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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。 6 z2 Y! g3 p! ?+ @! ^
1 试验( i5 e# [1 d5 i# |# D1 X
1 Y/ |+ S5 K5 V: \' q; b4 q
1.1 试验仪器与试剂
4 l) D/ I" P/ [) b) O" u 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。 E0 D) L# D5 Z, l* d" n
1.2 试验条件及方法; j3 J- {* G) m2 l0 X
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。: y, Q! T* C! ?. M- R' n
1.3 试验结果& V+ j& K* O8 ] V/ r1 w( l
1.3.1 聚丙烯酰胺最佳投量& s, }3 z( `! T" J+ h P
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。$ [# h$ x! P5 p. w, b
2 Y& s% ^. I2 R6 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
3 C8 F1 e ?* r+ u. Q2 D/ WA1 3 0 很细 0.30 9.6 6.6
4 P# v- u1 T* KA2 3 0.01 很细 0.38 4.9 6.6 # [: a, {5 L {% a+ \' B/ _
A3 3 0.03 大、实 0.57 3.1 6.6
. }7 h4 `. R6 M, ^: }3 KA4 3 0.06 较大、重 0.83 3.0 6.6
7 ]1 J6 p8 ^# O+ w) ~A5 3 0.10 很大、重 1.70 3.2 6.6
. m9 k+ H' M- B! w! LA6 3 0.30 很大、重 3.12 3.1 6.6 : `6 S! r0 S& @8 D. a
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 + e( b; W4 Y' ~1 d4 g/ p( D. p9 V
A8 3 1.00 2.9 6.6 7 ~7 `6 P7 r3 k; h! Z
B1 5 0 很细 0.30 7.2 7.5
! M% Z4 a. B! K K2 R4 LB2 5 0.10 很细 0.32 2.8 7.5
" P$ A! u1 h& O& e: o7 M% FB3 5 0.03 大、实 0.83 2.9 7.5 % I* Z8 I1 I1 U
B4 5 0.06 较大、重 3.12 7.2 7.5 , W; W P; t7 O' F3 O' U" T
B5 5 0.10 很大、重工业 4.17 6.9 7.5
7 d+ n( ]* Q8 ]( I" h) ZB6 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
# R& J0 h# A9 S" h( GB7 5 0.60 2.8 7.5 ; H& d; G& h* }8 \; G& E' K
B8 5 1.00 2.9 7.5 * d, `+ h0 l7 J( N1 S
C1 20 0 很细、轻 0.23 13.6 7.2
]0 L: d3 U; n; N5 K1 R/ y, \: Q+ VC2 20 0.01 很细、径 0.23 13.0 7.2
& R6 m0 H1 h% e2 ~! l) J2 Q9 M1 [" ~C3 20 0.03 大、实 0.52 5.0 7.2
6 i/ U9 D, H! x+ bC4 20 0.06 较大、重 0.83 4.1 7.2 ( n: g% U2 {- [. U8 n
C5 20 0.10 很大、重 1.14 3.8 7.2
. F# i0 F0 G9 C3 r1 hC6 20 0.30 很大、重 1.39 2.5 7.2
6 ?, T4 u4 L+ G9 I' D# b& GC7 20 0.60 加入4min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
. q% c9 Y: @- w: t' m' G! z% |, hC8 20 1.00 加入3min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2 , Q3 A1 ^; S4 n9 G: V
注 A1—A8 烧杯中原水浊度1063NTU,原水PH值6.6,原水温度25℃& I5 H l3 ?1 w: d9 ^5 u& O8 ]4 p
B1—B8 烧杯中原水浊度2073NTU,原水PH值7.5,原水温度26℃ ; @& N, t* n/ [& l4 t( ]) D6 Y
' e$ ], Y% p% `$ `6 w% L' D" i6 T4 d1.3.2 助凝剂最佳投加点& e/ d' m5 x9 o2 K5 N+ 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。
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5 J, \: ~9 M6 e, [表2 聚丙烯酰胺最佳投入点试验结果 杯号 1 2 3 4 5 6 , v/ }4 e$ y9 B" K3 c, l' r
固体聚合氯化铝投加量(mg/L) 4 4 4 4 4 4
0 A0 }* Q, v4 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 ( E* C& G# n1 l6 }
助凝剂投入后搅拌时间(min) 13 10 8 6 4 2 7 Y7 m8 `2 B; v* _( e- i
矾花描述 很细 细小、轻 细小、轻 大、结实 大、结实 细小、轻 / Z1 d3 O. C7 O- ]+ P
混液面沉速(mm/s) 0.33 0.42 0.50 0.72 0.69 0.48 - X L8 x! y& c
上清液浊度(NTU) 9.0 7.8 5.5 3.0 3.4 6.0
2 L* X8 C8 L) F: w: B. g上清液PH值 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6
! H7 q: E& ~ J* y注 1 原水浊度:1390NTU;原水PH值:7.6;原水温度:25℃, }- r p; b4 V
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
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2 聚丙烯酰胺水解(碱化)" d5 Q3 G) G. s1 d) p' L0 d" t9 T
% W: M: D& O- u# O3 B5 m; t 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。
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" v3 p" {8 A2 p& ?- d3 生产应用
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5 k+ X$ Y, h8 |. P% s$ 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。, o0 Y8 E' J# _# V2 M9 K/ |4 |) {) r
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。" X) u3 W4 K3 Y4 v
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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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。
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4 几点体会$ ]" S/ O' W" T3 T' N
- A8 G# z T, @: M+ p 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 c$ R, }; F7 V( K 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。
6 A8 n( I: a* S: D 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。$ i/ A7 ^' g: Y& Z2 r% T/ R
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。
8 R" J! A& k) u- \& Z4 g, h8 [ 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。
' i4 @8 `1 ? x+ P 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。
7 H: W3 w' `+ a$ Z* t( N9 K! I 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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