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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。
5 c( U- x! t  S8 L1 试验8 `8 ~2 {4 G! B) p
% l) L" b. t; x: M: \
1.1 试验仪器与试剂0 ^! L$ Y5 p, D8 y: s* W
  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。5 G! l$ }# h" _2 v0 v" J9 X& f6 ~0 p
1.2 试验条件及方法' d& R' Q( ?2 J' H- M) }
  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。+ t8 w7 S0 H. O' n% U2 X3 i
1.3 试验结果9 a# Q: Z8 M$ ]! F
1.3.1 聚丙烯酰胺最佳投量, N9 U1 P8 K. y' n: V
  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。
" s) c' E; }7 V1 ^6 ~! k
( g' h+ N; t" {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
5 F2 p5 j8 [- |' I1 S" NA1 3 0 很细 0.30 9.6 6.6 / u, {7 K  R. F6 c# e6 }) B! j" t0 s
A2 3 0.01 很细 0.38 4.9 6.6   ~4 G6 v; o! J+ j! T/ n! n) {
A3 3 0.03 大、实 0.57 3.1 6.6
" S- v7 ^3 ~! S' l2 HA4 3 0.06 较大、重 0.83 3.0 6.6 0 L2 _# y2 \$ F9 S4 Z. N
A5 3 0.10 很大、重 1.70 3.2 6.6 8 [0 C# `5 K* e' J7 }9 r
A6 3 0.30 很大、重 3.12 3.1 6.6 ! ]# D( y7 B! f. y
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
  R) d5 j$ B9 m8 ZA8 3 1.00 2.9 6.6 ) r2 C6 W2 U( E, T6 p8 y
B1 5 0 很细 0.30 7.2 7.5
4 d  k# @# F, m8 S7 _( J' sB2 5 0.10 很细 0.32 2.8 7.5
. y& W5 o: m8 B  g. Z9 k1 [3 `B3 5 0.03 大、实 0.83 2.9 7.5 , t1 _. s* Z8 r6 u( s
B4 5 0.06 较大、重 3.12 7.2 7.5
' `( i9 o( n% G: wB5 5 0.10 很大、重工业 4.17 6.9 7.5 / Q" b  s% @5 @2 C/ Y$ P
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 t. f# Q& d: ~, SB7 5 0.60 2.8 7.5   l: T8 t' K, N# ?
B8 5 1.00 2.9 7.5
! u% N) Q8 }8 U- v% c: Z, eC1 20 0 很细、轻 0.23 13.6 7.2 6 @, E1 ^3 C6 s& v; u- r' r( D4 Z
C2 20 0.01 很细、径 0.23 13.0 7.2
! I5 i( X: X  L% M8 N2 XC3 20 0.03 大、实 0.52 5.0 7.2
" Z9 h- i7 C4 N, }8 x1 JC4 20 0.06 较大、重 0.83 4.1 7.2 ! X% D. V7 v% J0 y- g. J, o1 Y
C5 20 0.10 很大、重 1.14 3.8 7.2 , F, R; t& a7 E2 I, @5 h* X, ~/ n
C6 20 0.30 很大、重 1.39 2.5 7.2 " C+ V8 Z" ]  M9 K; n0 p0 c2 X
C7 20 0.60 加入4min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
5 G2 f! c" Z* J7 f7 `3 _; BC8 20 1.00 加入3min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2 & k4 }* K8 ]0 D4 U8 O7 X, q
注 A1—A8 烧杯中原水浊度1063NTU,原水PH值6.6,原水温度25℃
$ B3 w7 R4 c  \2 YB1—B8 烧杯中原水浊度2073NTU,原水PH值7.5,原水温度26℃
3 Z: N- h- @  W7 T9 p/ m7 w7 M9 |: ?' Y
1.3.2 助凝剂最佳投加点6 |; G! N2 H% p2 h- i
  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。
3 o) m. G% Q( H. Y
: d! u. C( b7 X+ T& N3 U7 @表2 聚丙烯酰胺最佳投入点试验结果 杯号 1 2 3 4 5 6
, P" v9 M5 _/ e4 \固体聚合氯化铝投加量(mg/L) 4 4 4 4 4 4 , D$ t* c. E; Z; x
固体聚丙烯酰胺投加量(mg/L) 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 2 t9 R" u/ z& G
助凝剂投入后搅拌时间(min) 13 10 8 6 4 2 + F# A# N2 a2 ?& ~4 x$ V4 v5 P
矾花描述 很细 细小、轻 细小、轻 大、结实 大、结实 细小、轻
5 t7 n/ ?% N1 O& ~# s9 ^混液面沉速(mm/s) 0.33 0.42 0.50 0.72 0.69 0.48
8 v/ A0 }6 a1 I7 `2 R/ W上清液浊度(NTU) 9.0 7.8 5.5 3.0 3.4 6.0
4 P, y  ]8 z0 V' @9 }上清液PH值 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6
  a) P: \0 E3 F  i7 {5 g, o注 1 原水浊度:1390NTU;原水PH值:7.6;原水温度:25℃
% ~2 L* e& g' `2 {! Y3 o  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 ' l" j0 E: E& Y2 ]. I0 I! O
1 [5 d1 a" L, @* l8 x  i
2 聚丙烯酰胺水解(碱化)% K" n/ T" J( y, j3 G0 K

. x6 x: J' v3 b6 m3 z* ?  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。
! a# L2 }* v' q8 B. P0 R
' i7 J% [- c0 V4 l6 H3 生产应用" F/ p" l: o2 `8 u$ `; Q

; d3 d" [7 x9 S6 w0 J) {: Z4 z( R  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。
( ]# N& L; H( A, [. ~  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。
6 y6 B( G% U* [+ u3 {  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 K5 X, {. [7 p4 {2 Z9 w
$ ?. n. {1 A" 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。2 H% Z* G! a, z

7 q$ p6 s1 Q8 q% H2 V: H4 几点体会
, i, t. z2 i& ?# S. _1 P
6 f1 m: d' y5 E  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 r  U; Y% F$ V- U" G) L& w! _  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。
$ {" ]1 B/ B, `8 F/ l. A  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。
( X/ v, h: t+ D$ D  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。
, u) ^/ A5 ?3 p: Q' G: g  x7 w3 q  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。% o' e4 T# c2 F* C2 [4 O' S) L
  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 A7 P8 K( D: f
  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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