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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。 6 L9 p- j. V. R% I& d1 L2 n
1 试验9 J/ n+ Y. m+ g4 z; P

# j% R! ?' s+ C* k8 L& ]9 B% Y1.1 试验仪器与试剂3 I! X' ?. ~# }( ]9 g; M8 F5 E0 k- r
  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 u! l9 n9 u6 J5 |' b. {: i2 a3 O* d
1.2 试验条件及方法8 A9 E+ P; K% {# r9 |
  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。0 K, P# \3 b$ _; c( ?8 n' y
1.3 试验结果
8 v% G* e( o* A1 x& `0 N! i, F1.3.1 聚丙烯酰胺最佳投量
# d, k* q' k+ r: Z9 e: v7 Q$ a  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。/ K+ B5 R/ [. r6 E' S& a
2 z7 K4 h6 w* R
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 * K6 a3 ]- R! t( q
A1 3 0 很细 0.30 9.6 6.6
1 O. A# H1 V: e( cA2 3 0.01 很细 0.38 4.9 6.6 & Q2 c0 }1 o: L
A3 3 0.03 大、实 0.57 3.1 6.6
% V- `( E7 ], ?0 Y' x  j8 i) aA4 3 0.06 较大、重 0.83 3.0 6.6
4 l4 w% x- {1 \$ B1 @# f% I4 }, XA5 3 0.10 很大、重 1.70 3.2 6.6 6 Y1 H4 Q7 J) P% C
A6 3 0.30 很大、重 3.12 3.1 6.6 # d$ q' L# R% @5 f  q- `
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 + }4 o1 z& u+ h1 R% F
A8 3 1.00 2.9 6.6 - X/ F- p* L4 r6 o0 {
B1 5 0 很细 0.30 7.2 7.5
9 `' t) W$ {, b$ rB2 5 0.10 很细 0.32 2.8 7.5
1 S$ A- q* D- ?* RB3 5 0.03 大、实 0.83 2.9 7.5 + i/ {+ e) {" a. l6 x
B4 5 0.06 较大、重 3.12 7.2 7.5
* v7 R0 p) `8 IB5 5 0.10 很大、重工业 4.17 6.9 7.5 . h0 x& Q8 \, d, h  _2 ]1 b9 J4 H
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
1 [' H1 Z' Q0 _7 }. W: n# D2 FB7 5 0.60 2.8 7.5 ; G+ Z% l( Q" u+ Y* T
B8 5 1.00 2.9 7.5 , a( W. f  b7 H3 |; s1 D# V! S
C1 20 0 很细、轻 0.23 13.6 7.2
& y  n& ^  v4 E: n5 S. t6 nC2 20 0.01 很细、径 0.23 13.0 7.2 8 {$ z0 F7 o3 l  u) c( u. @
C3 20 0.03 大、实 0.52 5.0 7.2 # d9 @0 G' T& f% D* D6 H2 p
C4 20 0.06 较大、重 0.83 4.1 7.2
" {/ p' R. M" X! [9 }4 f; xC5 20 0.10 很大、重 1.14 3.8 7.2 3 m" X$ Z/ r$ ~, W: n" v( J
C6 20 0.30 很大、重 1.39 2.5 7.2 2 c# e% O3 |7 |2 c0 ]* \8 y
C7 20 0.60 加入4min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
1 v0 F& Z4 W9 I4 W1 SC8 20 1.00 加入3min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
, W- ~: p3 h4 @2 C8 v  Y  F4 j- v注 A1—A8 烧杯中原水浊度1063NTU,原水PH值6.6,原水温度25℃
) m% s( [( n: EB1—B8 烧杯中原水浊度2073NTU,原水PH值7.5,原水温度26℃
! [3 @) L6 z* F- l) [) h( Z* ~+ _: B
1.3.2 助凝剂最佳投加点
; z8 l& P9 n1 U% b: J/ W  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。+ W- f4 }5 l# w% o4 m2 k8 @* P% g

) K+ q5 T5 {: 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 5 h/ u- ~: I* @" g, l; @
固体聚合氯化铝投加量(mg/L) 4 4 4 4 4 4 ' d6 a' F) i9 |3 N1 U: F* U9 {
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& l9 j( c  E, P& @/ b8 }# n0 l1 U助凝剂投入后搅拌时间(min) 13 10 8 6 4 2
4 Q6 ?) Q: J0 |& S6 t4 _/ {矾花描述 很细 细小、轻 细小、轻 大、结实 大、结实 细小、轻 7 S+ {/ S( @) I
混液面沉速(mm/s) 0.33 0.42 0.50 0.72 0.69 0.48
. R; H5 E" W& i( C& L上清液浊度(NTU) 9.0 7.8 5.5 3.0 3.4 6.0 ; b" a* U9 }5 r+ y3 Y
上清液PH值 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 1 t6 a# D* ]" u1 G* D0 E
注 1 原水浊度:1390NTU;原水PH值:7.6;原水温度:25℃1 r9 T* x, X) 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 6 X1 s' C" ~7 `

% r) A4 R# q& D) C0 i9 F2 聚丙烯酰胺水解(碱化)
  [( w1 b4 R$ z* H0 X# ?
* W+ h7 |1 `% q2 {- V  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。+ Y2 Z5 D! m" U6 S" e) q- m
/ M$ j7 l6 u" ]7 N3 R
3 生产应用
$ _; J! W% a7 D& s( e
: M( W# a: _9 J0 Y. O0 ^6 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。* Y( x" p6 H( h7 k4 _+ c
  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。
3 T4 `% H/ J) {7 H! D( 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。
* Z7 q  h, R) G7 k$ N  H/ E' c6 d, ^2 `; j7 i% @
  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。* n6 c. u5 ^0 W* b/ ~& n

) y7 O) M% n  m8 V0 r" b4 几点体会( \$ X4 y3 @7 X& M

6 u, Z; t: y! a/ Y1 o  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℃。! g4 E, O. ]4 b" E* k- ?2 q/ @& d
  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。
) ^4 K- o' O1 J3 K! k. [4 S6 \" 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。" ^$ [8 s) t1 g, C: |, h
  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。4 E: C+ t: R6 ~" v
  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。
- l/ q( Y6 H  L7 C" F  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。
! u' N0 c  S6 {  W' x  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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