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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。 ! i1 r; b$ j: o, w; a7 p; w/ R
1 试验% p4 E1 x- j- o: }9 L+ l$ q8 u
0 C4 W; P( U9 x
1.1 试验仪器与试剂
( X8 X4 G& _3 G. i! G: J3 T' _2 L  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。
/ G6 g! D% b% X1.2 试验条件及方法
* K) ~& `" I: I3 W$ u0 ]' j- A& m+ l6 }  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。' y8 d6 @% R' L+ ]% z0 D4 S# I! m
1.3 试验结果
* D- l' l3 i3 w. }7 m& h1.3.1 聚丙烯酰胺最佳投量
9 U* s8 L  K  m# j  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。" Q4 M. h$ O$ E9 n+ W
, E8 V0 o% R" D
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 " v7 z. ~0 X. i
A1 3 0 很细 0.30 9.6 6.6 + ~1 n; j, o% y& Q" W
A2 3 0.01 很细 0.38 4.9 6.6 7 |/ S0 _. i0 I  }
A3 3 0.03 大、实 0.57 3.1 6.6   I) h, c' T2 h6 m- B
A4 3 0.06 较大、重 0.83 3.0 6.6 7 s2 k: r. n* e; Q
A5 3 0.10 很大、重 1.70 3.2 6.6
( X1 [- ?, x; Z1 S3 F, G5 tA6 3 0.30 很大、重 3.12 3.1 6.6 1 z) I( |/ Q+ f- c6 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
' I' O; H1 t; R. V  ?% i- T& jA8 3 1.00 2.9 6.6 9 \+ t! R* ?  G8 A& n
B1 5 0 很细 0.30 7.2 7.5 " `) k! h7 C2 i+ \; q
B2 5 0.10 很细 0.32 2.8 7.5
" R! o  u1 L+ }1 }0 \% A' J: zB3 5 0.03 大、实 0.83 2.9 7.5
) C$ M3 w; P" J# B0 O5 z0 VB4 5 0.06 较大、重 3.12 7.2 7.5
- @1 `3 d$ H: Z& JB5 5 0.10 很大、重工业 4.17 6.9 7.5
+ v3 H5 Z% @; g! m2 A2 FB6 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 C5 @; T/ `4 w$ ?( VB7 5 0.60 2.8 7.5 ! o, n- H: e- Y
B8 5 1.00 2.9 7.5   {& `4 ]' M+ r5 O+ E, ^# ~
C1 20 0 很细、轻 0.23 13.6 7.2
9 o# I8 U" X! @$ P1 @1 oC2 20 0.01 很细、径 0.23 13.0 7.2 * @! f  m6 `9 a' l9 U
C3 20 0.03 大、实 0.52 5.0 7.2 ' T+ W9 @5 J: L3 P: d4 d4 r# ~
C4 20 0.06 较大、重 0.83 4.1 7.2
- B; i0 c  r; R+ a: p+ F* X" I4 Z5 CC5 20 0.10 很大、重 1.14 3.8 7.2
( }9 ]- r1 j8 Y. l% i3 N! A" PC6 20 0.30 很大、重 1.39 2.5 7.2
" K( C' A+ ^! G6 O# ]C7 20 0.60 加入4min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2 4 n! c% p5 P! G
C8 20 1.00 加入3min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
, m! q7 v; L  y& Z! h3 ?, X注 A1—A8 烧杯中原水浊度1063NTU,原水PH值6.6,原水温度25℃
1 K/ l0 H. x. L" jB1—B8 烧杯中原水浊度2073NTU,原水PH值7.5,原水温度26℃ / Q# r. T5 W) z2 Q9 s. N

6 b4 x$ d% Q3 [9 L1.3.2 助凝剂最佳投加点
4 o$ R2 v& |: m0 h6 s) o: T: ?2 o  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。
* X9 B! W4 h, H* I
9 y: r# g: U- A+ S  Q# }表2 聚丙烯酰胺最佳投入点试验结果 杯号 1 2 3 4 5 6
8 A8 {+ P$ d( t6 P9 O固体聚合氯化铝投加量(mg/L) 4 4 4 4 4 4
3 v7 O, E9 G3 R9 K3 b- 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
- z1 X6 r1 B- J9 B6 z助凝剂投入后搅拌时间(min) 13 10 8 6 4 2 3 L( t. u& Z' w! c
矾花描述 很细 细小、轻 细小、轻 大、结实 大、结实 细小、轻 ! \' f/ r1 t; T
混液面沉速(mm/s) 0.33 0.42 0.50 0.72 0.69 0.48 3 h! s$ D: S; x+ ~  a
上清液浊度(NTU) 9.0 7.8 5.5 3.0 3.4 6.0
& R- }& v! ?1 U4 k  a  z/ J上清液PH值 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6
( b  V! w0 l9 D4 Z/ u' O# a注 1 原水浊度:1390NTU;原水PH值:7.6;原水温度:25℃
5 r& \% |  A" F8 ^  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
0 h2 E4 J) F7 f9 c
& b# E* f. R4 z- i2 聚丙烯酰胺水解(碱化)0 ~# r8 e' l/ X" S

4 O5 Q4 F) J9 I) h$ e9 E  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 S7 C, ?/ K' w8 y1 A9 q$ I

( z: P4 D. Y+ }+ d5 b+ |7 i6 H3 生产应用
. r7 T1 C0 x1 W  B! p
8 O0 I( c, S8 ~% d. Q2 k  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。0 @, e) C8 ^1 P: 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。
1 c5 B4 D( R' E$ B6 A% ~( X4 o, T1 \' 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。* G3 }) |8 x, |' r! p0 N0 L  `5 p
6 Q" s4 b$ ~8 z$ r! L# x- 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。+ T$ u9 H$ O* J. B7 ^
# }: E7 F1 m% \
4 几点体会
4 Y# L! L* j- c3 E& \5 n7 {- O: u) _9 s+ [
  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℃。+ Q% _# D# ^, Y% }* @, x
  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。8 P# I% o9 t- |& {/ {7 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。, n" ]* v$ W, V: r/ D! ~
  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。
) h! X" Y# ]) A) r8 |9 T  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。6 _1 v% g. ]7 H& A4 Q2 j
  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。  C; r6 f8 ~) u
  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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