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技术知识

聚丙烯酰胺对氨水中有机悬浮物絮凝作用的研究

时间:2021-06-21 09:04:06点击:0

摘要:对氨水中的有机悬浮物采用聚丙烯酰胺(PAM)进行絮凝。通过絮团特征、清液特征、絮团聚集程度以及氨水中絮团体积的变化率同絮凝时间的关系,比较了不同添加量、不同种类的PAM絮凝效果。结果表明,采用阴离子型聚丙烯酰胺和阳离子型聚丙烯酰胺相结合的絮凝方式,能较好地絮凝氨水中的有机悬浮物。较好的絮凝方式是:在140r/min搅拌中,往氨水中加入分子量为1100万、浓度为1‰的阴离子型聚丙烯酰胺15mL/L,搅拌1min;调转速为60r/min,加入离子度为20%-25%、浓度为1‰的阳离子型聚丙烯酰胺5mL/L,搅拌5min,静止1h。

某单位排出的氨水中含有大量的悬浮物,经分析是一种醇类有机物。该物质不溶于氨水,而是基本均匀地悬浮在氨水中。由于有机悬浮物太多,该氨水不能使用。只要将有机悬浮物处理后,把氨水浓度补到规定浓度,便可直接回用。在去除有机悬浮物方面,一种比较经济、方便的方法是絮凝处理。该氨水在回用时,要求不能引入不宜去除的新的离子。聚丙烯酰胺(PAM)对水体中悬浮物、油类、有机胶状物絮凝效果相当好,具有用量少、絮凝速度快及受共存盐类、pH值、温度影响小,生成污泥量少,且容易处理等优点。采用不同添加量、不同种类的聚丙烯酰胺对该氨水中有机悬浮物进行了絮凝实验。

1、实验部分

1.1 试剂与仪器

GSP-07阳离子型聚丙烯酰胺(分子量≥1200万,离子度≤10%),GSP-405D阴阳两性型聚丙烯酰胺(分子量为1000-1200万,阴离子度为10%,阳离子度为15%),阳离子型聚丙烯酰胺(分子量为500-800万,离子度为20%-25%),阴离子型聚丙烯酰胺(分子量为500、600万,离子度≤10%),阴离子型聚丙烯酰胺(分子量为700、800、900万,离子度≤15%-25%),阴离子型聚丙烯酰胺(分子量为1100万,离子度≤25%),阴离子型聚丙烯酰胺(分子量为1200、1400万,离子度≤15%-25%),以上均为工业品。

JJ-1精密增力电动搅拌器;500mL烧杯若干个。

1.2 实验方法

1.2.1 配制絮凝剂  将PAM配成1‰的水溶液。

1.2.2 絮凝方法  氨水用量每次均为400mL,pH=11.5,温度为10℃。将一定量的絮凝剂在搅拌中直接加入氨水中,起初转速为140r/min,搅拌1min,随后调整转速为60r/min,搅拌5min,静止1h。

2、结果与讨论

2.1 不同种类PAM对氨水中有机悬浮物的絮凝结果

阳离子型聚丙烯酰胺的离子度为20%-25%,分子量为500-800万,结果见表1。

表1 阳离子型聚丙烯酰胺的絮凝结果

PAM用量/mL 絮团特征 清液特征 絮团聚集程度
4 较小,形成慢 透亮,有少量絮团 上浮慢,聚集弱
6 一般 亮,有少量絮团 上浮一般,聚集一般
8 较大 比较亮 上浮迅速,聚集紧
10 最大 较亮 上浮更快,絮团致密,疏水性更好

由表1可知,PAM加入量越大其絮团越大,清液越亮,絮团聚集程度越好;当加入量为8mL/400mL时,絮凝效果比较理想,絮凝后水质清亮度高,絮团的疏水性好,絮团的含水率低。缺点是在pH>11时,产生絮团慢且小,更加致命的弱点是其成本太高,是阴离子型聚丙烯酰胺价格的2倍。

GSP-07其分子量≥1200万,离子度≤10%;其分子量为500-800万,离子度为20%-25%。以上两种均属于阳离子型聚丙烯酰胺,主要是靠电中和作用使负溶胶凝聚,因此分子量对絮凝效果影响不大,一般采用低分子量,絮凝效果见表2。

