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系，比較了不同添加量、不同種類的PAM絮凝效果。結果表明，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；調轉速為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，經分析是一種醇類有機物。該物質不溶于氨水，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，把氨水濃度補到規定濃度，便可直接回用。在去除有機懸浮物方面，一種比較經濟、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，起初轉速為140r/min，攪拌1min，隨后調整轉速為60r/min，攪拌5min，靜止1h。
2、結果與討論
2.1 不同種類PAM對氨水中有機懸浮物的絮凝結果
陽離子型聚丙烯酰胺的離子度為20%-25%，分子量為500-800萬，結果見表1。
表1 陽離子型聚丙烯酰胺的絮凝結果
| 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；當加入量為8mL/400mL時，絮凝效果比較理想，絮凝后水質清亮度高，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，絮凝劑的加入量應以清液和絮團同時達到比較好的效果為標準。當加入量為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??；高分子量絮凝后絮團大，清液亮度次之。陰離子型聚丙烯酰胺是依靠粘結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，不適合的用量反而導致溶膠粒子分散和穩定。分子量1100萬陰離子型聚丙烯酰胺的用量與絮凝效果的關系見表6。
表6 陰離子型聚丙烯酰胺的絮凝結果
| 聚丙烯酰胺/mL | 絮團特征 | 清液特征 |
| 2 | 小且少，出現慢 | 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，產生也慢，但絮團多 | 液體更清亮 |
| 12 | 絮團較小，產生更慢 | 不透亮，有些渾濁 |
由表6可知，當加入量為6mL/400mL時，絮團大，清液亮；當加入量≥10mL/400mL，因產生膠體保護作用，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合的絮凝效果見表7。
表7 陰、陽離子型聚丙烯酰胺相結合的絮凝效果
| 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合后能同時兼顧清液的亮度和絮團的較好再現方式。當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。適當的增加些運行成本是可以的。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t=20min，Va＜Vb＜Vc＜Vd＜Ve；當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， 每一種絮團體積隨時間延長均在變小；在50-100min內，每一種絮團體積基本不變化。當絮凝時間達到100min時，絮團Va小于初始體積的5%。
3、結論
采用陰、陽離子型聚丙烯酰胺相結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。
