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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。 3 p8 O5 P; P0 `' z
1 试验 f6 l! G4 w( H% L: g% U" S0 t" ]# [
+ a# a0 U# \ _5 c! n6 F4 x& b. K1.1 试验仪器与试剂+ f4 ]7 W( {/ v+ W1 H) N: {
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。$ O# r8 i, e; u; F! Z' U, C; e
1.2 试验条件及方法
, h) Z# ~7 I* q+ Q/ Z 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。
- R# c c* [; B) `- m" h i0 O0 b- D1.3 试验结果5 u+ s A- J: I% I' D: g
1.3.1 聚丙烯酰胺最佳投量
0 J& _8 {: v- g4 C; ]% t 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。
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3 c2 A7 y9 ~1 v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
$ E" ^ l* M( M! g& x/ g9 W7 JA1 3 0 很细 0.30 9.6 6.6
8 O2 i$ ] m6 `4 Y' QA2 3 0.01 很细 0.38 4.9 6.6
" r+ O- V: x$ PA3 3 0.03 大、实 0.57 3.1 6.6
. o# m4 d& n1 K! YA4 3 0.06 较大、重 0.83 3.0 6.6 * u4 h4 K6 A1 Y% a6 s5 a
A5 3 0.10 很大、重 1.70 3.2 6.6
# o# M( Y1 ]9 T0 Q$ w4 \A6 3 0.30 很大、重 3.12 3.1 6.6
' F; v; V: f6 A" _3 I0 `. [: x# 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 # V$ o* p/ B e+ x: z* y
A8 3 1.00 2.9 6.6
" u/ b, c: @* K8 R3 L; hB1 5 0 很细 0.30 7.2 7.5
. q S" l$ ^/ v! k- oB2 5 0.10 很细 0.32 2.8 7.5
9 I- ~7 g0 `7 M$ A4 B) CB3 5 0.03 大、实 0.83 2.9 7.5
: y# r' r' O8 K6 @( _# q+ ` DB4 5 0.06 较大、重 3.12 7.2 7.5 , a/ m( l4 B4 U" L# ?+ w
B5 5 0.10 很大、重工业 4.17 6.9 7.5 & S6 @- {: z% h
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 & y) a+ o; a' }7 v) I. ?
B7 5 0.60 2.8 7.5
5 C4 A4 A( B. I0 T. {( K' vB8 5 1.00 2.9 7.5 ' V$ K+ r0 \( b( F9 s R+ q+ a
C1 20 0 很细、轻 0.23 13.6 7.2
$ j( h7 S) J" jC2 20 0.01 很细、径 0.23 13.0 7.2 & h# z5 k% V& g$ a4 g
C3 20 0.03 大、实 0.52 5.0 7.2 7 M) P+ |/ w& d o# w
C4 20 0.06 较大、重 0.83 4.1 7.2 ' J5 B; A% _) y, ^' W+ V8 K
C5 20 0.10 很大、重 1.14 3.8 7.2 ! E' f- j) l; O+ n( ~, L6 X6 z
C6 20 0.30 很大、重 1.39 2.5 7.2
- v/ M' b- L" O. x8 \& MC7 20 0.60 加入4min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
1 Y2 W+ U+ R4 |C8 20 1.00 加入3min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
/ u& r1 e1 O1 m- M# w2 M0 D L注 A1—A8 烧杯中原水浊度1063NTU,原水PH值6.6,原水温度25℃6 g; c$ @6 L: K5 Q
B1—B8 烧杯中原水浊度2073NTU,原水PH值7.5,原水温度26℃ 6 C$ {1 |8 s U
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1.3.2 助凝剂最佳投加点
$ s4 A. i" V& b7 Q; `$ Q- I 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。6 R" d {3 y' c8 Z/ ~
, t. q; C3 E3 h ~" s# O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 T) F9 Q+ c; F0 i( E/ ]+ ~
固体聚合氯化铝投加量(mg/L) 4 4 4 4 4 4
/ M1 F. f* k. 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 1 I, ?$ h: t$ W- E8 L2 b! l9 x
助凝剂投入后搅拌时间(min) 13 10 8 6 4 2 6 ~" g, a6 ]9 `2 |+ U; q+ h5 ]$ C2 A
矾花描述 很细 细小、轻 细小、轻 大、结实 大、结实 细小、轻
( z* n! c8 e. f, ]混液面沉速(mm/s) 0.33 0.42 0.50 0.72 0.69 0.48
7 P7 a; j% {8 }/ w上清液浊度(NTU) 9.0 7.8 5.5 3.0 3.4 6.0 . Q) x! _; p+ g+ M
上清液PH值 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 & p% k2 e2 [- t4 c. T: Y( s
注 1 原水浊度:1390NTU;原水PH值:7.6;原水温度:25℃' F8 C/ E) `2 o2 q+ e% T; O9 D
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 # b8 h7 R! _1 S+ G/ d4 Y
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2 聚丙烯酰胺水解(碱化)4 v& M- }! m3 c' A
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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。, P, |% L8 d: S3 @, }2 C
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3 生产应用
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( Z) a& f. ~" w. M9 ^ 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。: a- x+ ^* {5 v v: `' ^+ q
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 S C- m- k& b! c; |# m8 R0 U
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。1 H, N( S2 i. C) C2 J
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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。* A+ b! ~5 J. }6 t4 ~; j2 E
/ v' X! I( W' F1 E4 几点体会
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! n% [% H/ a" _: [. 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℃。& c0 }5 [8 l" ]6 n4 P5 W3 y1 c+ P
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。2 H# F( g( W3 @7 l
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。$ ~+ s J" M0 Z0 A: f- |
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。% d5 X0 t9 |" M9 b8 @3 S
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。
% B- W- s; q: S% B2 J& S" 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。; b3 V3 [; u7 s! M
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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