表2 GSP-07和科苑的絮凝效果

PAM 絮团特征 清液特征 絮团聚集程度
品种 用量/mL
GSP-07 6 较大 略显浑浊 上浮适中,聚集力相对弱
科苑 6 较大 清亮 上浮快,聚集力强

由表2可知,离子度越大,絮凝效果越好。

GSP-405D阴阳两性PAM的絮凝效果见表3。

表3 GSP-405D的絮凝效果

GSP-405D用量/mL 絮团特征 清液特征 絮团聚集程度
1 最小 略显浑浊 弱,上浮较慢
2 比较小 清亮 一般,上浮慢
3 一般 略显浑浊 一般,上浮一般
4 过滤后透亮 强,上浮快
7 较大 略显浑浊 较强,上浮较快
10 最大 浑浊 最强,上浮最快

由表3可知,该种絮凝剂加入量越大其絮团越大,上浮越快,聚集力越强,但当加入量达10mL/400mL时,清液变浑浊;只有加入量为4mL/400mL时,絮凝后的清液清亮。该絮凝剂本身从电荷上相互抵消,使絮凝效果大打折扣,而且每次要调出最佳絮凝量比较慢,即照顾了清液亮度的同时,由于絮团太小,在过滤时有可能穿滤。

阴离子型聚丙烯酰胺的分子量为500万的絮凝效果见表4。

表4 阴离子型聚丙烯酰胺的絮凝效果

PAM用量/mL 絮团特征 清液特征 絮团聚集程度
1 较小 清亮 上浮较慢,聚集太弱
2 适中 清亮 上浮适中
4 形成絮团快且大 清液较亮 上浮快
6 较大,出现也较快 清亮 上浮较快,聚集也较强
8 更大 略显浑浊 上浮更强,聚集更强
10 特大 有些浑浊 上浮特快,聚集特强

由表4可知,随着絮凝剂加入量变大,絮团变大,聚集变强;但用量超过6mL/400mL时,清液由清亮变成浑浊。因此,絮凝剂的加入量应以清液和絮团同时达到比较好的效果为标准。当加入量为6mL/400mL时,絮团较大,清液亮且聚集较强。该种絮凝剂对中等含量的有机悬浮物絮凝效果较好,产生絮团快且大,聚集也强,更主要的是絮凝成本最低。

以上比较了阳离子型、阴阳两性型、阴离子型聚丙烯酰胺对氨水中有机悬浮物的絮凝效果。针对pH>11的氨水,从形成絮团的大小、聚集程度以及清液的亮度方面来看,阴离子型聚丙烯酰胺的絮凝效果较好。

2.2 不同分子量的阴离子型聚丙烯酰胺的絮凝效果

不同分子量的阴离子型聚丙烯酰胺的絮凝效果见表5。

表5 阴离子型聚丙烯酰胺的絮凝效果

PAM 清液特征
分子量/万 用量/mL
500 2,4,8 很亮
600 2,4,8 较亮
700 2,4,8 较亮
800 2,4,8 较亮
900 2,4,8 次亮
1100 2,4,8 次亮
1200 2,4,8 次亮
1400 2,4,8 较不亮

针对不同加入量,随着分子量变大,絮团逐步变大,絮团聚集力逐渐加强,500万絮团最小,1400万絮团最大;清液亮度500万最亮,600,700,800万较亮,900-1200万次亮,1400万最不亮;过滤后的清液,500-1200万亮度差不多,1400万次亮。低分子量絮凝后清液亮,絮团小;高分子量絮凝后絮团大,清液亮度次之。阴离子型聚丙烯酰胺是依靠粘结架桥作用使负溶胶絮凝的,因此要求有足够高的分子量。一般来讲,分子量越大,絮凝活性越高。但分子量过高(如表5中分子量>1200万)时,随着加入量变大,因其溶解性变差,加多时影响使用效果。在生产中为了既保证清液的亮度,又要操作方便,对该氨水选用分子量为1100万的阴离子型PAM比较合适。

2.3 阴离子型聚丙烯酰胺用量对絮凝效果的影响

絮凝剂的用量将在很大程度上影响絮凝的效果,适合的用量可使溶胶凝结,不适合的用量反而导致溶胶粒子分散和稳定。分子量1100万阴离子型聚丙烯酰胺的用量与絮凝效果的关系见表6。

表6 阴离子型聚丙烯酰胺的絮凝结果

聚丙烯酰胺/mL 絮团特征 清液特征
2 小且少,出现慢 不亮
4 大量絮团 混浊不亮
6 絮团大 清亮
8 絮团大,且多 较亮
10 絮团较小,产生也慢,但絮团多 液体更清亮
12 絮团较小,产生更慢 不透亮,有些浑浊

