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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。
! x9 C0 G2 q3 `) K2 ?. j' T1 试验7 G  l7 r1 v! G6 ]+ r5 D6 _
& K; m3 F9 @  P
1.1 试验仪器与试剂9 Y; j; ^6 {6 y* l7 N; Y+ ~% u
  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。
9 e; `! c% t" _! A3 V. N# q1.2 试验条件及方法
: m) i6 `/ T9 ?; |  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。
# |, M: L  A, J8 C1.3 试验结果
' e9 G$ f! u" Q6 g& u$ l2 x1.3.1 聚丙烯酰胺最佳投量- y+ j8 d; ]* }; j; B
  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 ~5 p; M4 J6 n) k' [
, S% T2 s  X5 o5 Q% m( G) l4 B8 M
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 9 }' p$ b* O! p, f& L( d  X
A1 3 0 很细 0.30 9.6 6.6 $ I* ^- H) b- U8 O0 h2 X) [
A2 3 0.01 很细 0.38 4.9 6.6 ' h6 p0 c; _5 _6 o, y4 I# Z
A3 3 0.03 大、实 0.57 3.1 6.6
. s; ~; @; @1 [3 T6 x- H* zA4 3 0.06 较大、重 0.83 3.0 6.6 ( X; l1 X& J1 E7 t6 W6 T
A5 3 0.10 很大、重 1.70 3.2 6.6 $ M9 m' a( b7 Y1 S$ y8 n
A6 3 0.30 很大、重 3.12 3.1 6.6 $ N, m* ?1 B% [5 v: {! ]2 K
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
+ K5 Q" ?) |( a0 VA8 3 1.00 2.9 6.6
  Y' ?0 _$ E- U+ b  c! ^% OB1 5 0 很细 0.30 7.2 7.5
+ g- L1 O; k- u6 o# b+ @B2 5 0.10 很细 0.32 2.8 7.5
, n2 U4 c0 z  t! t7 P3 _; TB3 5 0.03 大、实 0.83 2.9 7.5 3 J; K  c4 J$ F9 n  C
B4 5 0.06 较大、重 3.12 7.2 7.5
/ }/ Q) w" D, UB5 5 0.10 很大、重工业 4.17 6.9 7.5
) m8 \! x; a( b+ t3 m, Q& j7 Z" }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
0 g2 {* J/ y9 iB7 5 0.60 2.8 7.5
! O0 U/ `( v: j7 \$ [! ?& PB8 5 1.00 2.9 7.5 : c" a: u5 ?+ z- X1 m
C1 20 0 很细、轻 0.23 13.6 7.2
; I, Q5 F1 ]) _& g0 \C2 20 0.01 很细、径 0.23 13.0 7.2
" E" K: b0 @4 z. e+ F5 {C3 20 0.03 大、实 0.52 5.0 7.2
8 `1 Z, z! |' TC4 20 0.06 较大、重 0.83 4.1 7.2 + H/ N6 M: Z5 W* c
C5 20 0.10 很大、重 1.14 3.8 7.2
! s% S9 G4 W  l! H; n! GC6 20 0.30 很大、重 1.39 2.5 7.2
  }  d& ]6 x$ L  d4 NC7 20 0.60 加入4min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
2 P. `; q$ a& G" {/ UC8 20 1.00 加入3min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
- Z5 _; f0 k8 [* I$ ~1 d- J1 W& G注 A1—A8 烧杯中原水浊度1063NTU,原水PH值6.6,原水温度25℃
: N$ ^, c  S7 ZB1—B8 烧杯中原水浊度2073NTU,原水PH值7.5,原水温度26℃ : T  E. l# \4 b$ z

  R2 I2 b5 Q* C5 p1.3.2 助凝剂最佳投加点
) K) p( \$ M$ h4 ^4 ~$ e  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 X  s/ L! _" a; o
- S( @! [6 V: ^7 J6 n9 ~) \
表2 聚丙烯酰胺最佳投入点试验结果 杯号 1 2 3 4 5 6
1 W- d2 T, _! g' p2 G, X固体聚合氯化铝投加量(mg/L) 4 4 4 4 4 4 ' P- Z/ p! s; M( J
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& _" k8 f9 z5 @8 U8 `9 P( Y7 v助凝剂投入后搅拌时间(min) 13 10 8 6 4 2 0 Q) }' |4 }) j9 M
矾花描述 很细 细小、轻 细小、轻 大、结实 大、结实 细小、轻 : b9 `) `; ~# }; r# h- H8 [7 H
混液面沉速(mm/s) 0.33 0.42 0.50 0.72 0.69 0.48 - X5 v" r& g, H+ C' S
上清液浊度(NTU) 9.0 7.8 5.5 3.0 3.4 6.0
' y& @2 }: |) ]* V3 C& k3 I% U上清液PH值 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 & O* X: f9 [! m
注 1 原水浊度:1390NTU;原水PH值:7.6;原水温度:25℃
; `; F3 Q9 M! L6 |  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 7 L/ f2 j7 b  j" o$ @& |
8 @4 K! C$ |7 `+ y
2 聚丙烯酰胺水解(碱化)0 j6 g; e9 w" w) O0 d+ g( z

9 C% ?: c9 @9 W$ T. M( s5 S: q0 `* ?  Z  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。6 Y% ?4 u0 w9 b% O
1 x; ]+ P+ H( c9 g) h/ _' V2 @) b. l
3 生产应用
# ]; q1 i- O; ^5 j
" _6 f8 o) k7 x9 V  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。3 W' _2 z( x% W0 B" q
  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 U4 B) w: k/ o8 d6 a) r
  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。
. L+ q  E+ D7 j
5 j( e! P9 f2 q5 J) q! a  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。3 q1 b9 S/ d- z

. K1 p$ w3 |" ~  z* T0 D- L) H. Q4 几点体会
  ^4 C9 T/ q! j' B) D/ Z% p6 U7 s2 k: d0 M! Z" Q$ {
  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℃。& f$ l+ F; G& g$ K
  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。
% B" R' `& k! W. U  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 _, g* Y: g9 D
  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。
  i) ]3 H" H" O* z5 z3 l1 ~  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 F) ?; Z- Y8 `6 P
  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。" }  Q5 G: L: N2 N( S
  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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