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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。
& j8 W1 P1 s$ w& I) w& V7 A: C1 试验+ ~) ~" r* y" U: i/ ^! f8 d) Q
+ y9 r6 \" r% a/ I* P* x5 _5 C2 k1.1 试验仪器与试剂4 y% O. C; Q9 z5 N b2 f
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。
* Q1 q) A2 _0 E0 ]8 v4 ` Q/ S1.2 试验条件及方法$ ^! a+ L. v2 I. N
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。
+ U0 U" v* k3 B# t& n" t' B1.3 试验结果
/ \/ l9 J& K, |, g' R* z1.3.1 聚丙烯酰胺最佳投量6 @8 S% S2 T' k/ E2 x$ {
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。- F4 z+ A2 `7 P( J6 y/ @2 E" c, R% E" x
% ], H9 V9 R+ p9 ?6 c0 d
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 0 q5 e) c2 e2 h
A1 3 0 很细 0.30 9.6 6.6
4 Q6 I- W2 Z E5 AA2 3 0.01 很细 0.38 4.9 6.6 9 f' A0 H7 `/ t3 Q8 b8 {' q4 F# Q
A3 3 0.03 大、实 0.57 3.1 6.6
( O0 Q: @: a6 x3 V' YA4 3 0.06 较大、重 0.83 3.0 6.6 : R5 u" ]! s3 D& w H+ x6 ^
A5 3 0.10 很大、重 1.70 3.2 6.6 : a" ? z1 B. Q/ R) n5 h
A6 3 0.30 很大、重 3.12 3.1 6.6
$ _* Q! t5 ]$ f: X AA7 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
& s7 M; E* ~- C' k1 l2 A+ XA8 3 1.00 2.9 6.6
) l( B, \" a1 V# R' eB1 5 0 很细 0.30 7.2 7.5
, D: P& B9 J, c2 n! }2 S0 C- x1 xB2 5 0.10 很细 0.32 2.8 7.5 3 X/ J6 n( b6 l( i) N
B3 5 0.03 大、实 0.83 2.9 7.5 $ ^" X; P3 S$ m3 {: W- j i
B4 5 0.06 较大、重 3.12 7.2 7.5
0 X& m! H S# Y8 wB5 5 0.10 很大、重工业 4.17 6.9 7.5 , M5 M: ?7 }* u3 y! }& V1 T
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 7 @# K% a% } {; ]
B7 5 0.60 2.8 7.5
* V0 ^/ h# E1 ~ _/ K, ?& OB8 5 1.00 2.9 7.5
0 e) D2 N) [5 x8 I- `C1 20 0 很细、轻 0.23 13.6 7.2
* i2 p, t3 W: Q0 ], qC2 20 0.01 很细、径 0.23 13.0 7.2 ! D* \& u m) B0 Y
C3 20 0.03 大、实 0.52 5.0 7.2
7 d$ q7 p" H6 n3 d4 a2 ~) Y; \( JC4 20 0.06 较大、重 0.83 4.1 7.2
7 y6 v6 E& g& ]3 }+ q& VC5 20 0.10 很大、重 1.14 3.8 7.2 % S1 c: k" P1 c8 N0 l9 G8 K% @
C6 20 0.30 很大、重 1.39 2.5 7.2
4 o- o4 u: N' D# f$ h1 gC7 20 0.60 加入4min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
! e8 G9 J8 l T7 f; k. YC8 20 1.00 加入3min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
8 _- y, U7 W k注 A1—A8 烧杯中原水浊度1063NTU,原水PH值6.6,原水温度25℃% I/ }* q# \& `7 M) ^7 Y
B1—B8 烧杯中原水浊度2073NTU,原水PH值7.5,原水温度26℃ 8 B& O6 k7 E t
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1.3.2 助凝剂最佳投加点
0 d6 r! Q9 d* A 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。
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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
: T$ @1 \1 o. ^' y- ^ V! a& r: v固体聚合氯化铝投加量(mg/L) 4 4 4 4 4 4
R2 \' t( V7 T1 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 * l8 J! g) A: j8 y- D% ~* [
助凝剂投入后搅拌时间(min) 13 10 8 6 4 2 ; `' z! M0 E7 K; y9 V* V
矾花描述 很细 细小、轻 细小、轻 大、结实 大、结实 细小、轻 A/ b. V7 L$ a
混液面沉速(mm/s) 0.33 0.42 0.50 0.72 0.69 0.48 0 }! }- R2 R* p1 C5 F \( |9 ?
上清液浊度(NTU) 9.0 7.8 5.5 3.0 3.4 6.0
0 b# n7 K6 o) r上清液PH值 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6
" y+ i; |8 d, S9 p4 }6 W% [9 q注 1 原水浊度:1390NTU;原水PH值:7.6;原水温度:25℃
. m, d6 c. A* c( }8 V/ ?& G1 C 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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2 聚丙烯酰胺水解(碱化)* Q% e- b7 n: D2 L
0 V- w( u. ~% C m) H$ s 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。
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3 生产应用
0 @1 R+ `# Z1 H5 v' L$ W- l: q! ?# @( B: K: N4 p
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。
; s& l) l; {; U) A. h( B4 ] 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。
" R7 b( X; Y, @! V! ]+ u 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。" z1 {' \" S% @6 c n1 ^. ]$ ^. j
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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。
1 E+ q0 @& w- T: F& {8 B8 D* H9 E; d' q& Q
4 几点体会
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; G8 v' B. C/ ^0 t; J4 v: W) Q; x4 O 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℃。
5 W. x+ ?3 z( s; Z: b R d: v, 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。
2 R4 G/ d: b3 } 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。
$ t/ b& j2 a4 Y. A/ E3 G 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。& q2 a: u5 W5 \! \' O% u
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。
7 |% p, ]3 |& x) k' Z6 R1 ~ 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 q. o: K% n7 w! p+ W: `1 R
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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