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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。 / X& O* @' g1 D; g! j
1 试验
# l# \  M- c% }6 Y/ Y
; v; ^" W; {" O1.1 试验仪器与试剂5 c. H9 M& `% I8 Y9 }1 ?+ b# w" T) h& G
  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。. _' i* B1 L+ e( F& a2 d9 D
1.2 试验条件及方法; \4 {) V2 f& }5 r% |3 n8 @
  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。3 D; s) q- W% A: R; Y: x. V/ [
1.3 试验结果8 U6 ]% ^& u" }+ }1 z" Q8 u, n3 _
1.3.1 聚丙烯酰胺最佳投量6 A! P  Q+ }8 w& [, W6 O6 v6 _  N& h
  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。
+ f4 v2 X" X8 q9 i4 a7 H  ?' ^1 _  H4 ~: U# m+ S1 D- B$ 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
: C1 K5 q9 a5 @3 ^1 ^7 |- aA1 3 0 很细 0.30 9.6 6.6 , [  C* w, k6 F1 f: {/ x4 J0 w
A2 3 0.01 很细 0.38 4.9 6.6   I+ r( k. S- n5 h) M
A3 3 0.03 大、实 0.57 3.1 6.6
0 T9 r  X+ P4 W9 V, p7 [. iA4 3 0.06 较大、重 0.83 3.0 6.6 % F0 }3 {9 X$ G- v
A5 3 0.10 很大、重 1.70 3.2 6.6 ' b8 k- ]8 R& n2 x  F4 g
A6 3 0.30 很大、重 3.12 3.1 6.6 * ?7 J- `4 |' T6 O4 F0 l; B  ?
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 / G' Z4 x: b* E4 S; A" n. E
A8 3 1.00 2.9 6.6
) K! W( U& |" ?8 nB1 5 0 很细 0.30 7.2 7.5 - V2 \+ U: h7 e- [" S
B2 5 0.10 很细 0.32 2.8 7.5
4 v& M8 X- H6 I4 _B3 5 0.03 大、实 0.83 2.9 7.5
* O, o! K! _5 q/ m$ x8 t- M2 eB4 5 0.06 较大、重 3.12 7.2 7.5
! G+ k$ e, u' t  y2 dB5 5 0.10 很大、重工业 4.17 6.9 7.5
7 [' [! D: r7 ]2 M2 mB6 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
% i2 G8 _. Y2 d# L% [, W' FB7 5 0.60 2.8 7.5
  u( b* d( I3 }: z$ eB8 5 1.00 2.9 7.5 * ~  [- E' a2 f
C1 20 0 很细、轻 0.23 13.6 7.2 " G' m8 ?) ]% Y% ^  _8 Y5 L$ b8 X
C2 20 0.01 很细、径 0.23 13.0 7.2 + |/ L5 }% M" |  X* {
C3 20 0.03 大、实 0.52 5.0 7.2 * ^" N: P# U4 q% s: V) _3 ~6 [5 e. m
C4 20 0.06 较大、重 0.83 4.1 7.2 & j. S; I! z  c3 W& v' @
C5 20 0.10 很大、重 1.14 3.8 7.2
5 h1 U" `5 X4 r9 c0 v0 YC6 20 0.30 很大、重 1.39 2.5 7.2
$ N8 M9 J! i; G, M, D, c& r8 V3 rC7 20 0.60 加入4min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
2 z. o% H2 T8 H8 {' v: z+ TC8 20 1.00 加入3min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
* E2 Y2 d+ _2 v1 }4 d注 A1—A8 烧杯中原水浊度1063NTU,原水PH值6.6,原水温度25℃3 K2 N1 f* K: r: Z' n" @# B
B1—B8 烧杯中原水浊度2073NTU,原水PH值7.5,原水温度26℃ & I; {# p4 }8 m. X& e# ?; j

4 d9 j- _4 m: K: n' \1.3.2 助凝剂最佳投加点
# K; m$ p! \) L: j# h  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。; @; x: v' ]$ f
9 J2 h. c( M+ r: Y: ~
表2 聚丙烯酰胺最佳投入点试验结果 杯号 1 2 3 4 5 6 ( d! y0 Q+ W0 c: U
固体聚合氯化铝投加量(mg/L) 4 4 4 4 4 4
& m2 t& T2 ^: p) X% ^$ a3 c; N固体聚丙烯酰胺投加量(mg/L) 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 - q- N; _# W# A* E4 x2 D& W6 g
助凝剂投入后搅拌时间(min) 13 10 8 6 4 2 - }" b2 B# L$ p. E
矾花描述 很细 细小、轻 细小、轻 大、结实 大、结实 细小、轻
& Q/ B' t% q' q混液面沉速(mm/s) 0.33 0.42 0.50 0.72 0.69 0.48
5 a# _6 I7 `" P" _/ Q; H% u: h8 f上清液浊度(NTU) 9.0 7.8 5.5 3.0 3.4 6.0
: w4 L7 U( T6 B上清液PH值 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6   `) x7 f% c/ V. ]* K" k8 v1 A& y
注 1 原水浊度:1390NTU;原水PH值:7.6;原水温度:25℃
$ z3 J6 D0 f* O( e5 n9 g. _  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
* z5 G, ?% N. g! U: {8 D9 I+ i" ^( T+ |
2 聚丙烯酰胺水解(碱化)3 N$ I+ Y5 {6 [- V6 C1 I, U
8 |5 |/ P. o) @, t! _7 {
  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。" c( j" ~8 f  [* ?, q
% T! X9 b. I( g
3 生产应用" E2 J) u* U- `2 \5 p

. P* O9 O7 v- O5 G  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。( m) \1 C9 p) ^# u# G- I* v
  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。9 M$ u. P9 B7 u2 ~4 C
  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- x3 |+ F' A! x) v
$ W' N% U8 k: r( K9 \% z( o- p
  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。
; m4 X/ a+ A3 @' R8 [% x/ {6 e/ e
+ {) {+ z% ~' m4 几点体会. o$ t5 ~- Z5 }* ~8 m- J, ~9 r, V5 X) i: {
: U6 ?4 w( r1 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℃。
+ @) \$ H8 r" E4 C' i" T  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。* A# E5 H" }* G8 f. l' S
  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。9 I4 L7 y  N3 y: k1 P* 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。( k; R% ^2 Y' z8 C, k8 H- ?
  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。
" x2 C) u5 l. K7 e  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。
' W0 J( m8 W! l& q# b3 }1 g  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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