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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。 ' z$ X/ U* }0 i$ d2 x7 M
1 试验
n1 C6 i3 m- O; p: O1 a: G/ ?4 v, S/ A8 ^ m- ^; B
1.1 试验仪器与试剂2 _7 K. D+ F+ F
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。
" X8 L$ V9 G8 h+ _7 z! S/ d' N( Q1.2 试验条件及方法4 g# d0 @) y3 P/ f$ z& F
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。0 Y9 l1 G1 f9 H) }3 J
1.3 试验结果5 _3 D& ^4 W- s Q9 b% y; T& B) J
1.3.1 聚丙烯酰胺最佳投量' x! O5 E$ r2 {8 F0 k3 W
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 Z I3 Z: b& o. w
7 j [* e9 Q& X* {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
; |) X& A6 `- i6 bA1 3 0 很细 0.30 9.6 6.6
0 i/ C; N. j% y Y1 GA2 3 0.01 很细 0.38 4.9 6.6 - \, H3 E( d, e) t. ~1 w8 r
A3 3 0.03 大、实 0.57 3.1 6.6 ) y; e7 H) ]6 j$ y' d! ~
A4 3 0.06 较大、重 0.83 3.0 6.6
8 a0 f8 f/ W5 B' W8 \) GA5 3 0.10 很大、重 1.70 3.2 6.6 ( m1 n$ x- K0 z1 E7 A- b& k
A6 3 0.30 很大、重 3.12 3.1 6.6
2 g/ b, Q3 T1 Q3 H2 xA7 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
- Q" j, v- z! \, p- z* aA8 3 1.00 2.9 6.6 9 O& \- C' P8 e Y5 A
B1 5 0 很细 0.30 7.2 7.5
7 [ r+ `% D* L7 hB2 5 0.10 很细 0.32 2.8 7.5 6 U% e0 W V( o6 M
B3 5 0.03 大、实 0.83 2.9 7.5 " t- C. V* E% d; `; D- z9 E0 ?
B4 5 0.06 较大、重 3.12 7.2 7.5 % O' i) y+ l0 j0 U5 {' K" { p
B5 5 0.10 很大、重工业 4.17 6.9 7.5
8 I$ D* H' d5 y# R, m3 C* lB6 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 # D0 b( ~: M# i' W: i/ v
B7 5 0.60 2.8 7.5 8 `4 }2 L( G: d' i# N
B8 5 1.00 2.9 7.5 F1 R) H# i# a" h/ x
C1 20 0 很细、轻 0.23 13.6 7.2
4 t( N( p( s1 G: uC2 20 0.01 很细、径 0.23 13.0 7.2
2 O. z% m0 J3 v/ f* E! J, c! C+ yC3 20 0.03 大、实 0.52 5.0 7.2
( m& r4 b9 |# n5 |" ~% p: B3 A$ FC4 20 0.06 较大、重 0.83 4.1 7.2
M' b* _, |9 f( X( KC5 20 0.10 很大、重 1.14 3.8 7.2
; I* d: _5 [6 PC6 20 0.30 很大、重 1.39 2.5 7.2
0 ^+ q: X. M- J* kC7 20 0.60 加入4min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2 * |- E$ w: e4 \7 _1 S
C8 20 1.00 加入3min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2 0 D4 s$ F' S; E, y. s) O! w+ {
注 A1—A8 烧杯中原水浊度1063NTU,原水PH值6.6,原水温度25℃! n% b+ E" Y' M' V/ f4 I1 e7 t2 n" y
B1—B8 烧杯中原水浊度2073NTU,原水PH值7.5,原水温度26℃ [) t) } x6 _8 G, ^ I3 f5 {4 G
0 c; I1 l/ ] \9 l0 `1.3.2 助凝剂最佳投加点; l' j8 \5 r b7 ]
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。
" n- ~* W- |% ~1 z" c) J- X3 o* S3 }/ F0 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 2 H. l% y; F# P/ C1 m/ q9 F
固体聚合氯化铝投加量(mg/L) 4 4 4 4 4 4 . @! u* \, {7 I7 _$ Z/ 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 + g0 X1 M& R& L3 ]; k% m6 d
助凝剂投入后搅拌时间(min) 13 10 8 6 4 2 0 f, m7 v9 j2 N# c/ K* z
矾花描述 很细 细小、轻 细小、轻 大、结实 大、结实 细小、轻 7 J+ f- f7 X+ M4 w( J5 [
混液面沉速(mm/s) 0.33 0.42 0.50 0.72 0.69 0.48
7 |( H+ L# U ?! I4 c9 i5 }$ M上清液浊度(NTU) 9.0 7.8 5.5 3.0 3.4 6.0
% E- ?6 Z9 n" t上清液PH值 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6
5 @4 ^) I- a% `! F1 P注 1 原水浊度:1390NTU;原水PH值:7.6;原水温度:25℃
% T7 ^9 Q6 P; z b( w" p" v( R 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 # V9 ~. {. `4 F* Z6 F' L% n3 F$ d
0 Q4 }4 G, e# }; U+ u9 T2 聚丙烯酰胺水解(碱化)* n, r% o/ s' u6 H8 y' C; k
9 w: \5 E4 m7 Q, Z" Q9 ]) _ 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。
8 x$ W2 Q. v! j/ S. L; K
% R% T- U% Y7 E! p$ i8 K& }3 生产应用
; E; N1 z3 x# c& @* j' } X; @# B6 R
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。
& O* u4 }* t+ |8 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。3 O$ T. b0 A1 S2 i0 t4 x
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。
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5 d( w) H0 p) F6 t* ]7 B, ]( b* F 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。
1 C; H: c5 K$ ]/ y. D" s1 h+ y
) ?) Y: W, w0 r1 S4 几点体会
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+ F. Y0 V* ]6 ~ 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℃。0 U% A4 ~: w+ n! n1 t; M
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。
* J L2 y1 W) s# p$ X2 G* [ 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。
7 Y. G# W$ x$ |1 Q; o 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。1 S. {# |! h6 H; R0 q0 _9 I4 `
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。
* B9 u+ Y4 } u% _' P7 S) y 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。% ~9 T/ I5 d$ O/ ~" F
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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