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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。 $ X( I" j9 ^0 i* m
1 试验
8 @2 n- [( l  O  d4 [" m1 L# T" `/ J$ K, A7 N6 U+ p
1.1 试验仪器与试剂
- j4 }, R0 u% @1 G  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。" M, Z; @& ^$ e3 Z- c* ]5 X7 {
1.2 试验条件及方法, r; q; c) g, f/ _1 |+ c# F
  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- T) C- g: l4 G2 f7 V
1.3 试验结果+ Y: U% u5 c1 g* p" }
1.3.1 聚丙烯酰胺最佳投量3 {- ~/ x" S+ [+ |, A/ O2 o
  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。2 K5 b2 I  |% p+ `0 g; V% R/ @

: s$ W' I  M% ~1 K3 a% H; g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 {9 y7 {1 ]; {! D* |9 V
A1 3 0 很细 0.30 9.6 6.6
+ u; E4 @# q* P8 H2 SA2 3 0.01 很细 0.38 4.9 6.6 # P, ?3 f9 T% T+ x5 F5 z
A3 3 0.03 大、实 0.57 3.1 6.6
( a1 B! j3 C0 v! YA4 3 0.06 较大、重 0.83 3.0 6.6
, S" c5 P2 B$ u3 lA5 3 0.10 很大、重 1.70 3.2 6.6
' x. V' M- L* c9 oA6 3 0.30 很大、重 3.12 3.1 6.6
$ V) n9 w# G. ?; A4 tA7 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
) u5 o) I( U5 T1 d0 MA8 3 1.00 2.9 6.6 + I( E6 ~9 p# U+ p$ m! a
B1 5 0 很细 0.30 7.2 7.5
7 ?; D+ z1 Q& UB2 5 0.10 很细 0.32 2.8 7.5 6 F( c7 v( D- n5 g
B3 5 0.03 大、实 0.83 2.9 7.5
7 R: K( `1 u! Y3 j. NB4 5 0.06 较大、重 3.12 7.2 7.5 7 f2 e2 y" C  Z: O
B5 5 0.10 很大、重工业 4.17 6.9 7.5
$ E: m' d7 c$ s) x7 Z. b! }1 C: aB6 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
  F2 I0 Z. r0 v9 IB7 5 0.60 2.8 7.5 6 E1 v9 c: K* R9 a$ h% U+ ?$ X
B8 5 1.00 2.9 7.5 7 r. w: R/ s* t
C1 20 0 很细、轻 0.23 13.6 7.2
! F: E- A( O" m1 w) e& N" vC2 20 0.01 很细、径 0.23 13.0 7.2
! }! G+ z6 E7 TC3 20 0.03 大、实 0.52 5.0 7.2 7 J( Q. W5 \$ @% A; e
C4 20 0.06 较大、重 0.83 4.1 7.2 - z+ o2 T, O$ B; o4 K) t9 h
C5 20 0.10 很大、重 1.14 3.8 7.2 5 h7 Z+ Y5 \+ `
C6 20 0.30 很大、重 1.39 2.5 7.2
' R7 I  Q6 O& mC7 20 0.60 加入4min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
1 P5 y  i1 c# Q" _6 y$ iC8 20 1.00 加入3min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
7 |* T' l6 J# A注 A1—A8 烧杯中原水浊度1063NTU,原水PH值6.6,原水温度25℃
# L% a" p- H% D  T# s; u+ ^- bB1—B8 烧杯中原水浊度2073NTU,原水PH值7.5,原水温度26℃ / q2 ~4 }9 S+ J2 _
2 U2 Z- w; s- w% D' r0 `" b
1.3.2 助凝剂最佳投加点
9 X' v8 E) j* M! f  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。) h+ D1 m* k$ z

3 ~( K0 M4 C. A* F+ x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 |8 }: W6 c! d9 i0 M. K固体聚合氯化铝投加量(mg/L) 4 4 4 4 4 4
9 L3 y! q' F5 a1 x0 n5 h固体聚丙烯酰胺投加量(mg/L) 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05
/ `5 m# k' c: t/ c助凝剂投入后搅拌时间(min) 13 10 8 6 4 2
, U8 e6 n/ W9 g矾花描述 很细 细小、轻 细小、轻 大、结实 大、结实 细小、轻
% I' Z% v1 H$ e+ D混液面沉速(mm/s) 0.33 0.42 0.50 0.72 0.69 0.48
/ P5 g% w; ^  E上清液浊度(NTU) 9.0 7.8 5.5 3.0 3.4 6.0
! J5 V. W# U& k% a  g3 S$ i0 _$ e上清液PH值 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 1 ^& B3 i: K/ J$ {8 g8 d' R/ z
注 1 原水浊度:1390NTU;原水PH值:7.6;原水温度:25℃0 q( O8 A" G4 {
  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 u5 ]6 t1 O6 u% O" W" o- p
* B4 z, n6 f* p4 b2 聚丙烯酰胺水解(碱化)
7 ~( p3 ]( F- z; W" c* W1 E4 U" j1 H& H
! _" ~. Y6 ^& Q0 y  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。
5 S7 |1 `& `1 W) Y/ K" g$ M) w3 ?2 D! n8 Q4 u; x9 u5 e" x. p0 q
3 生产应用. {7 @6 A/ W+ f$ b/ N. m

9 r; {# D* j5 j2 H: Q$ i; K$ k& B  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。1 i' W, T" o) ^' Q+ o& ?# a5 r5 Y
  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。  F7 Z5 E" m& w0 W  g. Q! O  Q
  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。
5 T( v! D$ D& t8 `4 w6 H: v( k' e0 X! s, E, p9 d
  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。
! i8 ]/ t8 p  X( i$ s" y
* l4 A2 t' ^+ q; N4 几点体会
8 `# l' O7 p& ^9 u, n. j: x/ z" g' ?# w( O6 W
  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℃。- W8 P5 {; k+ t( Q6 @+ D
  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: @" c- B  _7 B+ N, \; Z* B8 A' t  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。/ W1 K% W& W: i* j- B
  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。, \# o; x4 w& ~
  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。% a; C8 s) T, ^9 x
  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。
& ?2 h. y7 Z/ n; n  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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