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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。
1 S; u4 r0 c* \1 U; [1 试验3 S G' d! P o: r
4 j! m- ?. L8 o
1.1 试验仪器与试剂( K1 [/ d/ J& K5 _7 U7 ]5 F' T, j
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 T1 w8 T. A1.2 试验条件及方法. ?2 J$ R7 C, t5 A
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。. |/ G4 P; _" M/ `0 b3 a" m
1.3 试验结果
% ]; y2 |- O: @/ v7 }4 e1.3.1 聚丙烯酰胺最佳投量
: w0 O$ t7 _: O( z 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" M8 g' }+ O, ]9 X9 X
' E# [+ U% U8 I0 m1 w8 C1 G
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 V( [& j" u, Q4 |7 C
A1 3 0 很细 0.30 9.6 6.6 , a/ B& v; d7 q2 O$ [
A2 3 0.01 很细 0.38 4.9 6.6
( S. Y# i/ h5 X J' i3 `# B' DA3 3 0.03 大、实 0.57 3.1 6.6
/ H. R2 j4 T1 d* C4 YA4 3 0.06 较大、重 0.83 3.0 6.6
6 `, F5 p: ?( u: Q; }2 gA5 3 0.10 很大、重 1.70 3.2 6.6
& U% c' I$ ?8 t+ R- g: {A6 3 0.30 很大、重 3.12 3.1 6.6 , w+ A; ]: t& X1 p' V9 D
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# z# D5 ~3 F7 i0 u, I/ _6 rA8 3 1.00 2.9 6.6 2 O) z5 U4 X; j; D) E; A8 Z
B1 5 0 很细 0.30 7.2 7.5 ; y) _* _4 e y% R) D) N
B2 5 0.10 很细 0.32 2.8 7.5
, O: V/ _5 @1 KB3 5 0.03 大、实 0.83 2.9 7.5 ' I5 V1 q2 C4 _( a$ U
B4 5 0.06 较大、重 3.12 7.2 7.5 & ]& _/ m% b4 I+ p' b. w
B5 5 0.10 很大、重工业 4.17 6.9 7.5
, ^2 J/ ], c: g qB6 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 % F# }$ k$ H+ ^, a: s4 l! w
B7 5 0.60 2.8 7.5
3 E4 E# ?; I' x* u" D: zB8 5 1.00 2.9 7.5
$ H% ^, y! P) Z; _C1 20 0 很细、轻 0.23 13.6 7.2 0 A! g+ Y' a$ c3 k
C2 20 0.01 很细、径 0.23 13.0 7.2
6 h5 v; j, y% i1 { [6 OC3 20 0.03 大、实 0.52 5.0 7.2 8 a$ ?# \& d5 i9 g
C4 20 0.06 较大、重 0.83 4.1 7.2 5 ^& e. ~9 y; f8 K' a
C5 20 0.10 很大、重 1.14 3.8 7.2
3 e$ q! B1 C" }" g1 E' [C6 20 0.30 很大、重 1.39 2.5 7.2 / U$ E" Q O0 j# F
C7 20 0.60 加入4min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
: x1 W% j8 }% B* u% |( Z m9 ?C8 20 1.00 加入3min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
4 i9 R1 V2 q6 U5 M注 A1—A8 烧杯中原水浊度1063NTU,原水PH值6.6,原水温度25℃
& F. r4 Z G$ u xB1—B8 烧杯中原水浊度2073NTU,原水PH值7.5,原水温度26℃ # T% B0 m0 v2 a$ E, w1 a; i
, G+ J% D; i' f1 d% @- \8 M' ~% x+ A1.3.2 助凝剂最佳投加点
0 W9 E7 `+ r! a* v5 ` 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。9 [7 a& b. w) |- c. T9 b- l
7 c, q& b/ `) M6 ?4 |, X5 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 ' p' F0 u. i% r+ R P: W8 A+ o
固体聚合氯化铝投加量(mg/L) 4 4 4 4 4 4
7 P7 \% X6 }* q* \9 X; m固体聚丙烯酰胺投加量(mg/L) 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05
/ n b6 U0 I: Z6 g. a3 C助凝剂投入后搅拌时间(min) 13 10 8 6 4 2
. M$ ]$ T- u+ q- V矾花描述 很细 细小、轻 细小、轻 大、结实 大、结实 细小、轻 ! V! P% o* m& A
混液面沉速(mm/s) 0.33 0.42 0.50 0.72 0.69 0.48
: |4 V5 T4 Q6 M9 `上清液浊度(NTU) 9.0 7.8 5.5 3.0 3.4 6.0
* f+ ~1 G( H% c2 q- \0 i上清液PH值 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6
; ?0 ~$ e# y! }: _$ K% b- _注 1 原水浊度:1390NTU;原水PH值:7.6;原水温度:25℃! a8 I% q7 b9 ]' j( p. o9 S) A
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)
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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。 ^' p2 W8 \6 b: H
( h% d: |1 b/ ]/ ?* G4 f3 生产应用, i% e1 n5 {' F3 p' U5 k8 s
* U5 ], q5 S& P. q/ f 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。
8 P5 L0 J5 O1 E7 ] 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。
$ ]' s# O" t/ o3 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。/ F( k' X, y% H% V" N
) C# p3 M M0 _% ? 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 q) w$ R# M& h3 {7 h
- F& u6 [9 i; s8 d" s4 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℃。* K9 n( A) e5 A* }$ z4 l+ 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。
: p$ H0 X# a! W- c 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。
& l, d& N4 k: J" i# ` 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。
! U$ V* K# @; o: q+ g: A5 G8 \ 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。8 }1 O2 B" `) G& z0 S( w3 O, b
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。: v- `5 J T7 G: D2 w+ I3 @
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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