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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。
! K( G& W$ q) z* b P1 试验
3 c A+ @4 r0 `9 D4 q& K: N
" r0 }3 K6 M/ ?1.1 试验仪器与试剂
7 @6 k: C) e* r9 Q: \% ] 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。
7 T8 d7 x T- y( j! y1.2 试验条件及方法1 T" ]$ v% S7 F. N& m% X# p
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。& h7 X3 Q. W n# Z9 ~, @
1.3 试验结果
1 m+ q% ~3 a8 @4 V0 c8 z0 K7 ?1.3.1 聚丙烯酰胺最佳投量
2 v6 ] i) F! w4 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。
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; C/ x' _$ L) W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
: K9 H9 ~6 ]2 ^. N' UA1 3 0 很细 0.30 9.6 6.6 8 Y4 ]# L/ ^- C+ _) }
A2 3 0.01 很细 0.38 4.9 6.6 5 n8 d" V& o/ }; z5 k9 X- N6 [
A3 3 0.03 大、实 0.57 3.1 6.6
2 Q% R% @) ~0 }: F2 x* c) n: H9 wA4 3 0.06 较大、重 0.83 3.0 6.6 7 f$ N) ?- n. z% P
A5 3 0.10 很大、重 1.70 3.2 6.6
; {( W- f! q% P# Z% a- d+ XA6 3 0.30 很大、重 3.12 3.1 6.6 ; j* i- B: y) x/ T% z* x; M
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
" M; y& I/ Y+ b. i1 _A8 3 1.00 2.9 6.6
5 @ A& V' o* H& D9 `* P" YB1 5 0 很细 0.30 7.2 7.5 7 H% x1 X4 {0 b# k' n$ B* l# `! k
B2 5 0.10 很细 0.32 2.8 7.5 8 D, W! v- h% W$ p, E" T
B3 5 0.03 大、实 0.83 2.9 7.5 8 t; m9 J& \7 u% |* Y
B4 5 0.06 较大、重 3.12 7.2 7.5 ( W- W8 q* z! P H
B5 5 0.10 很大、重工业 4.17 6.9 7.5
# p1 M! O0 h; ]. U* I M$ [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 : G. l& o6 V$ }+ r3 h
B7 5 0.60 2.8 7.5 : C% J* {0 d) W) c
B8 5 1.00 2.9 7.5
8 E8 i' r1 x. O& m aC1 20 0 很细、轻 0.23 13.6 7.2
5 i. E/ `" }+ [: w! PC2 20 0.01 很细、径 0.23 13.0 7.2 ( I% d2 J0 w X8 V
C3 20 0.03 大、实 0.52 5.0 7.2
M- l/ x- h( [& K. DC4 20 0.06 较大、重 0.83 4.1 7.2
0 K n6 W( V8 v, n7 L3 LC5 20 0.10 很大、重 1.14 3.8 7.2 ; K+ i* _4 c' M
C6 20 0.30 很大、重 1.39 2.5 7.2 & h+ c( x* S6 N& d# A4 f+ R
C7 20 0.60 加入4min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
. I: g! g/ o0 v2 `, a% b3 A qC8 20 1.00 加入3min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2 ; C/ q& U+ J( h( A
注 A1—A8 烧杯中原水浊度1063NTU,原水PH值6.6,原水温度25℃
! _$ r4 z6 z5 o3 @2 DB1—B8 烧杯中原水浊度2073NTU,原水PH值7.5,原水温度26℃ 4 B: F! V. h4 T9 n
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1.3.2 助凝剂最佳投加点! A7 K( I1 y; D5 ^
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。- A5 g& c3 u1 u
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表2 聚丙烯酰胺最佳投入点试验结果 杯号 1 2 3 4 5 6 5 c. a2 B# Q$ |. h3 J! z% H3 X/ V1 r
固体聚合氯化铝投加量(mg/L) 4 4 4 4 4 4 - h4 ^, \- I. ^+ C
固体聚丙烯酰胺投加量(mg/L) 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05
3 K8 n) V$ H- q' E4 j: O助凝剂投入后搅拌时间(min) 13 10 8 6 4 2 2 b- p' d8 @. |5 U
矾花描述 很细 细小、轻 细小、轻 大、结实 大、结实 细小、轻 , A1 k! z/ N& S
混液面沉速(mm/s) 0.33 0.42 0.50 0.72 0.69 0.48 9 d* p' V0 J8 Y1 H! z7 u" n
上清液浊度(NTU) 9.0 7.8 5.5 3.0 3.4 6.0
4 _9 k3 s, \" a+ i0 B上清液PH值 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 % \( U3 }3 ]$ M, T, ?3 p) {+ ]
注 1 原水浊度:1390NTU;原水PH值:7.6;原水温度:25℃" h. I4 q) M4 l; @
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 ; ~' V+ F7 A6 J
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2 聚丙烯酰胺水解(碱化)
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0 d+ p3 X& I# X9 g$ }" V, N 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。- T: ?- y) I/ K4 K
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3 生产应用) N4 C8 [" z8 ?7 S
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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。
9 s% e2 H J b. c8 k# l 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。/ i5 k6 B/ g9 ~% x' k
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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3 {. k/ M: z" P& c 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。7 h( K# `! m/ o: O8 R
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4 几点体会
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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 L4 j3 `. L- ~/ G, m2 I5 Q
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。
7 |4 _+ f8 ] ^ m& d1 |. y 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 Q) L, v- b2 c) V( A3 b) 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。
# p9 c7 s) l- c# ` 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。
# X8 W' n! I" k* Q! y1 A2 { 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。: S, S! @) g; {+ V+ [
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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