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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。
2 T4 w# u5 f) F/ c' I/ s% l, h1 试验: P) x1 h8 f: |! P
1 ?  }( D0 B1 \/ d7 Q/ x
1.1 试验仪器与试剂
9 ]% s; P/ [- u2 O- I3 a  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。1 u+ _4 y* }# [( i( ~# d
1.2 试验条件及方法
" ?2 @( i6 A3 B2 J  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。
8 [! ]. @  T8 R) y' c/ ?1.3 试验结果
8 ~+ z$ q6 i2 P' ^+ V; H1.3.1 聚丙烯酰胺最佳投量: P; F8 `; f* o7 \/ Z2 d% H' g8 E1 ?5 B
  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。
% y6 L: t& I* q7 J0 V7 k. a' x8 `) G$ A
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
. g. b1 c/ J" I& \! S8 ]A1 3 0 很细 0.30 9.6 6.6
6 Z: B/ G' c3 t0 T" RA2 3 0.01 很细 0.38 4.9 6.6
  j/ H5 @5 ~; C! G1 s* @, EA3 3 0.03 大、实 0.57 3.1 6.6
* K# e6 q7 G7 K/ u7 AA4 3 0.06 较大、重 0.83 3.0 6.6
4 N# J, d/ F! M" L$ Y, D0 O! qA5 3 0.10 很大、重 1.70 3.2 6.6
6 D( T# ]- K  Q, F% Y9 E8 y" vA6 3 0.30 很大、重 3.12 3.1 6.6 * @2 N4 g' t3 Z* x
A7 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
6 X  n7 q6 q9 {A8 3 1.00 2.9 6.6
3 n( q, U+ G% b- I2 Y7 NB1 5 0 很细 0.30 7.2 7.5
' c! i# B& W4 J1 c* K9 `B2 5 0.10 很细 0.32 2.8 7.5
, Z( F9 W" P  G; o" j7 _8 dB3 5 0.03 大、实 0.83 2.9 7.5 : p) k6 v; r$ L% t. a
B4 5 0.06 较大、重 3.12 7.2 7.5
" Q5 W: y! @5 |  Q! Z" q4 I2 oB5 5 0.10 很大、重工业 4.17 6.9 7.5 6 S0 G6 S; ]/ {, E( U$ d
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
4 b' g* q/ Z  x& }/ WB7 5 0.60 2.8 7.5
2 {) S( E. D* ~( mB8 5 1.00 2.9 7.5 5 @" O' S5 G, t6 _0 N
C1 20 0 很细、轻 0.23 13.6 7.2
) x+ A4 ~6 x4 O6 O3 h7 AC2 20 0.01 很细、径 0.23 13.0 7.2 5 }/ X5 h+ F3 z4 [
C3 20 0.03 大、实 0.52 5.0 7.2
. P3 K3 _$ [, v  s2 R% r; G$ PC4 20 0.06 较大、重 0.83 4.1 7.2 . S9 t" n$ e' X5 e
C5 20 0.10 很大、重 1.14 3.8 7.2
/ }6 u  Y" [: o7 _C6 20 0.30 很大、重 1.39 2.5 7.2
) S+ T0 `$ c! A) [" w9 _C7 20 0.60 加入4min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
' U. w" D$ c4 [" D/ l0 @4 n- nC8 20 1.00 加入3min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
" Y0 N& \$ Q. V0 G注 A1—A8 烧杯中原水浊度1063NTU,原水PH值6.6,原水温度25℃
' ]/ C% j  q6 Z0 ~B1—B8 烧杯中原水浊度2073NTU,原水PH值7.5,原水温度26℃
& p9 x" F7 z: w0 D% T6 j( y# P6 l/ Q' v, v3 l5 U- j0 L( ^
1.3.2 助凝剂最佳投加点
; U4 W  S4 T9 M  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。% `3 c8 `# X2 ^- |% R. [

) l3 ?- h& o; v; F7 v" w表2 聚丙烯酰胺最佳投入点试验结果 杯号 1 2 3 4 5 6 $ Z( |- \/ X9 g8 @
固体聚合氯化铝投加量(mg/L) 4 4 4 4 4 4
$ r: A0 P1 T' f" J固体聚丙烯酰胺投加量(mg/L) 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05
2 v& y0 \8 R* {6 s8 J1 M6 A( b助凝剂投入后搅拌时间(min) 13 10 8 6 4 2
% M$ z" g0 b& u7 e3 ^矾花描述 很细 细小、轻 细小、轻 大、结实 大、结实 细小、轻 : F# l, m- D6 ]; _9 M. L
混液面沉速(mm/s) 0.33 0.42 0.50 0.72 0.69 0.48 1 c) D) ^1 i$ y# u( c2 f4 ]
上清液浊度(NTU) 9.0 7.8 5.5 3.0 3.4 6.0
% m) u: M" E8 N$ J' f) [0 W6 Y上清液PH值 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6
3 x+ P8 Z7 c/ U- s6 [% q7 u. P9 m注 1 原水浊度:1390NTU;原水PH值:7.6;原水温度:25℃
- h$ W- M* _! @$ e5 p  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
7 p) v* `( n* }4 \
* q" l! N+ [5 p; G2 聚丙烯酰胺水解(碱化)) v+ f' R1 p, A  i

6 Z" `  i/ D" I6 @# Z8 S: }  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。5 k) V7 k% o* a0 a( B( O

. t8 w2 N" u/ l: x3 R3 生产应用
! Y% G7 ^  Q! Q# _8 m! w3 r% i5 g$ S
  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。/ O3 w4 F7 W! ^: `
  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。& M7 q* h. F$ r% D# P
  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。
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; C3 s5 n/ l2 ^: x/ B+ W& Z  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。
& d3 [0 A5 b. @8 p' K* T! s, r: B7 P
4 几点体会. O% _) P9 A1 Y3 f! B# J6 C" @

8 @, l% P  G- k$ |6 e, a8 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℃。5 o( m2 O7 K8 s- m
  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。
' R. p: f$ L# h8 q+ \* V; @  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。: T3 U$ U7 D# o" I0 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。0 e2 X0 n# }! j
  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。
4 h5 ~5 I% W2 v- ~  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。
2 }7 B! K, V4 O4 ~  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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