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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 k4 A: @' E: F; N1 试验
2 v4 W5 R9 L4 }
2 w) T" \; h' O; D, _* }1.1 试验仪器与试剂
8 [8 E, f/ O$ K# M$ e( C  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。$ j7 J+ q! u% I* a
1.2 试验条件及方法
/ X/ S0 {3 J+ X7 A; o& e  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。- L. L2 @8 S) J; d' W: c
1.3 试验结果5 x& ]% z0 d: G+ j% B! O
1.3.1 聚丙烯酰胺最佳投量
  Y8 f6 j# V$ K, G5 x) H1 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。
  |5 }4 X. M- d8 q& k0 e2 G6 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
, l% @5 y+ d# {3 l" N5 C( fA1 3 0 很细 0.30 9.6 6.6 ) k/ x5 e, G, m5 u
A2 3 0.01 很细 0.38 4.9 6.6
( G% J! ^6 {7 a) K! T9 MA3 3 0.03 大、实 0.57 3.1 6.6
) Q8 o  B4 G' h1 M0 v* KA4 3 0.06 较大、重 0.83 3.0 6.6   [4 {- e0 d; o% {6 J
A5 3 0.10 很大、重 1.70 3.2 6.6 9 ^. Y. C0 [& l, u; o6 ^8 ^9 L  _
A6 3 0.30 很大、重 3.12 3.1 6.6 - S+ u3 w. |: C8 g, h+ m9 a# w
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
) q9 F; _" Y4 m" |3 D8 S, lA8 3 1.00 2.9 6.6
" B1 n0 m, `- ~* IB1 5 0 很细 0.30 7.2 7.5 9 i! a  f" F3 U
B2 5 0.10 很细 0.32 2.8 7.5 7 _5 ^' \! f& a
B3 5 0.03 大、实 0.83 2.9 7.5
& |- _# ?1 [  M( A/ |4 j( xB4 5 0.06 较大、重 3.12 7.2 7.5 & F# Z6 q6 J6 t. s$ R! m" f9 I
B5 5 0.10 很大、重工业 4.17 6.9 7.5 ) g5 {( r8 B& o$ D  ^  l8 G
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
; L; J7 A5 @0 {# z8 eB7 5 0.60 2.8 7.5 $ D7 p" O' P; `& Y4 b" E
B8 5 1.00 2.9 7.5 , x: H# v$ S! P5 M
C1 20 0 很细、轻 0.23 13.6 7.2 " l9 `/ @6 C4 D# O+ _8 T
C2 20 0.01 很细、径 0.23 13.0 7.2
- Q; X. v* a+ y$ eC3 20 0.03 大、实 0.52 5.0 7.2
3 X1 K2 n9 D& B' g6 I; Y8 uC4 20 0.06 较大、重 0.83 4.1 7.2
" r% |9 M9 n8 V, N9 d+ x1 k5 gC5 20 0.10 很大、重 1.14 3.8 7.2   J# K' n$ N* A' S! q) f
C6 20 0.30 很大、重 1.39 2.5 7.2
" M7 b+ M8 U3 R; U- x7 W3 R6 t' s5 B) b0 K8 CC7 20 0.60 加入4min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
7 ^- s1 |7 j- Q+ sC8 20 1.00 加入3min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
6 a6 p/ q& [" k* h8 z$ }注 A1—A8 烧杯中原水浊度1063NTU,原水PH值6.6,原水温度25℃: @  o, x% g0 m) K# W
B1—B8 烧杯中原水浊度2073NTU,原水PH值7.5,原水温度26℃ $ O. S1 S* q1 s  v& h* ^- ]

, S. r' g8 i' J; d% G8 \6 [, T1.3.2 助凝剂最佳投加点
( q2 }$ A3 |- ]! k* ?" _  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。
1 c8 Y" R9 S7 B, e9 G3 H# {7 S
表2 聚丙烯酰胺最佳投入点试验结果 杯号 1 2 3 4 5 6
* |, b6 S- U9 s& T+ k固体聚合氯化铝投加量(mg/L) 4 4 4 4 4 4 ! o. C+ x5 B5 H% {
固体聚丙烯酰胺投加量(mg/L) 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 : h) T+ |4 f/ ]% n
助凝剂投入后搅拌时间(min) 13 10 8 6 4 2
9 A* A3 ^" [* T+ _矾花描述 很细 细小、轻 细小、轻 大、结实 大、结实 细小、轻
! m( N4 [" I5 \2 I$ H混液面沉速(mm/s) 0.33 0.42 0.50 0.72 0.69 0.48
  p8 o  n2 r" e% r! ]6 _9 Y上清液浊度(NTU) 9.0 7.8 5.5 3.0 3.4 6.0 " W* e% x; @: Q) U# {' k
上清液PH值 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 2 t# d* i) S, N% ]& j
注 1 原水浊度:1390NTU;原水PH值:7.6;原水温度:25℃7 W' J+ [: A, 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
: i2 V. X5 t3 o* T: ]8 s2 H( I, K. g" w
2 聚丙烯酰胺水解(碱化)
2 J) N6 \- M( ~
1 c$ v0 T6 p8 i* f0 x& k  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。, M& @. K2 }1 d& g

' i2 B1 o- e+ E3 生产应用
8 s5 l6 s" S3 i5 P
  `  k" H6 F. t& k4 Z  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。2 y% Y+ t6 w8 {/ N+ |
  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。0 e. K. ?- b* |1 }# 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。& p+ W  Y- t. T( o
' F  T1 c2 _" 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。  ^# D9 D: @) V: Y# m

5 l0 L( Y: A, T4 几点体会
, f1 p) u* c7 m8 k" T" Q# n2 p7 {8 f8 |/ F, u( n7 ?
  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℃。3 j, ~1 w4 [/ l/ b" @4 w+ P& Y
  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。
; P' p4 l+ t! V6 d& o  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。
4 K# ~' X( C2 ?; D6 a4 x$ ^  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。- y+ E: @! u- v" r$ w
  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。- w7 R, {, O  Y9 a' L9 _0 k, M4 F
  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。; O5 _4 p1 f, E
  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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