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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。 9 ^' S6 h3 r2 O6 ~& ]. V
1 试验
! `! q' g0 W" z5 u, g% w" b: M- @1 ]
, \' R5 U- T+ Z1.1 试验仪器与试剂
8 v2 U+ t$ H6 C( ?4 t9 o5 W  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。$ |: N% W- q3 u5 z
1.2 试验条件及方法
9 A' s  N: ?6 ^: U+ F* u  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。& v8 n1 l7 \, K$ l( l
1.3 试验结果
7 Z4 Q5 R+ v* J9 i3 G7 M1.3.1 聚丙烯酰胺最佳投量
. C4 K5 W. s9 k: W1 f  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。
8 J) `1 u2 u5 e! L% t# x  D8 K" u( T6 I" I
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 . w# n/ V; _$ O* x" h* T  N
A1 3 0 很细 0.30 9.6 6.6 # j) m+ Q2 a4 q0 {! c( c
A2 3 0.01 很细 0.38 4.9 6.6
; |7 t( \% D' ~- D8 DA3 3 0.03 大、实 0.57 3.1 6.6
7 a+ [' l& e; Z: p: |$ E) x; kA4 3 0.06 较大、重 0.83 3.0 6.6
- M4 `$ m% G6 {3 S  o: NA5 3 0.10 很大、重 1.70 3.2 6.6
" }  o" z* `1 Z2 [- gA6 3 0.30 很大、重 3.12 3.1 6.6
, N8 R: R3 r" o  LA7 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
  m7 {5 E+ ~; I6 g9 T+ {+ mA8 3 1.00 2.9 6.6
( y8 T. {9 I3 K& b8 I0 vB1 5 0 很细 0.30 7.2 7.5
% [4 z! T' ?6 k+ ^& v7 h) ^$ bB2 5 0.10 很细 0.32 2.8 7.5 + E  [5 ~! o2 f" t# J1 |/ H+ U
B3 5 0.03 大、实 0.83 2.9 7.5
7 K  h( S: _2 W1 AB4 5 0.06 较大、重 3.12 7.2 7.5 * u8 \, ^4 X) Z  }$ L/ p# Z9 V
B5 5 0.10 很大、重工业 4.17 6.9 7.5
1 H/ d( r3 Z( z9 x& U2 e; ]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
5 i8 l7 Q! s% y( \, c  IB7 5 0.60 2.8 7.5
7 `& T& i9 s' p- Y- oB8 5 1.00 2.9 7.5
% Q6 J; B" I% Z% U7 x7 hC1 20 0 很细、轻 0.23 13.6 7.2 7 X( D, C( t& o5 G! I$ k
C2 20 0.01 很细、径 0.23 13.0 7.2
7 O4 A8 x' ~1 E6 k( {4 d. dC3 20 0.03 大、实 0.52 5.0 7.2
4 o0 H4 z+ Y6 S/ yC4 20 0.06 较大、重 0.83 4.1 7.2 1 ?+ A3 T# @# |# Z0 ^, u% `
C5 20 0.10 很大、重 1.14 3.8 7.2 6 f, D7 i  p! i. G* @5 }
C6 20 0.30 很大、重 1.39 2.5 7.2
: ~, ~3 o9 N8 E7 L& C8 ^C7 20 0.60 加入4min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2 & Y; {/ M3 o+ r
C8 20 1.00 加入3min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
" \7 X2 e" q" D- L, L: Q注 A1—A8 烧杯中原水浊度1063NTU,原水PH值6.6,原水温度25℃
! o) I$ J( J' E5 _" E2 f( K7 V7 ~B1—B8 烧杯中原水浊度2073NTU,原水PH值7.5,原水温度26℃ 7 T5 ?7 t/ z# y( h, t& ?
2 m: b2 ?% W9 t+ E$ X7 u3 J' z
1.3.2 助凝剂最佳投加点
7 G2 \$ m. h. n5 f0 e* N  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。( t& h! [, o) |9 W
  g9 d( _% m8 e; D- u( e
表2 聚丙烯酰胺最佳投入点试验结果 杯号 1 2 3 4 5 6
( s3 Z: m- M0 ~9 @, Z" I固体聚合氯化铝投加量(mg/L) 4 4 4 4 4 4 7 ?" L$ y$ p' l
固体聚丙烯酰胺投加量(mg/L) 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05
' S6 T2 F& G- w& l+ ^. t9 _助凝剂投入后搅拌时间(min) 13 10 8 6 4 2 5 o/ L3 f. s( w; _* q
矾花描述 很细 细小、轻 细小、轻 大、结实 大、结实 细小、轻 5 R% M5 F  @; x6 d0 _
混液面沉速(mm/s) 0.33 0.42 0.50 0.72 0.69 0.48
: q% t/ v: O5 @2 L+ z) i% d  X上清液浊度(NTU) 9.0 7.8 5.5 3.0 3.4 6.0 7 {* F% Z+ S5 D1 B7 P
上清液PH值 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6
7 M& k1 _) l" {# H# s" Z5 ~注 1 原水浊度:1390NTU;原水PH值:7.6;原水温度:25℃
+ e3 @) h4 b' U% F" h  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 & R" T6 `) m. ]9 Z# h

1 E# t3 n% l5 }8 E- d2 聚丙烯酰胺水解(碱化)3 ]2 o, ]+ c  }0 }0 i
' w# W" o  Y7 z6 F6 F( 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。
' G" h" w! R3 w& U6 X2 B
& d( v6 z3 S1 h% E9 z7 V9 V3 生产应用" w# M8 d3 Y' z3 t" y- P- R/ b

- e0 @' j; @% j& F+ {  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。+ p0 k# q" v; h2 @! U+ ^& F  x& ]
  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。
2 h+ Z' F2 p  h  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。
9 }8 m9 g* @- B- J# D9 c: x5 I  k. w! \3 A
  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。& r7 [" I! T6 j, v1 J7 Y
' ?! s' @  P* m
4 几点体会0 D6 p" O* h; C9 X/ U) ]
% R. I% w6 X* \& d8 `; ^8 U2 a
  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℃。
6 J1 ^- b' R( o8 w1 e( L7 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。2 ^, r1 H  E  ~1 n
  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。1 O) `1 G, b( `* z! g" G: j
  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。% T% V0 L3 P5 R7 P: b+ x+ G8 b
  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。8 F- Z' n# t3 N1 t3 u8 o, Q7 w2 ~( v
  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。# L6 \6 g& p/ [) r+ i3 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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