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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。
$ n& S7 X& O1 O& k4 ~, r0 @8 D1 试验: B& P1 p D" D# {) e* r
* B' B) y% O( |7 L+ z" G1.1 试验仪器与试剂$ T2 k! o8 m( P, j+ C
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。' G3 k) a8 e7 A% Y
1.2 试验条件及方法9 D1 {) l% h$ S
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/ F: z7 S$ e+ E3 R1.3 试验结果
/ H& Y3 Z# a# H7 C1.3.1 聚丙烯酰胺最佳投量
2 ^ S3 ^- _1 u& o s" y 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。) _3 ^1 V0 d8 C0 I0 Z
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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
- {, \1 P0 \+ W v3 CA1 3 0 很细 0.30 9.6 6.6
B3 I! ?" V; W$ wA2 3 0.01 很细 0.38 4.9 6.6
. u# k: o3 k% D7 z3 \A3 3 0.03 大、实 0.57 3.1 6.6
+ r( G, y) \! W3 s& `* C6 SA4 3 0.06 较大、重 0.83 3.0 6.6 4 o0 p. L+ c0 w
A5 3 0.10 很大、重 1.70 3.2 6.6 ! c% ~5 b5 x8 B; r) b
A6 3 0.30 很大、重 3.12 3.1 6.6
4 d- K9 V7 k. U( k. A% jA7 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
) G8 R( j* D) F- r# wA8 3 1.00 2.9 6.6
! r) @- ]# e/ j8 gB1 5 0 很细 0.30 7.2 7.5 ) v8 ^( L! l. U6 s3 d
B2 5 0.10 很细 0.32 2.8 7.5 $ ^) S9 f2 R+ g4 w+ I. F
B3 5 0.03 大、实 0.83 2.9 7.5 5 o9 V1 ^' K" b, R4 t
B4 5 0.06 较大、重 3.12 7.2 7.5 - ?7 U( d8 j' P1 X+ K( t J
B5 5 0.10 很大、重工业 4.17 6.9 7.5
4 x. c7 z4 @& r4 u) `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 % E2 R9 V+ V3 H5 f f: F
B7 5 0.60 2.8 7.5
2 Q2 |& W. o/ kB8 5 1.00 2.9 7.5 : b8 z: p' k4 A
C1 20 0 很细、轻 0.23 13.6 7.2 : H, i/ M4 Y( o
C2 20 0.01 很细、径 0.23 13.0 7.2 4 \0 k4 D8 X1 i6 U% D! p+ K
C3 20 0.03 大、实 0.52 5.0 7.2
5 e( r2 G0 p/ i7 o4 z* fC4 20 0.06 较大、重 0.83 4.1 7.2
% }$ t3 e* u6 v$ a9 y% JC5 20 0.10 很大、重 1.14 3.8 7.2 % _0 h: Z8 T$ ~8 t7 L! J4 X2 b( h: l* N
C6 20 0.30 很大、重 1.39 2.5 7.2 3 Y2 `: Q! {# B0 c
C7 20 0.60 加入4min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
8 e0 n9 z# F2 G6 J6 x1 l3 L- [) ?7 dC8 20 1.00 加入3min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
; R3 n+ D& z5 Z8 f; ^注 A1—A8 烧杯中原水浊度1063NTU,原水PH值6.6,原水温度25℃
, r/ y2 k0 u1 y5 {# A/ n! SB1—B8 烧杯中原水浊度2073NTU,原水PH值7.5,原水温度26℃
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% r& S+ a* e! V P& z) J, e, f1.3.2 助凝剂最佳投加点; P3 ?9 I* s5 t) e# 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。
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% \3 i4 \4 F0 z2 E1 P3 h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 M! ~5 p; P! @3 G. I
固体聚合氯化铝投加量(mg/L) 4 4 4 4 4 4 , ^7 v y& s2 ` a! A5 N
固体聚丙烯酰胺投加量(mg/L) 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05
& D: u5 Y1 y( i# G/ |: J3 A助凝剂投入后搅拌时间(min) 13 10 8 6 4 2
) r8 h. Q. Y F& ?' a) b- X; l矾花描述 很细 细小、轻 细小、轻 大、结实 大、结实 细小、轻 3 n; r7 w& U8 @/ G) T& x" b6 a
混液面沉速(mm/s) 0.33 0.42 0.50 0.72 0.69 0.48
/ c2 ?# |1 O, W* G上清液浊度(NTU) 9.0 7.8 5.5 3.0 3.4 6.0 : R1 o( S) v9 T
上清液PH值 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6
4 y$ ~7 j' ^2 p# p; N r注 1 原水浊度:1390NTU;原水PH值:7.6;原水温度:25℃; Y9 F' Z8 ?2 v! G F2 L' M7 h
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)
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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。
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2 t2 g) n5 p1 ]- a! f3 R" ~8 \, |1 g3 生产应用, P5 \1 J3 C# H
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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。/ @( B! W/ u3 e$ s( M& x
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。
% n" b! l8 \4 W& `% \ 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。7 U9 b8 n/ u1 U; n* m/ ~
3 L+ I( l( |3 u7 n. c 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
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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℃。
% `- x' J, P0 c/ r" _& {, E$ o 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。' V0 k/ \1 {3 |( Z8 j5 q
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。( O& S* S( D5 I+ s- a
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。7 T% L3 }+ K8 P
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# D5 `7 {, b5 n 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。
1 l; c3 v/ S; i0 P# G 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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