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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。
$ F5 p# ]) g+ v- E, z5 C( R9 M8 ]# | F1 试验
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) E: I+ s: b" W! l c+ ?9 z1.1 试验仪器与试剂
0 h1 g6 _- `+ k; J 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。
" Y4 U2 \( S# O% l7 P1.2 试验条件及方法
1 s% P0 n0 T- J A 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。( A. M+ G: f1 [6 I2 P; V# |! n6 F' ]
1.3 试验结果
- j. _, e/ @0 ^/ J6 h5 ~6 @1.3.1 聚丙烯酰胺最佳投量. |+ I( B) F! `
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。4 f# L8 [/ u# w B
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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 - y+ j' F% O' d! A) S
A1 3 0 很细 0.30 9.6 6.6 . i# c# l! F7 n0 P" p5 i/ N
A2 3 0.01 很细 0.38 4.9 6.6
g( f/ s4 d) C T" _A3 3 0.03 大、实 0.57 3.1 6.6 & p+ A+ B5 S7 D3 j2 t
A4 3 0.06 较大、重 0.83 3.0 6.6 . n: H8 w2 n' d3 I! \ T& V2 U
A5 3 0.10 很大、重 1.70 3.2 6.6 ^/ {8 l3 U6 c" V) O
A6 3 0.30 很大、重 3.12 3.1 6.6 # F* N5 q( }- m+ x
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
% {% l* @6 F9 Q: x% _A8 3 1.00 2.9 6.6 # V, u% \. q3 b7 C" |* ?
B1 5 0 很细 0.30 7.2 7.5 : u7 h( ^ S% K% Y! R5 {/ `1 g7 [) f
B2 5 0.10 很细 0.32 2.8 7.5 - H% b4 Y5 O- `6 _5 j- V
B3 5 0.03 大、实 0.83 2.9 7.5 , ^( j4 Q6 [6 U: ?1 V- o# f+ j
B4 5 0.06 较大、重 3.12 7.2 7.5 ) v+ t6 l0 {7 U8 P
B5 5 0.10 很大、重工业 4.17 6.9 7.5
4 ?- d3 a" w/ _" e. @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 + ^) A/ L$ B# v
B7 5 0.60 2.8 7.5
; o- Y& `. o2 @4 h) E3 @$ }- L! oB8 5 1.00 2.9 7.5
* f) m+ t# ^+ X+ m& t! wC1 20 0 很细、轻 0.23 13.6 7.2 ( X- ]( i: J6 F1 L1 j. f. l
C2 20 0.01 很细、径 0.23 13.0 7.2
5 l. }- w; ?6 H$ @" hC3 20 0.03 大、实 0.52 5.0 7.2 ( M) X, R3 U* V# r" [+ `
C4 20 0.06 较大、重 0.83 4.1 7.2
4 Y l' x) z- W" t2 F% `7 V/ `C5 20 0.10 很大、重 1.14 3.8 7.2
: @, k0 Z$ Y4 B! e% |+ W- g2 KC6 20 0.30 很大、重 1.39 2.5 7.2
7 m" z8 j/ ^0 m7 s8 o- _: O: vC7 20 0.60 加入4min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
( o, \( U3 l; C1 uC8 20 1.00 加入3min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
0 o! k( |5 h. N* f注 A1—A8 烧杯中原水浊度1063NTU,原水PH值6.6,原水温度25℃; |- N' K; L9 B6 u+ V' _
B1—B8 烧杯中原水浊度2073NTU,原水PH值7.5,原水温度26℃
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1.3.2 助凝剂最佳投加点
2 O1 W$ s. b$ S! d% F) b 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。$ }$ {4 H7 W& @% V- ~ c
) C% N7 p8 M6 b) F; d0 X2 Z: \表2 聚丙烯酰胺最佳投入点试验结果 杯号 1 2 3 4 5 6 ! Q& `, i3 Q! {, T
固体聚合氯化铝投加量(mg/L) 4 4 4 4 4 4 8 C, |- Y* }* \4 w( H+ n) c
固体聚丙烯酰胺投加量(mg/L) 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05
. l% B/ e5 Z) n% W, U助凝剂投入后搅拌时间(min) 13 10 8 6 4 2
0 D y" O- `' e7 E7 @7 j矾花描述 很细 细小、轻 细小、轻 大、结实 大、结实 细小、轻
4 \2 R4 `' s2 d( ?' ^: F6 k2 I混液面沉速(mm/s) 0.33 0.42 0.50 0.72 0.69 0.48 3 z) l/ E) z f# y* Q( y4 ^0 n
上清液浊度(NTU) 9.0 7.8 5.5 3.0 3.4 6.0 1 Y$ }7 t; S5 W8 u3 T
上清液PH值 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 ( Q8 t0 ?- b0 J( X& d$ {+ t x9 A1 L: S
注 1 原水浊度:1390NTU;原水PH值:7.6;原水温度:25℃
' U! O, |, R. t/ a$ ? 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
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! e8 i' Y; u. D9 `7 C2 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。! C% k( f) _: g/ T
2 ]( l5 Y. c9 O( X( F5 b1 d3 生产应用2 |$ S7 G+ A) T& y5 J- E
* `0 x( o: Y3 D) l6 t, ?1 O4 S$ C 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。% S1 p/ h$ u% a4 K9 o
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。
! m1 N$ q% s/ D/ w, M0 h+ E 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。2 T1 ]0 f# j9 p2 @, m
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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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4 几点体会8 e. x9 |0 a9 M8 i5 R
6 v3 N& Q$ O# F J9 ^/ s T 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℃。$ u2 J, l1 k: L
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。
3 e9 S# n0 W7 s8 O. O 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。" y! x/ U# R0 K8 a/ h4 @
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。: Y F) P* ~# e& C, Y* l- I b
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。
/ J& R) A* t! ]& y 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。3 }4 O- H1 S" @2 N6 G+ o9 k
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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