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聚丙烯酰胺在净水生产中的应用

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发表于 2009-11-7 09:57 | 显示全部楼层 |阅读模式
老杨团队,追求完美;客户至上,服务到位!
从1991年开始,我厂技术人员对佛山水司供水厂在各种复杂水质条件下的锰砂净水 石英砂净水生产中如何用好助凝剂聚丙烯酰胺,使混凝后产生一种粒度大、比重大而结实的矾花进行了生产性应用试验,获得了满意的助凝沉淀效果。几年来的实践不但解决了锰砂净水 石英砂净水生产中处理各种复杂原水水质的难题,而且在保证水质和不增加锰砂净水 石英砂净水成本的前提下,使生产能力大幅度提高。 $ t) T: S! U, b% `
1 试验
" i& _! w# D; y# N- @& J
3 \  ]+ B0 M/ j! e2 s; l4 {1.1 试验仪器与试剂# ~2 S1 I* z9 y. e6 t
  6组搅拌叶片的混凝搅拌机;浊度计和pH计;聚丙烯酰胺;氢氧化钠;硫酸铝或聚合氯化铝;1L烧杯;各种刻度吸管。
0 v, E! }. E# D, G1.2 试验条件及方法: }; E) a* f0 s& ?3 s( N* \$ f7 l0 T
  按《给斜管填料》和《斜管填料工程理论与应用》中介绍的凝聚试验方法,模拟锰砂净水 石英砂净水生产工艺的混合搅拌条件为:搅拌转速150 r/min,搅拌时间3min;絮凝反应搅拌条件为搅拌转速50r/min,搅拌时间10min。观察并记录矾花形成情况,静止沉淀10min,同时观察并记录矾花沉淀情况和检测上清液浊度及pH值。当出现常用锰砂净水 石英砂净水方法不能净化处理原水时,首先应进行最优投矾量试验选出最佳投矾量,然后进行模拟锰砂净水 石英砂净水生产的助凝沉降试验,最后将助凝试验结果运用到锰砂净水 石英砂净水生产实际中。
: w( u5 _& d: ~7 C) t1.3 试验结果
( ?7 ~2 o$ z. \# E8 }: ~1.3.1 聚丙烯酰胺最佳投量
' x  \! N, G$ |3 b6 \7 {& i* G  表1的结果表明:聚丙烯酰胺作为锰砂净水 石英砂净水助凝剂,其最佳投量是0.03~0.4mg/L。在锰砂净水 石英砂净水生产中也证明了投加量少于0.03mg/L时它的助凝效果不显著;超过0.4mg/L时它的助凝作用过快,形成的矾花颗粒很大,易造成大量的污泥沉积在反应池的后部和沉淀池的前部,沉淀池的长度和面积不能充分利用,影响反应沉淀效果。/ o/ J8 \$ P9 s# e# E  I3 o
# F% e: b/ e  z% n% U
表1 聚丙烯酰胺最佳投量试验结果 杯号 固体聚合氯化铝投加量(mg/L) 固体聚丙烯酰胺投加量(mg/L) 矾花描述 混液面沉速(mm/s) 上清液浊度(NTU) 上清液PH值 ) w: x) G+ s1 C+ _9 S0 O4 a- p
A1 3 0 很细 0.30 9.6 6.6 7 u/ H" a" B3 D" {3 q$ _: V6 _: f
A2 3 0.01 很细 0.38 4.9 6.6 2 ^2 J+ ~9 F- A9 A
A3 3 0.03 大、实 0.57 3.1 6.6
! l4 k* ?! w, P/ u* B7 o5 d& MA4 3 0.06 较大、重 0.83 3.0 6.6
# Y6 o  H2 v; GA5 3 0.10 很大、重 1.70 3.2 6.6 4 s& ]  z5 l8 g7 Y
A6 3 0.30 很大、重 3.12 3.1 6.6
2 Q- J2 [) Y3 {# QA7 3 0.60 助凝剂加入后迅速形成粗而结实的矾花,3min后矾花沉底,上清透明。 2.8 6.6
8 v5 B0 M" ?( h2 ?/ z) D9 Q4 r, _A8 3 1.00 2.9 6.6 3 D% A* M: `3 d% ?4 ]$ S
B1 5 0 很细 0.30 7.2 7.5
, h, A$ P! Y1 R0 g% \5 `0 i8 ^B2 5 0.10 很细 0.32 2.8 7.5 9 P4 v$ n; _( B  q9 g1 I  d. Z
B3 5 0.03 大、实 0.83 2.9 7.5
8 _" D9 |1 C# [; t4 XB4 5 0.06 较大、重 3.12 7.2 7.5 ) c5 W$ p0 [+ j8 l/ Y0 p7 j
B5 5 0.10 很大、重工业 4.17 6.9 7.5
+ x, [5 ~  f" j, E! k8 \B6 5 0.30 助凝剂加入后迅速形成粗而结实的矾花,3min后矾花沉底,上清透明 3.1 7.5
  u1 {$ \2 I) WB7 5 0.60 2.8 7.5
  o" T) b& q4 z5 ^0 d% EB8 5 1.00 2.9 7.5
- ]1 w8 p( Y9 Z6 |7 C# PC1 20 0 很细、轻 0.23 13.6 7.2   @4 m: ~8 V* P3 N" y8 ]! z
C2 20 0.01 很细、径 0.23 13.0 7.2 6 f! b: a: r# U! ~; j9 L
C3 20 0.03 大、实 0.52 5.0 7.2 4 w6 Q* B$ `7 ^
C4 20 0.06 较大、重 0.83 4.1 7.2
, P1 L$ b# k$ [; r3 T# q( u1 BC5 20 0.10 很大、重 1.14 3.8 7.2
- u5 i% ?9 u! H5 y4 ^C6 20 0.30 很大、重 1.39 2.5 7.2 1 H3 r1 e3 M$ Z, {9 m
C7 20 0.60 加入4min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2 1 B1 p! K; x1 t+ U; u$ C
C8 20 1.00 加入3min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2 9 S2 ]- @" U) M' r+ ~
注 A1—A8 烧杯中原水浊度1063NTU,原水PH值6.6,原水温度25℃7 M2 M4 Z( m- S8 L6 N# l7 Z+ }. S
B1—B8 烧杯中原水浊度2073NTU,原水PH值7.5,原水温度26℃
' g9 |. a, `- L& M2 `$ R  V+ s; v8 D
1.3.2 助凝剂最佳投加点' V2 A: Z, P1 S
  聚丙烯酰胺作为锰砂净水 石英砂净水助凝剂,其投入点是决定助凝沉淀效果好坏的关键。表2的试验结果和在锰砂净水 石英砂净水生产中应用结果表明:在絮凝反应总时间的1/2~2/3间加入聚丙烯酰胺可获得最佳的助凝沉淀效果。如果和聚合氯化铝同时投加则毫无助凝效果;如果在絮凝反应总时间的前或后1/3的时间里加入,其助凝效果都不显著。过早加入,细小的矾花未形成;过迟加入其聚合网捕作用时间不充分,助凝效果无法发挥。& }+ M- D! r3 u5 E- N

