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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 i  s: E; X+ x1 试验+ w8 D$ T$ h+ R" ^6 t
5 M! c2 w; s8 [
1.1 试验仪器与试剂
5 t- ]/ H& W2 U; Z6 `2 f1 ?% v( 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。1 R( d" V4 F& w) v8 }
1.2 试验条件及方法6 _6 I- M6 B9 v2 O1 W
  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。5 J# M0 D0 V) e
1.3 试验结果; R& w, Q# ^' ?
1.3.1 聚丙烯酰胺最佳投量
9 \1 p0 C0 G4 ]( s7 ?/ n  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。& e1 J+ D/ X/ O# n( u
' |( C) y0 A- b- e1 I- Y3 o% B- D
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
6 y4 @/ Z+ n* D8 E1 q$ Q5 SA1 3 0 很细 0.30 9.6 6.6
  V, @" E" e* `# A: {6 W* i  J6 VA2 3 0.01 很细 0.38 4.9 6.6 % o1 f' L! G* g$ S; l/ Z
A3 3 0.03 大、实 0.57 3.1 6.6
/ W. c: l& M; s- G( `4 Y0 j" ?# sA4 3 0.06 较大、重 0.83 3.0 6.6
6 f+ c" G4 @$ x0 t( s" `0 `A5 3 0.10 很大、重 1.70 3.2 6.6
) }( o$ m0 F! PA6 3 0.30 很大、重 3.12 3.1 6.6
! }9 ]% o( X6 ]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
4 u8 P3 |& {5 `( ~1 O9 O7 {. O: sA8 3 1.00 2.9 6.6 0 F+ S( W! I( L, P: i8 ?+ o
B1 5 0 很细 0.30 7.2 7.5
5 o# q! C, K: n: d5 ?6 DB2 5 0.10 很细 0.32 2.8 7.5
, d0 m$ D& n; o* wB3 5 0.03 大、实 0.83 2.9 7.5 7 |2 j, p: O: R2 P' B
B4 5 0.06 较大、重 3.12 7.2 7.5
( ]/ @8 q( G4 d7 w# UB5 5 0.10 很大、重工业 4.17 6.9 7.5 : F7 I7 M* u  ^
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 6 w/ g& n( v* m  T
B7 5 0.60 2.8 7.5 - z1 l) A  g6 h4 z' M. _& ~
B8 5 1.00 2.9 7.5 $ ^; W4 n) ~: {* u1 W- p" @! P( c, ]
C1 20 0 很细、轻 0.23 13.6 7.2 & O7 S: H' x8 m
C2 20 0.01 很细、径 0.23 13.0 7.2
( ~# R2 _$ W* O! U, YC3 20 0.03 大、实 0.52 5.0 7.2
3 r% B, ]. ~3 }0 s" p: N" eC4 20 0.06 较大、重 0.83 4.1 7.2 1 f  d' A/ i4 c) I6 ~6 Y
C5 20 0.10 很大、重 1.14 3.8 7.2
2 m1 k8 L1 b8 ^# h% LC6 20 0.30 很大、重 1.39 2.5 7.2
/ o& j% V+ T& ~( PC7 20 0.60 加入4min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2 ! v& K/ D: L2 K6 o
C8 20 1.00 加入3min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2 ; V( f' n, V0 \3 ]* m9 T5 b  f- d8 B
注 A1—A8 烧杯中原水浊度1063NTU,原水PH值6.6,原水温度25℃
& R3 [- ]3 [6 n& [! K% ZB1—B8 烧杯中原水浊度2073NTU,原水PH值7.5,原水温度26℃
& I/ H( h6 x  ^2 i
( s3 p  f# S1 ~* V) l7 t1.3.2 助凝剂最佳投加点* I" y  j: S9 k; r  d
  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 @( E  p' p5 x0 B

- I5 Z! h7 H# v表2 聚丙烯酰胺最佳投入点试验结果 杯号 1 2 3 4 5 6 3 ~3 }3 e5 X$ H% W( x' p/ `7 O
固体聚合氯化铝投加量(mg/L) 4 4 4 4 4 4
' N" |, ^. \1 |2 y4 v3 `2 u6 f固体聚丙烯酰胺投加量(mg/L) 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05
. U+ p, I7 @' y( u8 v  h助凝剂投入后搅拌时间(min) 13 10 8 6 4 2
0 A( i& o. j- ^% @6 ?" a矾花描述 很细 细小、轻 细小、轻 大、结实 大、结实 细小、轻   n* H  ?. [) J$ D
混液面沉速(mm/s) 0.33 0.42 0.50 0.72 0.69 0.48
, p* m+ ?6 H5 g/ V# d; U上清液浊度(NTU) 9.0 7.8 5.5 3.0 3.4 6.0
5 z6 a) O2 ^6 W( p: J& E7 v6 F上清液PH值 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6
- \7 i5 r6 W6 }: x; C& {注 1 原水浊度:1390NTU;原水PH值:7.6;原水温度:25℃
* D& X  @0 X! M% [( b  w% N  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 % j/ D; N3 ?4 P& k  P

: B  r1 O$ \/ {; s( X2 聚丙烯酰胺水解(碱化)
4 O1 s9 m8 ]8 d" y, t3 \5 _  w9 G( ?* l0 @6 w$ A( e
  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。+ Y; m+ q7 h$ s2 y4 W% m

) ]+ l; M2 B+ j0 B8 s7 w3 生产应用" K! C; T" A" M1 l8 P
4 U& y; l& Q6 z8 f  s$ d
  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。: [$ I/ ?3 A: X! K$ Y
  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。
8 v! H$ V+ m6 j) r/ y  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。" X; I2 X8 \6 \8 L8 A. c

( F1 K4 p; b9 c  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。! H7 J# m" M$ h. h, O. x: y- D

# D8 u( u7 H4 _. U4 几点体会+ ?$ M. U. w0 X/ J

( T) d' S3 O6 q  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℃。* N$ h4 l2 b# H0 E
  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。
; X5 L3 t- W( Y5 j! R# e( J6 C) ?+ z  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。
2 n' y' V$ [/ ~. ?" @0 ?" o0 ^  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。
5 z' G& v+ a/ H) ?  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。& j% U9 f. u  G
  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。
) `7 \+ M. @9 O) }$ W( O7 A7 j  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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