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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。
% f) a/ s. ]' q' {1 试验" J4 w& }2 p! p0 S8 i

6 E# L* w1 l$ r' K% T- \1.1 试验仪器与试剂
: r3 y/ D7 g& K/ m; }* y' }  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。  P  e* l7 u3 e' O
1.2 试验条件及方法! R, i! i7 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。
* x& e- O* S0 M: l" Q8 E' E1.3 试验结果+ x. ^) N5 T4 Z1 K
1.3.1 聚丙烯酰胺最佳投量+ V  n) N$ H; q( k; @: q8 N
  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。
, D  E5 A6 J2 ~" m" x; D" U3 u0 P8 f6 P2 _
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
% P. P' L, `) f( h" TA1 3 0 很细 0.30 9.6 6.6 4 g% D: O0 O. K' @$ I" H9 P  Y
A2 3 0.01 很细 0.38 4.9 6.6
. d' Z, z, Z. C# QA3 3 0.03 大、实 0.57 3.1 6.6
8 F4 D* E4 _3 M' c9 O% _A4 3 0.06 较大、重 0.83 3.0 6.6
( U- n2 V, |8 F! @9 bA5 3 0.10 很大、重 1.70 3.2 6.6 9 }3 ~7 `) x9 Y: m, ?( {) \5 X
A6 3 0.30 很大、重 3.12 3.1 6.6
# d: E/ H  x7 E5 |, |1 sA7 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 ( t% y2 K$ b' f$ @9 T
A8 3 1.00 2.9 6.6 9 O( d, V/ i4 Z5 \' @# s
B1 5 0 很细 0.30 7.2 7.5
/ E7 o7 c% b) o, G( CB2 5 0.10 很细 0.32 2.8 7.5 ' t) q+ M8 K4 D7 U' }3 h1 w3 [3 E
B3 5 0.03 大、实 0.83 2.9 7.5
' F% }2 ~+ _6 M+ p! w) qB4 5 0.06 较大、重 3.12 7.2 7.5 : n5 v1 _5 R9 t3 S6 S7 Z9 k
B5 5 0.10 很大、重工业 4.17 6.9 7.5
3 T8 L' q8 |$ Y2 w% c3 IB6 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 a; x# h7 N: yB7 5 0.60 2.8 7.5
" Z) A! ^( u1 U  h0 ZB8 5 1.00 2.9 7.5 2 j# T) t4 {6 y' P8 K: g
C1 20 0 很细、轻 0.23 13.6 7.2
: {$ Z6 G- g7 D4 {C2 20 0.01 很细、径 0.23 13.0 7.2
3 w8 _0 m5 B7 j" u/ O5 @; OC3 20 0.03 大、实 0.52 5.0 7.2 ! [2 b* r/ O) q! B! q7 g0 p
C4 20 0.06 较大、重 0.83 4.1 7.2
- u( g% o+ V$ `1 Y8 s1 OC5 20 0.10 很大、重 1.14 3.8 7.2 , [0 H, f' c8 u: n" L7 ~. ]
C6 20 0.30 很大、重 1.39 2.5 7.2 % `. @6 @5 S- F
C7 20 0.60 加入4min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
9 ^# [3 X7 w8 Q$ CC8 20 1.00 加入3min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
1 }4 Y# D2 |) U/ K注 A1—A8 烧杯中原水浊度1063NTU,原水PH值6.6,原水温度25℃
/ t! X& N8 }4 v; T- |; a* \B1—B8 烧杯中原水浊度2073NTU,原水PH值7.5,原水温度26℃ 4 j2 t, `* e3 z( P

* _/ c9 P! z& `" N1.3.2 助凝剂最佳投加点' H( x+ F- i, O  D8 l, ?: g
  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。5 l1 ]0 u+ B5 A- w) |& g$ Q
; d$ a: t/ v* ?& {; J+ ?
表2 聚丙烯酰胺最佳投入点试验结果 杯号 1 2 3 4 5 6
8 `& @: k5 D; Z; @8 B7 S) C固体聚合氯化铝投加量(mg/L) 4 4 4 4 4 4 : ~8 Q% n- D' h& i6 W9 {- k
固体聚丙烯酰胺投加量(mg/L) 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05
" b# F, D4 i: a% s; i, J0 d( G助凝剂投入后搅拌时间(min) 13 10 8 6 4 2 - T& `5 p$ j# W$ D0 T( ?* T
矾花描述 很细 细小、轻 细小、轻 大、结实 大、结实 细小、轻 8 h* _: h" m- d0 o
混液面沉速(mm/s) 0.33 0.42 0.50 0.72 0.69 0.48
: k3 L5 M6 v/ k, a: _6 O上清液浊度(NTU) 9.0 7.8 5.5 3.0 3.4 6.0 6 p3 v* U0 Q2 K8 `0 a# ~4 M5 u' {
上清液PH值 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6
  }; q3 m/ _, J/ Y* K. t" z; n注 1 原水浊度:1390NTU;原水PH值:7.6;原水温度:25℃4 l  ]; K- D& \& `* a4 u
  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
* _! ?2 L8 ?4 }& C5 Q! L# x
* Y* L; a1 g, q6 H" K# A2 聚丙烯酰胺水解(碱化)$ Q2 ]0 Q# m  b5 I( w
; ?" q# ^( B- B  D$ g. n
  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。9 [5 `$ N! f8 Q
2 j/ X% m6 m8 n7 x5 t# M
3 生产应用
5 _- O  b% `3 M6 a8 e
0 ?! O( m" a5 n8 \6 P4 N  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。
, u, G( M( k* i4 f# |" ]5 p  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。
7 f3 y7 u( k; U3 ]& D4 M  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 Z- k/ J7 w! g8 {" d0 U0 R" L0 P9 B; O: v1 e5 y4 I, F" G! n! K& S
  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。
! s( y4 V; y2 A9 r' p9 B! a: b+ ]% S5 N* U
4 几点体会
8 t) G  p( J7 B7 `' j
% U6 ~3 }: g- E3 Z3 F  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℃。7 o; e1 x% b1 e) D0 @, Y
  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。
" I; C* [6 a. I+ J6 C6 c* Q7 g" `  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。
% I. R  u9 ?' v8 q2 c  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。9 k9 f+ {; t9 c
  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。
$ ~( T( {7 J2 w( P# n$ `9 U+ t. s  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。- x! G# d! @9 n. d) E4 `2 l: j
  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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