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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。
/ Y$ k) E* g9 P" w+ l8 C9 G1 试验' @" [2 j# W0 V, m% D8 N
) z- c" C' X$ P; `: F
1.1 试验仪器与试剂
/ @/ g+ _5 G# b+ R# A8 r  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。
$ L8 _; H  T4 [3 C, V4 t3 h/ H1.2 试验条件及方法3 M, d5 E/ X1 S- E# A
  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。
: p# P; _4 M0 f) W1.3 试验结果
: T& S1 _( Z& ?: E( r" H% O1.3.1 聚丙烯酰胺最佳投量
  F" A; \% }+ j  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。& |) A4 `5 P% g' q& v; i& ?

- ~+ a) c) }5 c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 + }; r3 B( ?5 f( L# C$ C
A1 3 0 很细 0.30 9.6 6.6 / s5 I) @! ]$ V2 v0 d: m
A2 3 0.01 很细 0.38 4.9 6.6
+ O5 [+ ?6 ^) J; sA3 3 0.03 大、实 0.57 3.1 6.6
3 S; F5 l: t; @5 t* uA4 3 0.06 较大、重 0.83 3.0 6.6
; W; z) m# F+ A3 XA5 3 0.10 很大、重 1.70 3.2 6.6 ) J. S! d# u6 D; W/ \; l# U  e
A6 3 0.30 很大、重 3.12 3.1 6.6 # X  P2 e- u/ N, G
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
2 I: l  w$ Z. V: F2 ?- i1 u" q+ oA8 3 1.00 2.9 6.6
2 t; O! x% V  P$ I4 S' LB1 5 0 很细 0.30 7.2 7.5
$ i! Z: j+ z3 C3 ^0 F4 o$ wB2 5 0.10 很细 0.32 2.8 7.5
( j5 S3 b& o4 ?' l6 u5 w* r. TB3 5 0.03 大、实 0.83 2.9 7.5 " |: K& o3 b- z. ~4 ^2 L
B4 5 0.06 较大、重 3.12 7.2 7.5 & Z7 g$ k2 V7 V- u0 R$ E. J
B5 5 0.10 很大、重工业 4.17 6.9 7.5
. H; S5 s3 o8 O  p9 `# FB6 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 - F4 E- }; K. k, `7 C
B7 5 0.60 2.8 7.5
. i/ b& V8 @' f/ r: d: J  ?$ }' o5 fB8 5 1.00 2.9 7.5 # A! I7 r/ q# n. @  S/ [+ l  I! x
C1 20 0 很细、轻 0.23 13.6 7.2
/ R% w; t! [- u! k9 tC2 20 0.01 很细、径 0.23 13.0 7.2
* T$ X9 D$ B" fC3 20 0.03 大、实 0.52 5.0 7.2
: F6 f( n- x+ k4 TC4 20 0.06 较大、重 0.83 4.1 7.2 - I% x' ?1 b8 j: I
C5 20 0.10 很大、重 1.14 3.8 7.2 + W4 r8 \( E7 H9 G$ g
C6 20 0.30 很大、重 1.39 2.5 7.2
' f, s! c/ r6 A5 L% ~C7 20 0.60 加入4min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2 , z5 Q1 V0 p0 U1 `$ C( @
C8 20 1.00 加入3min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
4 F2 l5 N& A8 @* e+ H注 A1—A8 烧杯中原水浊度1063NTU,原水PH值6.6,原水温度25℃9 c/ T( H  O0 u' f+ b
B1—B8 烧杯中原水浊度2073NTU,原水PH值7.5,原水温度26℃
4 Q2 [) @, N0 c( x
% x& G  |* T0 T8 |1.3.2 助凝剂最佳投加点
/ K" r& J7 D. S! }& l* {& ]  p$ _  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 Z5 F2 H* C! ]
& V/ O4 m$ M! d* K
表2 聚丙烯酰胺最佳投入点试验结果 杯号 1 2 3 4 5 6
6 j; Z' O" d1 i4 H9 X. U. z. s固体聚合氯化铝投加量(mg/L) 4 4 4 4 4 4 * W0 A# ^; y1 s' i. C; O2 Q
固体聚丙烯酰胺投加量(mg/L) 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 # e; c% m0 G( z
助凝剂投入后搅拌时间(min) 13 10 8 6 4 2
3 E! \% e3 P, d  T) w+ V7 ^3 N矾花描述 很细 细小、轻 细小、轻 大、结实 大、结实 细小、轻 & y/ G. c8 r2 D3 z3 j# k
混液面沉速(mm/s) 0.33 0.42 0.50 0.72 0.69 0.48
. y& z6 E, e7 L上清液浊度(NTU) 9.0 7.8 5.5 3.0 3.4 6.0
! p, H% i1 r" o$ l/ t, y3 M上清液PH值 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6
# H7 p3 \7 L7 b$ C1 q) N注 1 原水浊度:1390NTU;原水PH值:7.6;原水温度:25℃) |2 l8 d$ t: A7 Z
  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
2 ?6 _+ r" M# S$ I! E% O
# n% P, Q: ?: ^2 w4 w2 聚丙烯酰胺水解(碱化)9 |' _+ J- j5 a3 E) D2 A

' k/ K; l# U, g+ h' y! P6 `% e' J  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。
( i( \2 G9 U+ H: c* R9 k, |6 @# _4 r0 j# C- r, j
3 生产应用
" `, Z. i& _- M* j. b5 [, Z
, Y# ~, H/ X0 G6 O  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。
3 B: x  l" P* K/ m- H  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 L5 y7 D7 G) `( _1 ^- 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。
" X, H- o7 H* V! w: S; X" d( R: j2 O$ G3 R4 F! Q/ O
  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。/ p) U; b; s: \4 H) E& s; \7 `6 a
. e" p' U, l  [3 e$ b4 c
4 几点体会
9 w9 y6 F6 e" S' d+ h, q/ _( f: q3 y; [/ `2 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℃。
  `) u, O* R, A3 w  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。
6 {* e" W6 O8 B. 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 S, u7 u) V% T+ l
  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。
* E8 K0 t4 s. ?" W7 `5 |: z  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. g! T9 q# _' U& F  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 T8 n3 S( P) g7 a
  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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