田云福

（西山煤電（集團(tuán)）有限責(zé)任公司環(huán)保綠化分公司，山西 太原 030053）

引言

礦井水處理通常采用混凝沉淀過濾法，原水先經(jīng)過調(diào)節(jié)池初沉，通過添加聚合氯化鋁（PAC）混凝、聚丙烯酰胺（PAM）絮凝，再經(jīng)斜管沉淀和多介質(zhì)過濾或無閥濾池過濾后回用或排放[1]。近年來，隨著國家環(huán)境保護(hù)力度的加大，對水質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)提出了更高的要求，因此，在傳統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)上增加了超濾、陶瓷膜等各類膜處理工藝。由于傳統(tǒng)工藝中添加聚丙烯酰胺沒有具體的參考值，往往使其添加過量，使中水中聚丙烯酰胺的殘留量較高，容易發(fā)生陶瓷膜等的堵塞，既增加了處理成本，又影響了膜處理設(shè)施的正常運行，因此，實時地檢測聚丙烯酰胺的殘量以及確定其最佳投藥量對減少藥劑使用量、確保運行穩(wěn)定、延長設(shè)備使用壽命有著重要意義[2-3]。

目前，檢測聚丙烯酰胺殘留量的方法有如下幾種：紫外分光光度法、淀粉-碘化鎘法、黏度法、沉淀法等，這些方法在測定中有很多影響因素，對待測樣品純度及實驗條件要求較苛刻，且實驗結(jié)果重復(fù)性差。而濁度法檢測方法的背景干擾小，重復(fù)性好，測定范圍廣，測試結(jié)果較準(zhǔn)確，故選用濁度法進(jìn)行水樣檢測[4-5]。

1 試驗部分

1.1 試驗原理

濁度法測濃度的原理是加入一定濃度的醋酸溶液與次氯酸鈉溶液，與PAM 反應(yīng)生成不溶性物質(zhì)氯化銨鹽使溶液變渾濁，測得的吸光度值與PAM 的質(zhì)量濃度呈線性關(guān)系，可從預(yù)先繪制的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線上查出或計算出所測水中PAM 的濃度。

1.2 試驗儀器及藥品

可見分光光度計；機(jī)械攪拌器。

無水乙醇；蒸餾水；冰醋酸，99.5%；次氯酸鈉，10%或5.2%；聚丙烯酰胺（PAM）。

1.3 試驗試劑的配置

1.3.1 5 mol/L 醋酸溶液

準(zhǔn)確量取72 mL 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.5%的醋酸溶液，置于250 mL 容量瓶，定容至刻度，搖勻，靜置。

1.3.2 1.31%次氯酸鈉溶液

有效氯為10%的次氯酸鈉：準(zhǔn)確量取33 mL 有效氯為10%的次氯酸鈉溶液，置于250 mL 容量瓶，定容至刻度，搖勻，靜置。

有效氯為5.2%的次氯酸鈉：準(zhǔn)確量取63 mL 有效氯為5.2%的次氯酸鈉溶液，置于250 mL 容量瓶，定容至刻度，搖勻，靜置。

1.3.3 200 mg/L PAM 標(biāo)準(zhǔn)溶液

取PAM 適量，無水乙醇洗滌，60℃干燥2h。準(zhǔn)確稱量0.100 0 g PAM，于500 mL 燒杯中，加入300 mL 蒸餾水，置于機(jī)械攪拌器上，以最低轉(zhuǎn)速攪拌溶解20 min 后，于500 mL 容量瓶蒸餾水定容至刻度，搖勻，靜置30 min。