( z4 u+ E. E, O. B表2 聚丙烯酰胺最佳投入点试验结果 杯号 1 2 3 4 5 6
& p! d% |9 z; u6 {2 N, U固体聚合氯化铝投加量(mg/L) 4 4 4 4 4 4
1 Q5 c+ u. ~1 ~1 C+ G固体聚丙烯酰胺投加量(mg/L) 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 & K! p; b6 Q8 K- ^* y, ~
助凝剂投入后搅拌时间(min) 13 10 8 6 4 2 , `; b# G7 F2 ?( n' H8 g
矾花描述 很细 细小、轻 细小、轻 大、结实 大、结实 细小、轻 0 H0 p; o2 g, K
混液面沉速(mm/s) 0.33 0.42 0.50 0.72 0.69 0.48
" j6 H" F2 f9 g上清液浊度(NTU) 9.0 7.8 5.5 3.0 3.4 6.0 % W, |' o/ q: F6 X3 J
上清液PH值 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 $ a$ s, _: o" N+ r& u- I' u$ n
注 1 原水浊度:1390NTU;原水PH值:7.6;原水温度:25℃, k0 ?$ U1 x' M/ t4 |( ?
  2 助凝剂加入时间点:1号杯和聚合氯化铝同时投加,2-6号杯分别在絮凝反应搅拌开始时、2min、4min、6min和8min时加入 ( V" L0 S+ E! n; U/ R9 H

; W  v1 H% I3 e9 V6 l2 聚丙烯酰胺水解(碱化)9 Z  n3 \# r* G

$ A: |9 P0 S; n+ k/ B  在溶解聚丙烯酰胺的同时加入一定比例的氢氧化钠,溶解后放置8 h左右使之充分水解(碱化),经水解后可使聚丙烯酰胺卷曲的高分子链充分伸展开,大大地增加了它和细小矾花颗粒相碰和吸附的机会,使聚丙烯酰胺的吸附架桥网捕作用得到充分的发挥,从而进一步提高助凝效果。实际应用经验表明,现配现用的水解比(碱化比)要大一些,一般选用1∶0.2为宜,即1g聚丙烯酰胺加入0.2g氢氧化钠。如果水解时间能满足8h,水解比应选用1∶0.01~1∶0.05。水解比越大所需水解时间就越短,但水解比过大会造成净化后的水质pH值升高。如果使用水解度为30%以上的阴离子型聚丙烯酰胺,即可免去水解步骤。- N$ u$ M& X5 p% i: f3 T! [

