田云福

（西山煤电（集团）有限责任公司环保绿化分公司，山西 太原 030053）

引言

矿井水处理通常采用混凝沉淀过滤法，原水先经过调节池初沉，通过添加聚合氯化铝（PAC）混凝、聚丙烯酰胺（PAM）絮凝，再经斜管沉淀和多介质过滤或无阀滤池过滤后回用或排放[1]。近年来，随着国家环境保护力度的加大，对水质排放标准提出了更高的要求，因此，在传统工艺的基础上增加了超滤、陶瓷膜等各类膜处理工艺。由于传统工艺中添加聚丙烯酰胺没有具体的参考值，往往使其添加过量，使中水中聚丙烯酰胺的残留量较高，容易发生陶瓷膜等的堵塞，既增加了处理成本，又影响了膜处理设施的正常运行，因此，实时地检测聚丙烯酰胺的残量以及确定其最佳投药量对减少药剂使用量、确保运行稳定、延长设备使用寿命有着重要意义[2-3]。

目前，检测聚丙烯酰胺残留量的方法有如下几种：紫外分光光度法、淀粉-碘化镉法、黏度法、沉淀法等，这些方法在测定中有很多影响因素，对待测样品纯度及实验条件要求较苛刻，且实验结果重复性差。而浊度法检测方法的背景干扰小，重复性好，测定范围广，测试结果较准确，故选用浊度法进行水样检测[4-5]。

1 试验部分

1.1 试验原理

浊度法测浓度的原理是加入一定浓度的醋酸溶液与次氯酸钠溶液，与PAM 反应生成不溶性物质氯化铵盐使溶液变浑浊，测得的吸光度值与PAM 的质量浓度呈线性关系，可从预先绘制的标准工作曲线上查出或计算出所测水中PAM 的浓度。

1.2 试验仪器及药品

可见分光光度计；机械搅拌器。

无水乙醇；蒸馏水；冰醋酸，99.5%；次氯酸钠，10%或5.2%；聚丙烯酰胺（PAM）。

1.3 试验试剂的配置

1.3.1 5 mol/L 醋酸溶液

准确量取72 mL 质量分数为99.5%的醋酸溶液，置于250 mL 容量瓶，定容至刻度，摇匀，静置。

1.3.2 1.31%次氯酸钠溶液

有效氯为10%的次氯酸钠：准确量取33 mL 有效氯为10%的次氯酸钠溶液，置于250 mL 容量瓶，定容至刻度，摇匀，静置。

有效氯为5.2%的次氯酸钠：准确量取63 mL 有效氯为5.2%的次氯酸钠溶液，置于250 mL 容量瓶，定容至刻度，摇匀，静置。

1.3.3 200 mg/L PAM 标准溶液

取PAM 适量，无水乙醇洗涤，60℃干燥2h。准确称量0.100 0 g PAM，于500 mL 烧杯中，加入300 mL 蒸馏水，置于机械搅拌器上，以最低转速搅拌溶解20 min 后，于500 mL 容量瓶蒸馏水定容至刻度，摇匀，静置30 min。

1.4 试验条件的确定

1.4.1 体积比的确定

为了探究PAM 溶液、CH3COOH 溶液以及NaClO溶液之间的最佳体积比，在其他条件不变的情况下，选取质量浓度为50 mg/L 的PAM 溶液、5 mol/L的醋酸、1.31%的次氯酸钠,分别选取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 配制检测溶液并测定吸光度。为保证结果的准确性，做2 组平行实验。

随着不同的药剂体积配比的增大，吸光度值也增大，当体积配比在8∶1∶1 时，反应体系吸光度值最大；药剂体积配比继续增大，吸光度值呈下降趋势。因此采用分光光度计进行测试时，最佳药剂体积配比为8∶1∶1。

1.4.2 反应时间的确定

浊度法检测PAM 质量浓度是基于反应体系产生使溶液浑浊沉淀的机理。为确定反应时间（指从加入次氯酸钠溶液开始直至测定吸光度数值的时间差）与吸光度的关系，对质量浓度为100 mg/L 的PAM 溶液、5 mol/L 的醋酸、1.31%的次氯酸钠,按照V（PAM）∶V（CH3COOH）∶V（NaClO）=8∶1∶1 的比例配制待测样品，待混合充分后，在波长470 nm处，在反应时间内测定吸光度，结果如图1 所示。

图1 反应时间对吸光度的影响

由图1 可以看出，随着反应时间的延长，生成氯化铵盐沉淀的量逐渐增加，所以吸光度不断增大。反应到30 min 时，吸光度随反应时间的延长变化很小，说明此时反应已经基本完成。当反应完成后，其吸光度值保持恒定，故选择30 min 为最佳测试时间，可提高检测效率。

