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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。 / z7 W$ N# P- u4 x: M: R. I9 \
1 试验$ J7 U: ]3 B$ R
/ E3 D) E) |- c4 j2 \1.1 试验仪器与试剂
7 _7 [9 Y9 V" H8 S6 @/ 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。
* d) {0 O0 n( d. G/ Z. N7 q1.2 试验条件及方法6 V! b7 G, U" |/ 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。
\4 n# a+ ]% _1 j: t1.3 试验结果+ ?1 ~5 m* D" B3 C: V
1.3.1 聚丙烯酰胺最佳投量
4 D5 p) n/ B4 r( B' Q 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。; j0 b; U5 i8 L
o: {& v8 T* x" Z
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
4 U1 {- u# P0 L, G& ?# y7 FA1 3 0 很细 0.30 9.6 6.6
/ k4 Q* z4 H, W0 BA2 3 0.01 很细 0.38 4.9 6.6 ! {6 `1 c$ R$ r" [/ L4 l- y8 Z& J
A3 3 0.03 大、实 0.57 3.1 6.6 , n: X8 q$ O7 A8 a9 \# V
A4 3 0.06 较大、重 0.83 3.0 6.6
6 {2 k9 @; m" u1 e5 {2 H! l3 \A5 3 0.10 很大、重 1.70 3.2 6.6
9 B! o5 r. ] A/ ]$ @4 n/ B# z$ R6 f. CA6 3 0.30 很大、重 3.12 3.1 6.6
8 f! T8 Y4 l8 y) M# e1 K2 fA7 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$ W( D0 N2 O: EA8 3 1.00 2.9 6.6 - @( v+ O& A' c+ b
B1 5 0 很细 0.30 7.2 7.5
- w/ P4 q. k- w$ z; L& Y, lB2 5 0.10 很细 0.32 2.8 7.5 " g$ E7 _3 o u: `) S1 r" R
B3 5 0.03 大、实 0.83 2.9 7.5 1 A9 k# ~" Y& w) o7 }3 K. \
B4 5 0.06 较大、重 3.12 7.2 7.5 4 z) d4 e2 e. p& I$ g, u
B5 5 0.10 很大、重工业 4.17 6.9 7.5 7 t' v! B* G( Z- n2 z% o
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 2 ?( J5 D' g8 T6 R
B7 5 0.60 2.8 7.5 2 u( Y0 X7 S0 e4 \/ i+ o1 g
B8 5 1.00 2.9 7.5
+ ]5 @, _3 X' ?* AC1 20 0 很细、轻 0.23 13.6 7.2 % `: D- D% |+ F0 L
C2 20 0.01 很细、径 0.23 13.0 7.2 + A( ` P) n/ N
C3 20 0.03 大、实 0.52 5.0 7.2
5 i* A* ?2 J. [6 aC4 20 0.06 较大、重 0.83 4.1 7.2
3 C. v$ M- e' O; ^; o+ ?C5 20 0.10 很大、重 1.14 3.8 7.2
. `" X7 ^6 y1 A8 X9 l ~8 i( `C6 20 0.30 很大、重 1.39 2.5 7.2 0 w, J# L% r$ `7 C N
C7 20 0.60 加入4min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
% M7 z8 S$ p% a1 k+ I* b* ~C8 20 1.00 加入3min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
$ u' s. m# j$ L' S- Y) o注 A1—A8 烧杯中原水浊度1063NTU,原水PH值6.6,原水温度25℃. m9 n4 n" q+ V3 i+ k! w
B1—B8 烧杯中原水浊度2073NTU,原水PH值7.5,原水温度26℃
) M( G1 D$ {) a: l
% l0 @$ w; S7 o: V! y, N1.3.2 助凝剂最佳投加点
3 t0 v; b/ x$ V2 [ 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。/ F, r% O8 U- E+ V9 e% U3 K' T% e
c) e; m7 o) w) J# V0 P表2 聚丙烯酰胺最佳投入点试验结果 杯号 1 2 3 4 5 6
0 m/ f% i" [$ U* k固体聚合氯化铝投加量(mg/L) 4 4 4 4 4 4
$ ]/ d" T V+ @' P/ X+ X9 K固体聚丙烯酰胺投加量(mg/L) 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 3 a9 U4 T( v `5 \7 i2 N
助凝剂投入后搅拌时间(min) 13 10 8 6 4 2 8 U a3 F( M, l
矾花描述 很细 细小、轻 细小、轻 大、结实 大、结实 细小、轻 $ C2 G* Y* s$ T, w" q$ v* A
混液面沉速(mm/s) 0.33 0.42 0.50 0.72 0.69 0.48
$ E- R# B# ^5 ^3 E7 K上清液浊度(NTU) 9.0 7.8 5.5 3.0 3.4 6.0 ( G& ^4 B! s. P6 a0 l: J2 d
上清液PH值 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 & r. M. _; ^/ U
注 1 原水浊度:1390NTU;原水PH值:7.6;原水温度:25℃2 R7 R; M3 L* u9 e$ w" N
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 5 w+ I1 e8 c- M
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2 聚丙烯酰胺水解(碱化)) U" r( a/ Z/ c0 Y8 S
! ?' f8 r5 I8 J 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。
* B: a# |, h' H5 S( D
# \( {* Z/ |& o3 生产应用
$ A" F/ t3 d8 c; T9 z1 g4 t3 X6 C) H6 u c- t7 U9 b
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。) X) P+ I4 m, b. t1 s
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。6 _- {* B1 |$ n0 H E* K( o
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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+ n! G, k( q( ?. S+ R4 ` 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) ^6 P: e7 R, V$ @9 t$ s% D
/ z0 V A8 |+ j( ?7 p( ~8 v 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℃。
, D1 G9 e4 \ K( D* z' ?( W 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。' O! x+ d* K1 s: Z5 A, O9 H
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。2 t& c% m" G" H% t9 V9 S0 G3 `: t' z) q
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" L; D, { 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。
) @9 b4 V0 W0 a3 |- @ 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。
8 P; g1 k9 E/ W- l# ~ 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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