( ^2 c) L4 P4 `3 _$ v8 L4 ?3 生产应用
3 w7 r8 {, j* Q& ]
8 f8 M/ |2 L" J. I9 |% z  自1991年初采用聚丙烯酰胺作为锰砂净水 石英砂净水助凝剂以来,无论原水水质情况如何均可获得令人满意的助凝沉淀效果,超负荷35%左右生产供水也是如此。由于采用聚丙烯酰胺作为锰砂净水 石英砂净水助凝剂,石湾水厂1991年多供水675.66×104t,1992年多供水2500.72×104t ,1993年多供水4376.98×104t。目前公司全部水厂已经将聚丙烯酰胺作为锰砂净水 石英砂净水助凝剂经常性投加使用,不但能够保量优质供水,而且为锰砂净水 石英砂净水生产管理带来了方便,制水成本也不会增加,同时大大提高了絮凝沉淀效果,减少一半左右的聚合氯化铝用量,提高了沉淀池的制水能力。因此直接和间接降低了制水总成本。$ i9 Z( x- A3 C, l
  在实际应用中使用粉末状的固体聚丙烯酰胺高分子助凝剂,通常用自动送粉器或简易分散器等定量送粉,使其在一定量的水中分散溶解之后,再通过计量泵投加到反应池中。
6 ~* }  x7 m0 F  |  在溶解时,如果只是简单地将聚丙烯酰胺投入水中,就会形成块状,即使长时间搅拌也不溶解,而且容易造成投加系统堵塞。因此一般采用溶解水和粉末接触分散呈薄膜状态的分散器。在自动送粉器中,一般装有分散器。在用手工分散时,使用如图1所示的简易分散器。1 U2 |4 ^  h3 v! b

7 Q( D; d( B# `2 h& y2 x' \  完全溶解的聚丙烯酰胺投加到反应池的中段,利用水的流动作用,可使细小的絮凝体与聚丙烯酰胺均匀结合,形成大而结实的矾花。如果人为地增设混合措施则造成絮凝体被破坏而失去助凝作用。不需要辅助混合设施是此方法的一大优点。只要在反应总时段的1/2~2/3间加入溶解好的助凝剂聚丙烯酰胺,即可获得理想的助凝沉淀效果。
4 j. s  O2 e7 \8 R+ z( Y6 F9 m+ N3 u& Z9 g: s
4 几点体会
5 w5 A6 h  G# ^$ o! [0 V: ]7 n5 }% h% j7 \0 D1 n/ H2 ?4 b
  ① 聚丙烯酰胺作为锰砂净水 石英砂净水助凝剂,必须充分搅拌溶解后才能投加使用。否则不能发挥其应有的高效助凝效果,还会造成投加系统堵塞、封闭滤池表面、破坏滤池效率、大大缩短滤池的反冲洗周期等不良后果。溶解时搅拌速度应控制在400~1000r/min,溶解搅拌时间1h左右为宜,麦饭石。低温季节水温低、难溶解,用热水可缩短溶解时间,但水温不能超过60℃。
2 X0 ^0 ]6 ^) J  ② 聚丙烯酰胺作为锰砂净水 石英砂净水助凝剂,要获得最佳助凝效果的用量幅度很小,其最佳投量是0.03~0.4mg/L。超出这个范围会不起作用或很容易起副作用。
" P8 a: D+ m9 S4 O6 I8 v9 q  ③ 投加点是决定聚丙烯酰胺助凝沉淀效果好坏的关键。最佳投加点是在锰砂净水 石英砂净水生产絮凝反应全流程中的1/2~2/3。( x$ n/ N- k! e: G5 H% j
  ④ 为保证均匀混合,应使用最稀浓度。聚丙烯酰胺浓度为0.05%左右,既利于搅拌溶解又便于投加使用,而且助凝效果最佳。聚丙烯酰胺溶液不宜存放超过10d,也不能与铁器接触,溶解水温不能超过60℃。否则会使聚丙烯酰胺分子链断开而失去助凝效果,并造成净化出水中丙烯酰胺单体含量增加的不良后果。
! `# X5 b' {2 u$ @4 v, C, m  ⑤ 聚丙烯酰胺经过水解(碱化)可提高助凝效果。水解时间要8h左右,最佳水解比是1∶0.01~1∶0.05。在实际生产中经常是应急使用,无充足的水解时间,可通过加大水解比来达到较好水解的目的。现配现用的水解比1∶0.2较为适合。5 ^% C. V; H! _  H4 f2 d
  ⑥ 为使净化出水中丙烯酰胺单体含量不超过卫生标准的规定,必须采用高聚合度的聚丙烯酰胺作为饮用水的锰砂净水 石英砂净水助凝剂,要求使用丙烯酰胺单体含量低于0.2%的产品。
; y; [6 w- F3 C% n' L/ B- q: }  ⑦ 对各种原水水质(包括超负荷35%左右),高效助凝剂聚丙烯酰胺均能发挥良好的助凝沉淀效果。如石湾水厂第三车间,其设计供水能力是15×104t/d。采用聚丙烯酰胺作为助凝剂,投加量0.05mg/L,在保证优质供水的前提下,全天供水量达到22.3×104 t,超出设计供水能力的48.7%。
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