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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。
: V4 [. i+ E, \# b, p& m1 试验
  p$ |0 r0 G* ], K7 Z( F* d$ B: W. J" [9 \% b
1.1 试验仪器与试剂  a0 |- t- q& ~7 r1 x5 j8 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。6 l/ F. ^% Z9 l7 D* n
1.2 试验条件及方法
" p0 h6 }; V" N6 K: |1 s6 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。, G9 l% S8 E# |
1.3 试验结果
, p" d* W, v; f# f2 }+ S1.3.1 聚丙烯酰胺最佳投量
: s8 z3 c9 N8 Q& t  X, {! b  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。( a; A, b3 Q% n3 ]
: m" d, ?0 R  o5 N' V3 {4 F
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 5 r9 ^& y. n: A# G3 b5 j
A1 3 0 很细 0.30 9.6 6.6
% p( s, o7 N' k: w  E# o! pA2 3 0.01 很细 0.38 4.9 6.6
! k/ j- _' a* B6 @/ l- a% f+ fA3 3 0.03 大、实 0.57 3.1 6.6
) |+ x8 f( _; P8 O& @# f8 W$ N# AA4 3 0.06 较大、重 0.83 3.0 6.6
; u+ s, t3 I0 x2 D! S5 }A5 3 0.10 很大、重 1.70 3.2 6.6
0 s) K+ A! g/ E0 s% i6 rA6 3 0.30 很大、重 3.12 3.1 6.6 ; W4 ?* K" \  M+ Q
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 8 C. @. E* j$ N9 _" }
A8 3 1.00 2.9 6.6
! E3 q4 z1 h/ w, e' z4 nB1 5 0 很细 0.30 7.2 7.5 ' ]* C7 |3 L0 k- f0 |- U
B2 5 0.10 很细 0.32 2.8 7.5
- v5 j: N4 x9 i/ yB3 5 0.03 大、实 0.83 2.9 7.5
$ `3 N3 }1 W, v, F  G0 U7 LB4 5 0.06 较大、重 3.12 7.2 7.5 ( j3 r9 I" l, s; F. q  r  j: H
B5 5 0.10 很大、重工业 4.17 6.9 7.5 % J' S, t/ }8 M" `. J
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
- J( U8 ^9 }5 ?8 r# a) xB7 5 0.60 2.8 7.5 , z( B# A' G) A
B8 5 1.00 2.9 7.5
) H. V, A4 g  J! c" ZC1 20 0 很细、轻 0.23 13.6 7.2 # l% Z, e7 H, l2 F
C2 20 0.01 很细、径 0.23 13.0 7.2 ; X! d0 X, L/ g! D! y0 g1 }4 L
C3 20 0.03 大、实 0.52 5.0 7.2
3 C7 s! A0 Q& |/ _3 YC4 20 0.06 较大、重 0.83 4.1 7.2
7 ?: P, Z3 b5 f  v1 _C5 20 0.10 很大、重 1.14 3.8 7.2
# j) G. Q  R" hC6 20 0.30 很大、重 1.39 2.5 7.2 : o+ F" z) k6 I
C7 20 0.60 加入4min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2 2 V5 T7 h( L2 Y$ S8 b* j
C8 20 1.00 加入3min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
. f6 {" v) F- o0 x注 A1—A8 烧杯中原水浊度1063NTU,原水PH值6.6,原水温度25℃
( e5 [6 H/ K! A  E1 e2 h/ RB1—B8 烧杯中原水浊度2073NTU,原水PH值7.5,原水温度26℃
& F' U5 }+ u3 @: v3 e; i: L
+ R$ X3 ?. g: |* U( V! l1 r1.3.2 助凝剂最佳投加点
& j# Y: B1 f; L  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。9 K" D7 ?% k. @3 U% {( X
8 J# g( `. U/ o2 I$ }! E: x
表2 聚丙烯酰胺最佳投入点试验结果 杯号 1 2 3 4 5 6 ) i, e4 v! W# d1 `  \: x
固体聚合氯化铝投加量(mg/L) 4 4 4 4 4 4 3 n/ K1 D) G6 h( V; \6 x
固体聚丙烯酰胺投加量(mg/L) 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05   @; k! y( @' P: B3 i$ b3 i: x: I
助凝剂投入后搅拌时间(min) 13 10 8 6 4 2 3 R1 _/ i) v* O8 t
矾花描述 很细 细小、轻 细小、轻 大、结实 大、结实 细小、轻 . s# c  d# j0 L+ X5 h, H
混液面沉速(mm/s) 0.33 0.42 0.50 0.72 0.69 0.48
" }  X% M! k& t8 `" s上清液浊度(NTU) 9.0 7.8 5.5 3.0 3.4 6.0
3 J+ K  f7 G6 W上清液PH值 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 & g0 p8 e+ m8 L* ~4 Q
注 1 原水浊度:1390NTU;原水PH值:7.6;原水温度:25℃  F) ^7 L# _, ~* C# U
  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 9 y) _0 o, r6 j* V3 C' ~- ?5 b
) q8 ], ?# w- B$ `- p! E
2 聚丙烯酰胺水解(碱化)
" d) _* R+ s2 `2 G" k/ c1 ^- v3 ]1 U' ?4 z. u
  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。2 w; g8 i: H9 i; \; }1 p6 i- _5 _7 _

8 H# ~% }+ b5 _! y+ D; @3 生产应用
( B" L: \0 ?2 l) c1 d" k1 z
4 X7 y7 j6 e- Q/ m3 [  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。
' b# p9 x/ S$ n0 p1 H* |: 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。
% [! e& A9 Z% B0 j2 B  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。+ ~. S7 ^6 K: z) t

, W$ P8 ]' B6 u2 T% y+ ^4 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。
  X3 Y4 o: e/ ^& N* f6 X1 w; U3 H  R( l% A$ j" C0 q
4 几点体会
/ R/ `; Q' n: W% v. R, f! M5 B2 u+ T) U  G/ U9 w0 \) O& V; l6 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℃。
/ i& m/ `( u& T% B* 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。  u. |. y$ D/ R% v( d: z$ H/ Y/ E* I
  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。
. K( O2 \6 d7 w  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。
$ F2 d) R' F1 R3 H4 \  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。
$ V( N7 f2 v: v7 ^2 D. l8 f; 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。: p" c- D. Y" y+ W& n3 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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