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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$ A. P1 |+ C  Z
1 试验4 Q& W9 O1 k+ }1 X$ Z( n0 m* b
$ k; f) A% ?0 c
1.1 试验仪器与试剂1 P2 F6 L! t* M/ @& j$ b) b" c
  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。
* g5 t# o% H9 v/ b; D1.2 试验条件及方法  Y- Z/ ^- K- u4 Q
  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。7 F: F- E. H$ S) A
1.3 试验结果
, z3 B" _2 R/ x0 D  g  C3 P* t1.3.1 聚丙烯酰胺最佳投量: W( A" _6 x+ u; B- `' O: b# l
  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。" `0 S- t2 p8 H- P1 m, Y
6 f3 ~( }! C+ d) X5 o- b( C2 o
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
/ N! P5 I2 e7 O. I- MA1 3 0 很细 0.30 9.6 6.6 & y9 V1 q1 }7 P) z1 `& x& e4 }
A2 3 0.01 很细 0.38 4.9 6.6 ( k- l1 y; Y% g
A3 3 0.03 大、实 0.57 3.1 6.6 4 ?) T9 z% k; x6 l& H' b
A4 3 0.06 较大、重 0.83 3.0 6.6
4 h2 m+ m* y* u' `( ~. CA5 3 0.10 很大、重 1.70 3.2 6.6
, Q+ \4 V8 m$ b( w) g4 U" W. QA6 3 0.30 很大、重 3.12 3.1 6.6   X6 w4 R# S* j& w
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 7 f+ Z5 t9 b9 d# f+ z) B) O4 Y
A8 3 1.00 2.9 6.6
+ F4 o7 Z; \% z9 q2 S5 mB1 5 0 很细 0.30 7.2 7.5 + r: W3 Y  i) e
B2 5 0.10 很细 0.32 2.8 7.5 ' U# O8 C6 @. L: C
B3 5 0.03 大、实 0.83 2.9 7.5 $ Z5 r3 P  k' M! a! {- n, M
B4 5 0.06 较大、重 3.12 7.2 7.5 5 N) z! r- V. _! T7 B* x
B5 5 0.10 很大、重工业 4.17 6.9 7.5 5 B1 R$ k+ \: K% @) Z) v
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 # l6 Q2 A% h0 H- z' L! m
B7 5 0.60 2.8 7.5
& W  [6 l) K( C- L2 W+ KB8 5 1.00 2.9 7.5
* p  a( |$ y) O; XC1 20 0 很细、轻 0.23 13.6 7.2 ; `& c9 n: K8 ]5 n0 e
C2 20 0.01 很细、径 0.23 13.0 7.2
3 d" X3 {( ]* \/ ~& QC3 20 0.03 大、实 0.52 5.0 7.2 $ E' I" n; U' K$ j. W1 S
C4 20 0.06 较大、重 0.83 4.1 7.2 + [5 c+ k# N, h4 ^
C5 20 0.10 很大、重 1.14 3.8 7.2 9 Y, ?* y8 s2 h9 p8 W0 c4 f
C6 20 0.30 很大、重 1.39 2.5 7.2
$ y# a% ^, n. d& \5 bC7 20 0.60 加入4min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2 0 ~) B* Y5 o/ e
C8 20 1.00 加入3min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2 9 f& R6 D+ M% e! b+ o- E
注 A1—A8 烧杯中原水浊度1063NTU,原水PH值6.6,原水温度25℃1 @; s6 w# e( F$ M- l1 Y
B1—B8 烧杯中原水浊度2073NTU,原水PH值7.5,原水温度26℃ 3 _4 K& [! n* |  L- h$ P
7 ]) @1 f3 w  _; s! R0 w
1.3.2 助凝剂最佳投加点
; S1 e2 Q1 a4 C9 j: k' D  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。2 g9 t% s0 u3 K1 M4 q7 l" N& y

/ r$ O) j( V6 T6 U, U表2 聚丙烯酰胺最佳投入点试验结果 杯号 1 2 3 4 5 6
* I# r7 m8 ]2 H/ s固体聚合氯化铝投加量(mg/L) 4 4 4 4 4 4
+ o, O: @1 C$ x* X' b固体聚丙烯酰胺投加量(mg/L) 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05
. |% B3 u: q/ Z0 B" D助凝剂投入后搅拌时间(min) 13 10 8 6 4 2
  ~- C, i: S& k5 f( |# s# O矾花描述 很细 细小、轻 细小、轻 大、结实 大、结实 细小、轻
1 P- J8 N0 [' Q混液面沉速(mm/s) 0.33 0.42 0.50 0.72 0.69 0.48
& p: p' u! E' T. [$ ?上清液浊度(NTU) 9.0 7.8 5.5 3.0 3.4 6.0 9 N# P% Z$ q+ c0 q9 v6 I% j$ b  i
上清液PH值 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6
/ R) c; Z# A+ d4 _7 q$ d注 1 原水浊度:1390NTU;原水PH值:7.6;原水温度:25℃
+ Y0 d. h6 W0 _5 A4 M" 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 : b& H% Q2 g+ H! Y4 \  @

( _& G# D, m6 [, ?( o% r/ C2 聚丙烯酰胺水解(碱化)
9 g$ X  ^0 B, r5 |
" p8 P  r& v/ l% @) M( W3 ~  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。
2 \/ E0 U  i- j1 ?3 f: u9 J" _  x- S& Z8 d- k
3 生产应用
* Y3 t3 |: }2 S, J' W4 w3 `6 I/ u, ]# `- u" n8 U
  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。
! |; k/ W! }# B6 i  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。
: A# O" g$ V3 t9 u- b' 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。
5 [3 }  S3 b) r
- I: `+ x/ D3 E$ O1 i% n# g  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。
* A  K: |. T, ]& S; V$ U4 n+ W) m' R  J1 M- D
4 几点体会! C- e5 w& M. ~7 Q
  F! L( V5 g# Q  {1 F0 F: t; 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℃。' w4 r, y7 s8 E0 P' p* v+ c: b. F
  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。# h3 `# @9 m+ d+ }8 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。4 b' J- z- l/ R7 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。& o$ d, [: ^+ Y9 \0 M# E
  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。- Q+ L, ^7 g8 Y7 S+ r
  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。
% d6 p  I6 s. T8 c  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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