1.4 試驗條件的確定

1.4.1 體積比的確定

為了探究PAM 溶液、CH3COOH 溶液以及NaClO溶液之間的最佳體積比，在其他條件不變的情況下，選取質(zhì)量濃度為50 mg/L 的PAM 溶液、5 mol/L的醋酸、1.31%的次氯酸鈉,分別選取V（PAM）∶V（CH3COOH）∶V（NaClO）=1∶1∶1、2∶1∶1、3∶1∶1、4∶1∶1、5∶1∶1、6∶1∶1、8∶1∶1、10∶1∶1、15∶1∶1 配制檢測溶液并測定吸光度。為保證結(jié)果的準(zhǔn)確性，做2 組平行實驗。

隨著不同的藥劑體積配比的增大，吸光度值也增大，當(dāng)體積配比在8∶1∶1 時，反應(yīng)體系吸光度值最大；藥劑體積配比繼續(xù)增大，吸光度值呈下降趨勢。因此采用分光光度計進(jìn)行測試時，最佳藥劑體積配比為8∶1∶1。

1.4.2 反應(yīng)時間的確定

濁度法檢測PAM 質(zhì)量濃度是基于反應(yīng)體系產(chǎn)生使溶液渾濁沉淀的機(jī)理。為確定反應(yīng)時間（指從加入次氯酸鈉溶液開始直至測定吸光度數(shù)值的時間差）與吸光度的關(guān)系，對質(zhì)量濃度為100 mg/L 的PAM 溶液、5 mol/L 的醋酸、1.31%的次氯酸鈉,按照V（PAM）∶V（CH3COOH）∶V（NaClO）=8∶1∶1 的比例配制待測樣品，待混合充分后，在波長470 nm處，在反應(yīng)時間內(nèi)測定吸光度，結(jié)果如圖1 所示。

圖1 反應(yīng)時間對吸光度的影響

由圖1 可以看出，隨著反應(yīng)時間的延長，生成氯化銨鹽沉淀的量逐漸增加，所以吸光度不斷增大。反應(yīng)到30 min 時，吸光度隨反應(yīng)時間的延長變化很小，說明此時反應(yīng)已經(jīng)基本完成。當(dāng)反應(yīng)完成后，其吸光度值保持恒定，故選擇30 min 為最佳測試時間，可提高檢測效率。

1.5 繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線

1.5.1 梯度濃度PAM 標(biāo)準(zhǔn)溶液的制備

分別移取上述200 mg/L 的PAM 標(biāo)準(zhǔn)溶液0、0.25、0.50、0.75、1.00、1.50、1.75、2.00、2.25、2.50、5.00、7.50、10.00、12.50、15.00、20.00、25.00 mL，置于17 個50 mL 容量瓶中，用超純水定容至刻度，搖勻，分別配成質(zhì)量濃度為0、1、2、3、4、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、80、100 mg/L 的PAM 標(biāo)準(zhǔn)溶液。

1.5.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

分別移取配制溶液各16 mL（1 號瓶中加入16 mL去離子水），置于17 個50 mL 容量瓶中，分別加入2 mL 的5 mol/L 醋酸溶液，輕輕搖勻振蕩，靜置2 min 后，繼續(xù)加入2 mL 的1.31%次氯酸鈉溶液，并不斷搖勻，防止生成大顆粒，靜置30 min 左右。用可見分光光度計在波長470 nm 處測定吸光度值，平行實驗3 次，取平均值，并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到PAM 溶液的濃度與吸光度的標(biāo)準(zhǔn)線性回歸方程。