由表6可知,当加入量为6mL/400mL时,絮团大,清液亮;当加入量≥10mL/400mL,因产生胶体保护作用,凝聚的溶胶重新分散,反而更浑浊了,影响使用效果。

2.4 阴、阳离子型聚丙烯酰胺相结合的絮凝效果

为了使絮团的疏水性变的更好(见图1),对阴、阳离子型聚丙烯酰胺做了结合絮凝实验。絮凝工艺:在140r/min搅拌下,加入阴离子型聚丙烯酰胺,搅拌1min,渐减到60r/min时加入阳离子型聚丙烯酰胺,搅拌5min;絮凝剂的加入方式为在液面下1cm处瞬时用洗耳球挤入。

图1 加入添加剂改善絮体形态的过程

阴、阳离子型聚丙烯酰胺相结合的絮凝效果见表7。

表7 阴、阳离子型聚丙烯酰胺相结合的絮凝效果

阴离子型聚丙烯酰胺 阳离子型聚丙烯酰胺 絮团特征 清液特征
分子量/万 用量/mL 分子量/万 离子度/% 用量/mL
500 6 500-800 20-25 1 絮团较小,聚集力较弱,絮团比较零散 较亮
1100 6   未加入   絮团一般,聚集力强,上浮快,絮团收缩弱 清亮
1100 6 500-800 20-25 1 絮团较大,聚集力较强,上浮较快,絮团总体之较小 较清亮
1100 6 500-800 20-25 2 絮团较大,聚集力较强,上浮较快,疏水性较好,絮团总体积较小 较清亮

由表7可知,阴、阳离子型聚丙烯酰胺相结合后能同时兼顾清液的亮度和絮团的较好再现方式。当阴离子型聚丙烯酰胺(分子量为1100万)加入量为6mL,阳离子型聚丙烯酰胺(分子量为500-800万,离子度为20%-25%)加入量为2mL时,絮凝效果比较理想。适当的增加些运行成本是可以的。加入一定量的阳离子型聚丙烯酰胺,使絮团的疏水性更好,絮团的含水率更低,絮团的聚集性更强,更适合快速的大生产操作。

2.5 不同种类的PAM的絮凝效果

不同种类的PAM对该氨水中有机悬浮物的絮凝效果见图2。

图2 絮团体积的变化率随絮凝时间的关系曲线

a.阴离子型聚丙烯酰胺(分子量为1100万),加入量为15mL/L,阳离子型聚丙烯酰胺(分子量为500~800万,离子度为20%~25%),加入量为5mL/L;

b.阴离子型聚丙烯酰胺(分子量为1100万),加入量为15mL/L;

c.阴离子型聚丙烯酰胺(分子量为500万),加入量为15mL/L;

d.GSP-405D阴、阳两性离子型聚丙烯酰胺,加入量为10mL/L;

e.阳离子型聚丙烯酰胺(分子量为500~800万,离子度为20%~25%),加入量为15mL/L。

絮团体积的变化率=Vt/V0×100%

式中:

Vt—絮凝t分钟时絮团的体积,mL;

Vo—未絮凝时絮团的初始体积,mL。

由图2可知,当t=20min,Va<Vb<Vc<Vd<Ve;当t=100min,Va<Vb<Vc<Ve<Vd;由两式可得出Va最小,说明a种组合絮凝方式较理想;当t=30-50min,阳离子型聚丙烯酰胺絮凝的絮团体积减少幅度较大,此时极强的疏水性充分显示出来;在50min内, 每一种絮团体积随时间延长均在变小;在50-100min内,每一种絮团体积基本不变化。当絮凝时间达到100min时,絮团Va小于初始体积的5%。

3、结论

采用阴、阳离子型聚丙烯酰胺相结合的絮凝方式能较好地絮凝氨水中的有机悬浮物,较好的方式为:将阴离子型聚丙烯酰胺(分子量为1100万,离子度≤25%,浓度为1‰) 在搅拌转速为140r/min时,每升氨水中瞬时加入絮凝液15mL,搅拌1min,渐减到转速为60r/min时,瞬时加入阳离子型聚丙烯酰胺(分子量为500-800万,离子度为20%-25%,浓度为1‰)5mL/L,搅拌5min,静止1h。随后将氨水上面的絮团处理掉。