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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 G. D5 M! q4 K
1 试验4 m8 O1 Q& {3 D3 N2 A" @/ u2 x

# `* K, _8 g+ k; M, i1.1 试验仪器与试剂; t6 V* d3 G: h/ \8 V
  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。
; w# d* D% b6 X$ a. }+ r' t1.2 试验条件及方法
, `' x  U  b5 d% l. X, 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。
/ ]( L0 \; k8 q) n8 S) S$ a1.3 试验结果
  w0 ~8 j% y' E9 g$ o0 {1.3.1 聚丙烯酰胺最佳投量: @- i# g, N8 r8 W/ V
  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。# @) P3 Q+ l. @9 r  x  n7 n0 X

/ G6 n0 y3 m! r) [/ _4 H  H  q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 E9 v2 c" W% @6 a  Y- y8 R8 X% F
A1 3 0 很细 0.30 9.6 6.6 - h) _- e3 ^7 h( P
A2 3 0.01 很细 0.38 4.9 6.6
0 B8 D# j, T8 F; i3 |2 P) f& nA3 3 0.03 大、实 0.57 3.1 6.6 ( s3 c; j/ k$ d/ V' I. T1 t. ^' n6 z
A4 3 0.06 较大、重 0.83 3.0 6.6 . H2 V% q. n, }; X* N' h
A5 3 0.10 很大、重 1.70 3.2 6.6
" ]# j+ f3 j3 E  F( V- tA6 3 0.30 很大、重 3.12 3.1 6.6
2 J' C# T( y6 ~' _. v/ U& @% JA7 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 % y# _5 s0 ~2 B
A8 3 1.00 2.9 6.6
! K& ]4 k6 b2 V! cB1 5 0 很细 0.30 7.2 7.5 / N5 f4 R% D, t. d# Q* \/ f
B2 5 0.10 很细 0.32 2.8 7.5 9 i! z/ [& u$ A. q  R2 p
B3 5 0.03 大、实 0.83 2.9 7.5 8 P/ C4 [, w% `5 R
B4 5 0.06 较大、重 3.12 7.2 7.5
% J: |( H% @1 g" G# h: |9 U/ D+ @B5 5 0.10 很大、重工业 4.17 6.9 7.5 8 E% N; ]8 ^3 C6 ^3 ?9 B
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
/ z) Z& Z  o: h, p4 O  YB7 5 0.60 2.8 7.5
/ ~# v: \+ c8 ?+ ?6 I0 ]& TB8 5 1.00 2.9 7.5
  V" L) N/ X6 j/ N( uC1 20 0 很细、轻 0.23 13.6 7.2
' p/ f/ R5 w6 S9 pC2 20 0.01 很细、径 0.23 13.0 7.2
! c, i" b! ]0 p/ m- S8 hC3 20 0.03 大、实 0.52 5.0 7.2
" Y$ ^. J7 u  l+ i+ ~  ^. ]8 Y: Q/ MC4 20 0.06 较大、重 0.83 4.1 7.2 , }% y3 a0 D: \. d5 g# U
C5 20 0.10 很大、重 1.14 3.8 7.2 % T' B; I) q+ {6 E5 g( K
C6 20 0.30 很大、重 1.39 2.5 7.2
) O6 S" C. T5 B3 B. qC7 20 0.60 加入4min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
0 n$ B) c& T3 D4 |! A- n' yC8 20 1.00 加入3min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
( a6 c" A0 {( X- F7 @/ [, \注 A1—A8 烧杯中原水浊度1063NTU,原水PH值6.6,原水温度25℃
5 y! B: L$ }" [7 c6 U( Q4 r  HB1—B8 烧杯中原水浊度2073NTU,原水PH值7.5,原水温度26℃ 9 S% F' W0 L: h

2 P0 F. n) Y8 j( X8 {) a! f" e! D1.3.2 助凝剂最佳投加点
# u9 S8 E3 L+ U) 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。) D2 T$ L0 \- |4 x
6 X) F/ {* H8 q) w) 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
! P8 T( D* |' l+ o  m固体聚合氯化铝投加量(mg/L) 4 4 4 4 4 4
4 Q9 A& c" t) {& q- K固体聚丙烯酰胺投加量(mg/L) 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 ) D* D  a" J$ y: o, P7 b8 b  h( \3 H
助凝剂投入后搅拌时间(min) 13 10 8 6 4 2 + o% \! Y& p$ h5 b
矾花描述 很细 细小、轻 细小、轻 大、结实 大、结实 细小、轻 ' W7 k2 ^9 u& j- N: I
混液面沉速(mm/s) 0.33 0.42 0.50 0.72 0.69 0.48
8 C# W- F3 u* }1 g% D上清液浊度(NTU) 9.0 7.8 5.5 3.0 3.4 6.0 1 j' d$ @$ u' e* ^* p: \
上清液PH值 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6
5 s7 y" j. s+ O5 U! l( C注 1 原水浊度:1390NTU;原水PH值:7.6;原水温度:25℃
* T( j0 y% ~1 c9 F# ?  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
, u8 Y! a2 r8 i7 ]" F. a% ~9 K' y) O
+ O2 o( Z* P4 K4 _9 \/ X0 {3 M2 聚丙烯酰胺水解(碱化)
# y% c$ J0 ]0 N0 C
8 s( p6 k! k& C) 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。
' `' u6 l9 e. z' ^( I5 |7 F+ h0 U8 `  ~% I, J- S: w
3 生产应用9 J/ B- Z& Z8 p% V
/ k5 }! m3 F9 D8 w
  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。
: E6 O' d  f2 Y/ A( j  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 k) G% b+ O4 k1 }9 v  N* j- T  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。; l6 T! D9 ^- H$ [

0 m9 r" a1 t4 P  d# d1 w% 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。* i6 Z1 O" F+ j. w
2 S9 k6 w. B7 l4 L- c+ P& j
4 几点体会
  I. v( O7 U' M" C5 D  d* w$ S* ?  m; _
  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℃。' d3 l% \7 g, M% G/ a
  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。8 R8 f8 y9 M3 Y% L& p5 Z- `* e
  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。
5 I9 X! Q0 f7 t  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。
) E) X% K% ^1 {5 s' Y  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。
0 X$ K  f! U1 ~/ H4 A! u  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。
$ b! s  h6 P7 o  o# B% X) T5 T  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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