1.5 绘制标准曲线

1.5.1 梯度浓度PAM 标准溶液的制备

分别移取上述200 mg/L 的PAM 标准溶液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 个50 mL 容量瓶中，用超纯水定容至刻度，摇匀，分别配成质量浓度为0、1、2、3、4、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、80、100 mg/L 的PAM 标准溶液。

1.5.2 标准曲线的绘制

分别移取配制溶液各16 mL（1 号瓶中加入16 mL去离子水），置于17 个50 mL 容量瓶中，分别加入2 mL 的5 mol/L 醋酸溶液，轻轻摇匀振荡，静置2 min 后，继续加入2 mL 的1.31%次氯酸钠溶液，并不断摇匀，防止生成大颗粒，静置30 min 左右。用可见分光光度计在波长470 nm 处测定吸光度值，平行实验3 次，取平均值，并绘制标准曲线，得到PAM 溶液的浓度与吸光度的标准线性回归方程。

由于试验数据差异较大，为保证测量数据的精确性，绘制2 个标准线性回归方程。

对于质量浓度小于10 mg/L 的样品，其适用的标准线性回归方程为式（1）。

对于浓度大于等于10 mg/L 的样品，其适用的标准线性回归方程为式（2）。

式中，y 为所测得的吸光度；x 为水样中的PAM 质量浓度。

1.5.3 标准曲线的验证

在实验室中用自来水分别配制质量浓度为6、10、30、50 mg/L 的PAM 溶液，分别移取配制溶液各16 mL（1 号瓶中加入16 mL 去离子水），置于5 个50 mL 容量瓶中，分别加入2 mL 的5 mol/L 醋酸溶液，轻轻摇匀振荡，静置2 min 后，继续加入2 mL 的1.31%次氯酸钠溶液，并不断摇匀，防止生成大颗粒，静置30 min 左右。用可见分光光度计在波长470 nm处测定吸光度值，平行实验3 次，取平均值，得到该溶液的吸光度并将吸光度值带入对应的标准线性回归方程y=0.000 9x-0.000 545 或者y=0.001 48x-0.00 614中，得到计算质量浓度，比较计算质量浓度与实际质量浓度可算出回收率，实验数据见表1。

表1 PAM 溶液浓度回收率的计算

1.6 实际水样检测

1.6.1 采集、预处理

采集矿井水中水样100 mL 左右，封口拿至实验室进行实验测定。用中速定性滤纸对各厂的采样点水样进行预处理，过滤后得到澄清的水样备用。

1.6.2 配制待测溶液

分别移取16 mL 待测水样至容量瓶中，加入2 mL的5 mol/L 醋酸溶液，轻轻摇晃振荡，静置2 min 后，继续加入2 mL 的1.31%次氯酸钠溶液，并摇晃振荡至充分混合，随后静置3 min。

1.6.3 测定吸光度

利用可见分光光度计测定各个配制好的待测水样溶液，分别得到吸光度值。

1.6.4 利用标准曲线计算质量浓度

将水样测得的吸光度值代入到对应的标准线性回归方程公式（1）中（其中，y 为所测得的吸光度，x为水样中的PAM 质量浓度），计算得出PAM 质量浓度。

2 结果与讨论

利用标准线性回归方程计算出实际水样中所残留的PAM 质量浓度，用Origin 数据分析软件将西铭选煤水处理厂中PAM 的投药量与残留量进行线性分析，以此方法找到最佳投药比例，如图2 所示。

图2 投药量与残留量关系曲线

由图2 可知，当投药量较小时，实际水样中PAM 的残留量也较小，PAM 残留量随着投药量的增加而缓慢增大，此时关系曲线斜率较小，增幅相对较为缓慢；当投药量达到3.75 mg/L 时，残留量与投药量的关系曲线开始发生转折，当投药量继续增大时，整体斜率骤然增大，残留量随着投药量变化的幅度骤增。

这意味着当投药量小于3.75 mg/L 时，投入水体中的PAM 溶液基本可以完全反应，由于水量过大、流速过快等实际因素影响，因此会有些许残留；当投药量大于3.75 mg/L 时，PAM 溶液对水体的絮凝效果到达反应极限，过量的PAM 溶液不再参与絮凝，因此残留量骤增。

3 结论

1）在配制溶液的过程中，溶液最佳体积比为V（PAM）∶V（CH3COOH）∶V（NaClO）=8∶1∶1。

2）当投药质量浓度为3.75 mg/L 时，PAM 溶液对水体的絮凝效果最好且残留量相对最少，故西铭选煤水处理厂的最佳投药量为3.75×10-3kg/t 左右。为了达到最佳使用效果，建议将投药方式由人工控制升级改造成自动化或智能化的方式。