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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。 / C q9 O& Q* q; E4 a
1 试验
1 U, W1 X8 Z2 O( d* R" p
- M u' U8 I6 l# e/ I6 I1.1 试验仪器与试剂
4 Y5 u \; \6 m9 u+ \ 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。
8 g' y- A) ]9 { x( I( A4 h' n1 M1 c1.2 试验条件及方法
, |) ?& r: J9 H& j/ X5 \' S& Q 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。7 ?+ b' j8 T( X7 m8 c
1.3 试验结果- z1 \& @6 @* j% e
1.3.1 聚丙烯酰胺最佳投量
) W8 I! o3 \9 q2 v }" a 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。
' m, h8 N d3 w4 J" @
. e4 w; I- `' h6 {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 b& [6 h- a$ t" [8 c
A1 3 0 很细 0.30 9.6 6.6 1 s1 p) {6 j% V, s1 P$ Y
A2 3 0.01 很细 0.38 4.9 6.6 $ b) d4 M |! V4 z1 t1 H) ?1 x
A3 3 0.03 大、实 0.57 3.1 6.6 $ @& c0 @2 t# {8 u8 l+ c
A4 3 0.06 较大、重 0.83 3.0 6.6 1 {9 o9 e, v/ j* Q/ s+ V
A5 3 0.10 很大、重 1.70 3.2 6.6
: z) |1 i9 A% h! JA6 3 0.30 很大、重 3.12 3.1 6.6
8 P' \+ S% z, r+ F5 w0 G8 ?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 5 s9 I4 Q( l9 k+ S, r, t `
A8 3 1.00 2.9 6.6 ' L& \3 G9 @. v& h
B1 5 0 很细 0.30 7.2 7.5 ' F; |8 F# ?6 a( C+ E
B2 5 0.10 很细 0.32 2.8 7.5
: e0 r7 c: L g% Z: o8 H5 G, h0 GB3 5 0.03 大、实 0.83 2.9 7.5 % k% n' |. H9 C6 [
B4 5 0.06 较大、重 3.12 7.2 7.5 , I6 r) \ O( [3 J2 @
B5 5 0.10 很大、重工业 4.17 6.9 7.5 , l/ H8 s6 o8 \# d4 F4 c7 c$ Q# v
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
7 P3 r, {* T9 D5 ^5 g& zB7 5 0.60 2.8 7.5
& l' n9 I- X6 ?& v- s# ?$ ZB8 5 1.00 2.9 7.5
; `4 \0 s% ]; p' R" yC1 20 0 很细、轻 0.23 13.6 7.2 % m; G' ^6 O1 l f: Q
C2 20 0.01 很细、径 0.23 13.0 7.2
: _( G' G _0 v. y: jC3 20 0.03 大、实 0.52 5.0 7.2
3 z) c( d. ^* HC4 20 0.06 较大、重 0.83 4.1 7.2 " r+ l+ e* [1 q. g: L o- i
C5 20 0.10 很大、重 1.14 3.8 7.2 & t- N0 D9 ~' z6 p
C6 20 0.30 很大、重 1.39 2.5 7.2 t7 j- @9 ?7 C3 Q* H9 j
C7 20 0.60 加入4min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
# _" E; u' [! Z) O! J5 e3 IC8 20 1.00 加入3min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2 6 ]) G4 _# c$ |" d8 V, ~
注 A1—A8 烧杯中原水浊度1063NTU,原水PH值6.6,原水温度25℃: H1 G- ?6 Y2 j! A) r' L& E' V. V
B1—B8 烧杯中原水浊度2073NTU,原水PH值7.5,原水温度26℃ / k( N' \0 d0 ~# F# g5 m/ C( _
' D& G7 E0 m9 ~2 y% Q& G+ G
1.3.2 助凝剂最佳投加点4 P$ @3 w: R t) K! k% D0 V
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。1 F* I! Q( Q6 n- m" C' z" y3 X4 [3 U
% w- t: u3 Y! @表2 聚丙烯酰胺最佳投入点试验结果 杯号 1 2 3 4 5 6
9 d2 F0 H7 c9 J# b) T( Z. k固体聚合氯化铝投加量(mg/L) 4 4 4 4 4 4
9 Z; b9 E. Y* i固体聚丙烯酰胺投加量(mg/L) 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 3 O% a" c/ m$ R0 ]; Z4 P
助凝剂投入后搅拌时间(min) 13 10 8 6 4 2
: X" ^' j3 ` l( Q! F y. c' D/ U: K# E矾花描述 很细 细小、轻 细小、轻 大、结实 大、结实 细小、轻
" |) S6 x m2 {混液面沉速(mm/s) 0.33 0.42 0.50 0.72 0.69 0.48
0 ?8 k- a7 z9 @' |% H上清液浊度(NTU) 9.0 7.8 5.5 3.0 3.4 6.0 2 u- ~8 V3 ?3 U4 F2 y2 l
上清液PH值 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 - C2 @. Q6 P% G3 C
注 1 原水浊度:1390NTU;原水PH值:7.6;原水温度:25℃
% K) g6 \/ y9 d. s# l. s0 j 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
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2 聚丙烯酰胺水解(碱化)
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! {6 G5 o$ M$ E9 b. ^" I8 | 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。% |% H8 N5 W+ t6 m% t
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3 生产应用
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* z) A% n! n& C; H7 S1 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。; n+ q( I/ l9 B. |: r! R. x
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。1 V& L( N# F$ N0 n& u1 }" V2 E
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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% p f+ m8 G' D8 r; l 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。5 a# W+ j# D& S% w4 |% L) N5 Z* V
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4 几点体会; r9 f% M9 X- ^3 Q: v' p# k; @# S: X
; C# Q. ?( {" M* F 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℃。" z9 {. ~7 ^' x1 G" i' H
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。
. K+ m1 s& W, ~: e0 w! w 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。4 k3 y# l" w5 D: 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。' ]7 M& h' F7 d! X/ e! {! w! g
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。+ m, S& m- g# o+ |4 R, ]
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。0 y6 J4 M' b! S j7 Y
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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