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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。 9 R. G4 T" U' j/ I0 k
1 试验8 _; w2 F- R+ |! X5 l s: A/ @
8 [$ ^+ n) p' x% ~& W. d* |. z7 L$ \1.1 试验仪器与试剂) _* t) Y; x# Q* I$ F0 T9 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。
# s3 ]9 D8 z4 {" M1.2 试验条件及方法
: U. b7 g Q1 p- 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。
) }* N1 D( u9 ?' P% B1.3 试验结果 W8 Z+ s, ?8 u8 h
1.3.1 聚丙烯酰胺最佳投量 P5 s, c* ?9 k1 [* N! c
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。
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3 Y. G( |, R* _' N, b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
* ^* {) A, p, ~$ {0 eA1 3 0 很细 0.30 9.6 6.6 3 T+ S4 ]7 e- B3 [- e* z
A2 3 0.01 很细 0.38 4.9 6.6
5 v% d, O* M# U0 `/ U2 _) B/ |8 m" fA3 3 0.03 大、实 0.57 3.1 6.6
( M* L! r6 M- T& qA4 3 0.06 较大、重 0.83 3.0 6.6
% [/ g, e, B3 B, k; bA5 3 0.10 很大、重 1.70 3.2 6.6
I8 b+ g1 X2 Z7 r: H4 KA6 3 0.30 很大、重 3.12 3.1 6.6 , F- d% C5 e4 j. e% N
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 0 f8 d/ _+ S( w+ z0 i
A8 3 1.00 2.9 6.6 " H+ ~+ l$ r+ N% `6 e( \
B1 5 0 很细 0.30 7.2 7.5
0 |: I7 S8 E+ a$ t* d4 PB2 5 0.10 很细 0.32 2.8 7.5
p' F9 m5 S+ A1 w! BB3 5 0.03 大、实 0.83 2.9 7.5
0 o/ H. }2 ?9 m0 B) sB4 5 0.06 较大、重 3.12 7.2 7.5
3 G1 a1 ^3 J% i% lB5 5 0.10 很大、重工业 4.17 6.9 7.5 " p$ X5 P5 C$ j8 {/ U
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
) n0 X- L0 l$ @# R$ NB7 5 0.60 2.8 7.5
( Q v i0 H P1 \. d8 |3 r( LB8 5 1.00 2.9 7.5
/ c0 w1 j% i, c' gC1 20 0 很细、轻 0.23 13.6 7.2
) L: ~/ `+ z1 Q* h: o% N, \' aC2 20 0.01 很细、径 0.23 13.0 7.2
% }1 v3 n7 }4 J7 U# y. \! p8 B( w$ @C3 20 0.03 大、实 0.52 5.0 7.2 3 S7 c7 L3 N: ^
C4 20 0.06 较大、重 0.83 4.1 7.2
+ \" ~1 x' e& D8 ]3 ZC5 20 0.10 很大、重 1.14 3.8 7.2 t) A+ i' p+ j" ? N
C6 20 0.30 很大、重 1.39 2.5 7.2 ! o0 J0 @# ~5 E" `+ g
C7 20 0.60 加入4min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
! G/ K) V* E0 b2 G$ C8 l. r$ AC8 20 1.00 加入3min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2 * u' O0 R6 M8 i! R* ?; Y: o D) z/ F
注 A1—A8 烧杯中原水浊度1063NTU,原水PH值6.6,原水温度25℃- ^& I0 c0 ^: R/ A- x
B1—B8 烧杯中原水浊度2073NTU,原水PH值7.5,原水温度26℃ : g8 ^' a' o' j4 [+ n9 K
9 F3 v" f' d, v" ^) ?4 q
1.3.2 助凝剂最佳投加点
, z; P: O; g3 \ b% Z$ R/ W9 M: `" ` 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。% N, Q! J8 y/ C- F/ I! e& _
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表2 聚丙烯酰胺最佳投入点试验结果 杯号 1 2 3 4 5 6
! l7 g+ u3 ]2 H3 ~* }: S3 c固体聚合氯化铝投加量(mg/L) 4 4 4 4 4 4 - Y: L0 c/ H) q6 C$ L3 w4 a
固体聚丙烯酰胺投加量(mg/L) 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 ; T1 i! i: ~5 o% F
助凝剂投入后搅拌时间(min) 13 10 8 6 4 2
3 m7 B5 P1 Y+ C9 S( ~6 a矾花描述 很细 细小、轻 细小、轻 大、结实 大、结实 细小、轻 ' v. B) g6 u! g& a$ ?8 \3 \9 p
混液面沉速(mm/s) 0.33 0.42 0.50 0.72 0.69 0.48 ) _& F- ^; B+ S
上清液浊度(NTU) 9.0 7.8 5.5 3.0 3.4 6.0
$ |, v- S/ ^ D# W7 ?5 }1 o上清液PH值 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 0 J3 z# T X9 _% b- L
注 1 原水浊度:1390NTU;原水PH值:7.6;原水温度:25℃
4 J1 R9 y6 ~( b' [ 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 + u) S/ \2 l% R% o# a
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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。; }' t, n+ l/ e; J
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3 生产应用
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Q T5 \" r$ I% x% C% u) I 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。
) r+ d3 k, i: K% k: ^ 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。$ _+ |: i) _3 R9 `' W: m8 J4 O1 c1 `
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。3 o) O- F0 l( E6 V
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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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9 C9 E i1 x2 Z" y4 几点体会# ^* Y8 V0 @' e! O6 H) v
9 J' ?- T1 `- C! d& X! J 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℃。/ b* f: c m( m2 z0 Q9 u6 d! Z( ?
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。0 Q5 y' @+ A3 t$ H; P
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。
: M. k& L) q' D4 |7 w9 y% s 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。
1 s) B; v+ ]+ A+ U& k( b z$ ^( ~ 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。0 I& P7 e1 Q! E7 S7 n. d3 g+ e; i7 I5 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。 M+ f& x* T- w- W" I
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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