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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。
( N; O; c0 Z3 V; q) ~% Y, d3 X9 `1 试验
1 b  N) m5 J* c5 Y% e. T4 B) E& I( T
1.1 试验仪器与试剂' R. V; h5 J6 R/ 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。& ?2 w3 a! |( x6 R. J4 Z& t, z& y
1.2 试验条件及方法! K! E4 {% [- Q0 B$ I! L
  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。
( n! c  e/ u0 b% ^) C2 K1.3 试验结果3 Y) U* d3 N7 K  w2 u
1.3.1 聚丙烯酰胺最佳投量2 r2 L4 p. l. @0 T, w" j
  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。, X. a5 [, c$ k1 X7 S

) P4 y2 m  U% q3 X$ L' I: K# V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 6 f' D# N% E. c% Z
A1 3 0 很细 0.30 9.6 6.6 ; I1 j: g+ e, h0 U! J
A2 3 0.01 很细 0.38 4.9 6.6
3 W2 v: S$ w2 _9 q# yA3 3 0.03 大、实 0.57 3.1 6.6 ' r5 n5 C) u' a8 t. B- j
A4 3 0.06 较大、重 0.83 3.0 6.6 & I  Q& K/ H' k* W
A5 3 0.10 很大、重 1.70 3.2 6.6 5 u, g0 D. C/ g, `9 ?5 y1 q
A6 3 0.30 很大、重 3.12 3.1 6.6 ; p: m0 }$ j( p- [- v, E
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
1 h$ Q1 T4 q7 q9 K8 VA8 3 1.00 2.9 6.6 4 P6 Y% ]4 o- Z: ^. j/ K
B1 5 0 很细 0.30 7.2 7.5
: j; K- Y" u/ O+ O! eB2 5 0.10 很细 0.32 2.8 7.5 # Q( z2 I) k8 ^* {& r
B3 5 0.03 大、实 0.83 2.9 7.5
: c9 O6 Q  R* v. kB4 5 0.06 较大、重 3.12 7.2 7.5
( @% P5 Y3 F0 N/ i6 S4 l" N: UB5 5 0.10 很大、重工业 4.17 6.9 7.5 7 p* V- D2 p* W# k( p0 G
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 4 m6 j) j9 ^# m5 p" c
B7 5 0.60 2.8 7.5
! a9 i, F1 j3 |. a) o2 |/ fB8 5 1.00 2.9 7.5
6 D  W4 y. r) h7 x+ L# a! ]C1 20 0 很细、轻 0.23 13.6 7.2 5 `+ F+ A3 K$ o
C2 20 0.01 很细、径 0.23 13.0 7.2
* ^. h- }  s8 O. z3 mC3 20 0.03 大、实 0.52 5.0 7.2
: S- P5 T( u9 Q9 `& ^' }0 iC4 20 0.06 较大、重 0.83 4.1 7.2
, g0 K6 R# D8 a9 D6 FC5 20 0.10 很大、重 1.14 3.8 7.2
* ?5 d+ H( F* Y) j. d# A0 nC6 20 0.30 很大、重 1.39 2.5 7.2 1 X* l1 ^5 z( g% r
C7 20 0.60 加入4min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2 6 \, {( ?/ J  G( [
C8 20 1.00 加入3min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
/ x0 c7 M! w* C! Y( C6 E% n* L5 Q0 R注 A1—A8 烧杯中原水浊度1063NTU,原水PH值6.6,原水温度25℃6 x# A9 ^- G0 Q$ r
B1—B8 烧杯中原水浊度2073NTU,原水PH值7.5,原水温度26℃ : K$ {0 H" G4 m' l# R9 m

& O6 Q, o% H+ A8 N1.3.2 助凝剂最佳投加点
! z- D6 }  n+ ]! V  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。: J; G$ }) I3 ?) m: C2 i
0 |, S' U# |7 T6 \. r5 v5 E, G
表2 聚丙烯酰胺最佳投入点试验结果 杯号 1 2 3 4 5 6 6 u0 j5 V: J( c+ o0 u! S, a
固体聚合氯化铝投加量(mg/L) 4 4 4 4 4 4
7 L4 Q. Y' ^  B! [: i5 ]固体聚丙烯酰胺投加量(mg/L) 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05
: X# x/ Y" M" L% u4 y: d9 D( q* J) g助凝剂投入后搅拌时间(min) 13 10 8 6 4 2
# f. b$ }% @: V& P$ ]& m* `8 W/ ~2 B矾花描述 很细 细小、轻 细小、轻 大、结实 大、结实 细小、轻
# ]2 P( Y- Z# ^3 U: H& ~+ t, Y混液面沉速(mm/s) 0.33 0.42 0.50 0.72 0.69 0.48
2 p- ?8 u$ c$ ^" k: c上清液浊度(NTU) 9.0 7.8 5.5 3.0 3.4 6.0
/ a+ P( v  o, G6 H) g上清液PH值 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 ) ?# u% l# T$ M' M" l/ D9 P
注 1 原水浊度:1390NTU;原水PH值:7.6;原水温度:25℃
& n( D1 ~4 K  c' v+ _- `9 @. ], K4 Z  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
. x; }5 E% h/ M( I8 @- p
/ D4 R3 }4 g! s; c2 聚丙烯酰胺水解(碱化)
" U9 u2 O( G, T0 P% G; _' |% e, O
  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。
& W  U7 f0 I: [& t% Z8 m4 D0 B* a( ]! a" S; \5 q+ A4 X* O" ~
3 生产应用! P7 H: {: }( n) h8 s

! |; A8 O  v' D9 g' E) T- T0 ^" a  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。
% l- f5 C( U- q  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。% E% `* c. y3 t# R0 L$ G2 T" p
  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。
" v# f: t$ q$ g9 c
6 S1 i/ u" W: x2 ?8 R4 w% 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。
/ c* J4 o; E( I5 G
' F% i7 ^) y  Y& x) a4 几点体会$ w; d3 [9 h& P$ `6 f- B

- P2 C3 `( E( 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℃。
% }3 n7 H1 N5 a$ \- |% n& j9 q" I# E& M8 r  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。0 j2 J% O" |7 p
  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。
3 v; p( f4 _# [+ F  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 j/ f2 c3 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。
0 j& O. i0 f0 d8 ^# u7 ~  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。
, L9 m+ l6 x- H; _( z, _  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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