由于試驗數(shù)據(jù)差異較大，為保證測量數(shù)據(jù)的精確性，繪制2 個標(biāo)準(zhǔn)線性回歸方程。

對于質(zhì)量濃度小于10 mg/L 的樣品，其適用的標(biāo)準(zhǔn)線性回歸方程為式（1）。

對于濃度大于等于10 mg/L 的樣品，其適用的標(biāo)準(zhǔn)線性回歸方程為式（2）。

式中，y 為所測得的吸光度；x 為水樣中的PAM 質(zhì)量濃度。

1.5.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的驗證

在實驗室中用自來水分別配制質(zhì)量濃度為6、10、30、50 mg/L 的PAM 溶液，分別移取配制溶液各16 mL（1 號瓶中加入16 mL 去離子水），置于5 個50 mL 容量瓶中，分別加入2 mL 的5 mol/L 醋酸溶液，輕輕搖勻振蕩，靜置2 min 后，繼續(xù)加入2 mL 的1.31%次氯酸鈉溶液，并不斷搖勻，防止生成大顆粒，靜置30 min 左右。用可見分光光度計在波長470 nm處測定吸光度值，平行實驗3 次，取平均值，得到該溶液的吸光度并將吸光度值帶入對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)線性回歸方程y=0.000 9x-0.000 545 或者y=0.001 48x-0.00 614中，得到計算質(zhì)量濃度，比較計算質(zhì)量濃度與實際質(zhì)量濃度可算出回收率，實驗數(shù)據(jù)見表1。

表1 PAM 溶液濃度回收率的計算

1.6 實際水樣檢測

1.6.1 采集、預(yù)處理

采集礦井水中水樣100 mL 左右，封口拿至實驗室進(jìn)行實驗測定。用中速定性濾紙對各廠的采樣點水樣進(jìn)行預(yù)處理，過濾后得到澄清的水樣備用。

1.6.2 配制待測溶液

分別移取16 mL 待測水樣至容量瓶中，加入2 mL的5 mol/L 醋酸溶液，輕輕搖晃振蕩，靜置2 min 后，繼續(xù)加入2 mL 的1.31%次氯酸鈉溶液，并搖晃振蕩至充分混合，隨后靜置3 min。

1.6.3 測定吸光度

利用可見分光光度計測定各個配制好的待測水樣溶液，分別得到吸光度值。

1.6.4 利用標(biāo)準(zhǔn)曲線計算質(zhì)量濃度

將水樣測得的吸光度值代入到對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)線性回歸方程公式（1）中（其中，y 為所測得的吸光度，x為水樣中的PAM 質(zhì)量濃度），計算得出PAM 質(zhì)量濃度。

2 結(jié)果與討論

利用標(biāo)準(zhǔn)線性回歸方程計算出實際水樣中所殘留的PAM 質(zhì)量濃度，用Origin 數(shù)據(jù)分析軟件將西銘選煤水處理廠中PAM 的投藥量與殘留量進(jìn)行線性分析，以此方法找到最佳投藥比例，如圖2 所示。

圖2 投藥量與殘留量關(guān)系曲線

由圖2 可知，當(dāng)投藥量較小時，實際水樣中PAM 的殘留量也較小，PAM 殘留量隨著投藥量的增加而緩慢增大，此時關(guān)系曲線斜率較小，增幅相對較為緩慢；當(dāng)投藥量達(dá)到3.75 mg/L 時，殘留量與投藥量的關(guān)系曲線開始發(fā)生轉(zhuǎn)折，當(dāng)投藥量繼續(xù)增大時，整體斜率驟然增大，殘留量隨著投藥量變化的幅度驟增。

這意味著當(dāng)投藥量小于3.75 mg/L 時，投入水體中的PAM 溶液基本可以完全反應(yīng)，由于水量過大、流速過快等實際因素影響，因此會有些許殘留；當(dāng)投藥量大于3.75 mg/L 時，PAM 溶液對水體的絮凝效果到達(dá)反應(yīng)極限，過量的PAM 溶液不再參與絮凝，因此殘留量驟增。

3 結(jié)論

1）在配制溶液的過程中，溶液最佳體積比為V（PAM）∶V（CH3COOH）∶V（NaClO）=8∶1∶1。

2）當(dāng)投藥質(zhì)量濃度為3.75 mg/L 時，PAM 溶液對水體的絮凝效果最好且殘留量相對最少，故西銘選煤水處理廠的最佳投藥量為3.75×10-3kg/t 左右。為了達(dá)到最佳使用效果，建議將投藥方式由人工控制升級改造成自動化或智能化的方式。