500ml煤泥水試樣裝入量筒中，加入一定量的藥劑，并雙向翻轉(zhuǎn)量筒10回合后靜置，用秒表測(cè)定上清液清晰界面沉降200mm時(shí)所需時(shí)間，換算成沉降速度；用光電比色計(jì)測(cè)上清液的透光率(澄清度)。
為了比較3種類型絮凝劑的絮凝效果，固定的試驗(yàn)條件為：煤泥水濃度50g/L，聚丙烯酰胺絮凝劑用量為10g/m3。
3 結(jié)果討論
3.1 聚丙烯酰胺分子量對(duì)絮凝效果的影響
在合成非離子型聚丙烯酰胺時(shí)，控制條件合成了不同分子量的聚丙烯酰胺，其分子量分別為400萬(wàn)、600萬(wàn)、800萬(wàn)、1000萬(wàn)、1200萬(wàn)。
從結(jié)果可見(jiàn)，非離子型聚丙烯酰胺的絮凝效果（透光率）與其分子量有關(guān)，隨分子量加大，對(duì)煤泥水的絮凝效果漸好。這是由于聚丙烯酰胺的酰胺基與煤泥粒子親和、吸附形成氫鍵，同時(shí)高分子鏈在被吸附的粒子間形成橋聯(lián)，因而非離子型聚丙烯酰胺的絮凝效果主要取決于聚丙烯酰胺的分子量。但由于聚丙烯酰胺的溶解性隨分子量的加大而降低，當(dāng)分子量大于600萬(wàn)后，絮凝效果增加趨緩，大于800萬(wàn)以后增加不明顯。一般認(rèn)為，用于煤泥水處理的聚丙烯酰胺絮凝劑，其分子量為800萬(wàn)左右比較合適。
從對(duì)2種煤泥水的絮凝效果看，對(duì)粒度大、灰分低的原生煤泥沉降效果較好，而對(duì)粒度細(xì)灰分高的浮選尾煤絮凝效果稍差，但差別很小，這種差別主要是煤泥的粒度特性造成的。可以認(rèn)為，非離子型的聚丙烯酰胺對(duì)不同性能的煤泥水沒(méi)有選擇性或選擇性很小。
3.2 聚丙烯酰胺的陰離子度與絮凝效果
選取分子量在800萬(wàn)左右的聚丙烯酰胺為原料，改變介質(zhì)的ph值，制備了陰離子度在10%~50%的一系列陰離子型聚丙烯酰胺。
可以看出，聚丙烯酰胺的陰離子度影響絮凝效果，煤泥水的透光率隨陰離子度加大而提高，在陰離子度為30%時(shí)達(dá)到較大值，然后又隨陰離子度的進(jìn)一步提高而減小。陰離子型聚丙烯酰胺對(duì)煤泥的沉降除了高分子絮凝作用外，還發(fā)生離子吸附、架橋及電性中和作用，當(dāng)陰離子度在30%時(shí)，這幾種作用疊加，達(dá)到絮凝效果好。因而用于煤泥水處理的聚丙烯酰胺陰離子度控制在30%左右為宜。2種不同性能煤泥水的絮凝效果差別很小，與非離子型的效果類似，均是對(duì)粒度大、灰分低的原生煤泥的絮凝效果好于粒度細(xì)、灰分高的浮選尾煤。
3.3 陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺的絮凝效果
陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺的合成有一定難度，而且價(jià)格高，一般用于膠體含量高、色度大的廢水處理，很少用于煤泥水沉降。采用光引發(fā)聚合法合成了分子量在700萬(wàn)左右，陽(yáng)離子度為5% ~25%的一系列陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺對(duì)煤泥水的絮凝效果如圖2c所示。陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺對(duì)2種煤泥水的絮凝效果差別較大，對(duì)粒度細(xì)灰分高的浮選尾煤絮凝效果好于粒度大灰分低的原生煤泥，這是由于粒度細(xì)灰分高的浮選尾煤中富含高嶺土等硅酸鹽類膠體粒子，該類膠體粒子表面帶有較強(qiáng)的負(fù)電荷。這時(shí)，聚丙烯酰胺的作用除了前面討論的吸附、架橋和絮凝外，電性中和起了主要作用。因而陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺適合處理粒度細(xì)、灰分高的浮選尾煤。陽(yáng)離子度在10% ~20%時(shí)絮凝效果好，陽(yáng)離子度進(jìn)一步提高，其高密度電荷的干擾使其架橋和絮凝作用降低，而且高陽(yáng)離子度的聚丙烯酰胺合成困難。一般情況下， 聚丙烯酰胺的陽(yáng)離子度在5%~10%即可。
3.4 3種類型聚丙烯酰胺的累凝效果比較
在以上試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取了3種聚丙烯酰胺中絮凝效果較好的樣品，進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，3種聚丙烯酰胺對(duì)煤泥水的絮凝效果如圖3所示。對(duì)粒度大、灰分低的原生煤泥，陰離子型聚丙烯酰胺的絮凝效果好，透光率達(dá)90%，其次是陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺，透光率為83%，均能滿足煤泥水處理要求。而對(duì)粒度細(xì)、灰分高的浮選尾煤而言，陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺絮凝效果好，透光率為93%，陰離子型聚丙烯酰胺稍差，為88%，也完全達(dá)到了煤泥水處理的要求。非離子型聚丙烯酰胺對(duì)2種煤泥的絮凝效果都較差，分別為78%和72%，一般不提倡單獨(dú)使用非離子型聚丙烯酰胺作為煤泥水處理劑。
4 結(jié)語(yǔ)
不同類型的聚丙烯酰胺，其累凝效果有差別。對(duì)煤泥水處理而言，聚丙烯酰胺的分子量為800萬(wàn)左右比較合適，同時(shí)要考慮煤泥水的性質(zhì)，選擇不同類型的聚丙烯酰胺，調(diào)整其陰離子度或陽(yáng)離子度。在選煤廠，一般情況下采用陰離子型聚丙烯酰胺絮凝劑即可達(dá)到要求，但對(duì)灰分高、粒度細(xì)的難沉降煤泥水，適宜采用陽(yáng)離子型的聚丙烯酰胺作為絮凝劑。
