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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。 1 X  g6 Q  D- l: s* G
1 试验
! _1 s% P* B8 M$ ]+ u4 x. T. O' N- Q' S/ x" {4 P) l
1.1 试验仪器与试剂: J3 @) ]6 A4 _) Y' q* n2 O; M
  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。3 U7 }$ w# J; T/ p+ o
1.2 试验条件及方法$ A+ {; U5 v9 e- S4 i
  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。
: n. r4 y2 t- d+ _7 H1.3 试验结果
' O* y/ k) _' e9 v3 j1.3.1 聚丙烯酰胺最佳投量
/ A( W0 Q% [1 w6 X- O  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。6 L. `  p* a  [
4 z  O, {. ^8 e5 S
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
* d. e, L" _: o& J6 Z" vA1 3 0 很细 0.30 9.6 6.6 + \; \) k# o8 U5 x  ]+ [
A2 3 0.01 很细 0.38 4.9 6.6 " M! H! ~4 D  h2 A. k( H
A3 3 0.03 大、实 0.57 3.1 6.6 ! p7 `  v8 K0 h" }) v
A4 3 0.06 较大、重 0.83 3.0 6.6
6 }6 T, w- ?8 n: @A5 3 0.10 很大、重 1.70 3.2 6.6 - c) y* x9 u1 `1 t0 i# u
A6 3 0.30 很大、重 3.12 3.1 6.6
9 ~0 w, d4 l* T  T$ |, M3 f- NA7 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
' r# F$ X5 a0 f- }- N& i- BA8 3 1.00 2.9 6.6 . s3 A4 A' r& v; R5 P: h% h
B1 5 0 很细 0.30 7.2 7.5
' b- L! t6 l1 ], o  Z( zB2 5 0.10 很细 0.32 2.8 7.5
2 Y* C; [9 i4 g8 K! pB3 5 0.03 大、实 0.83 2.9 7.5 / J2 Z# s  L( g9 o
B4 5 0.06 较大、重 3.12 7.2 7.5
. k5 {* t6 l" e3 Q1 l" HB5 5 0.10 很大、重工业 4.17 6.9 7.5
4 b" g" t( O4 v6 YB6 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 e5 A0 A  h, j% q* }
B7 5 0.60 2.8 7.5 ' Z; J. k+ b7 v, w) w$ ~% T! u0 j
B8 5 1.00 2.9 7.5
. o5 [/ b+ G1 q8 }. ]0 ~; iC1 20 0 很细、轻 0.23 13.6 7.2
6 O$ j: R8 B6 j  C/ B! cC2 20 0.01 很细、径 0.23 13.0 7.2 / U3 Z4 D4 S6 W/ S( K. Q+ U8 V
C3 20 0.03 大、实 0.52 5.0 7.2 2 g% x: ?2 y0 ^% q/ W
C4 20 0.06 较大、重 0.83 4.1 7.2
  [  {% K. y) j; J' RC5 20 0.10 很大、重 1.14 3.8 7.2 2 f6 h6 G  t* L: y9 [+ Y
C6 20 0.30 很大、重 1.39 2.5 7.2
8 T' E7 C& z2 f+ h9 U/ _C7 20 0.60 加入4min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
: F0 d$ s3 E5 [& MC8 20 1.00 加入3min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
1 j% v: k' y$ K. k2 m* A+ E注 A1—A8 烧杯中原水浊度1063NTU,原水PH值6.6,原水温度25℃
3 m; E% w$ B6 T3 vB1—B8 烧杯中原水浊度2073NTU,原水PH值7.5,原水温度26℃
: Y2 _7 I: t9 H
2 N' O7 v  ?5 |1.3.2 助凝剂最佳投加点
; \- l% g: n' r: T- t0 X3 {  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。
8 f' r  ?0 Q9 A- @! G1 N) `" z. L- z- H7 @! 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
0 {; J; c6 C. I3 a固体聚合氯化铝投加量(mg/L) 4 4 4 4 4 4 & \2 i! @+ E8 ~. I* z
固体聚丙烯酰胺投加量(mg/L) 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 # E9 f" J2 c& B2 e
助凝剂投入后搅拌时间(min) 13 10 8 6 4 2
3 p) L& [3 G" f/ k" |$ g矾花描述 很细 细小、轻 细小、轻 大、结实 大、结实 细小、轻 4 j) F8 h* r* ]
混液面沉速(mm/s) 0.33 0.42 0.50 0.72 0.69 0.48
. }- ?' k1 U/ n3 s上清液浊度(NTU) 9.0 7.8 5.5 3.0 3.4 6.0
2 D3 ^* v& n! m& l上清液PH值 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6
) X( m" T6 e8 w: J1 |2 o3 g注 1 原水浊度:1390NTU;原水PH值:7.6;原水温度:25℃
( q, v: T7 e7 k8 c$ Z  \7 S2 _$ e  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
% }; i- @) i7 @) F2 V0 ^3 H' z/ d. |) g  `/ |
2 聚丙烯酰胺水解(碱化)
0 l5 f+ }) ?% q+ B0 p- [6 i: N! d) i+ v! W
  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。" d5 H. _4 P$ p! C; s
- f: ^. U& C# k  k& {, z
3 生产应用
( a$ p. `) i+ s* e
/ t) Y$ J" v+ B2 b$ ?  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。
6 K% n/ F9 p( [/ ?" R/ X& B( W8 j; X1 c  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。. ?% P, }5 s+ G( l1 z( ?) p  Z. v
  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。
% I/ ~/ c( t! x' u
" N* `3 U$ F: t; \$ U$ j  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 ^6 k# Q: R5 y: w# L% }1 b$ M
  s/ J* D) q! X( d7 h/ g+ e4 几点体会
/ e7 g8 f' C# F' h2 |
3 e6 Y' E. W" L! d6 D; c' V2 O- o  e  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℃。' ~# f. Y" p5 K/ \. Z6 e5 ?! 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。
! z1 V& u' B( |/ _" ~3 v) u' l3 r: D  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。3 N* u* [9 [0 L2 S# c
  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。
" e5 b0 X# d. `7 k+ u  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。  h8 x& }5 ^5 O
  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。
# ~! k; V  w  \4 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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