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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。 * }0 }" A) m' W+ u( f# a
1 试验
, i& D2 k3 H9 }1 [
5 S7 _3 |# d* g& {7 P; x1 J1.1 试验仪器与试剂% d# g' I0 e: ^& T0 a) [
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。, R/ y6 S/ i( ~! A3 u* m4 r8 O
1.2 试验条件及方法, _# {2 l( R! g4 s$ k7 X5 E4 J
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。* L+ V( k7 k' Z- y0 {" _* G
1.3 试验结果, t( {& m# U+ q" V" M% X
1.3.1 聚丙烯酰胺最佳投量0 {7 J4 c U B6 M/ D
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。8 |/ e2 v+ ~0 j% R' }1 r# i
+ `1 V8 N. N& Y8 _! z9 m2 M( 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 3 I: Z2 V4 ]: y: G9 W7 t6 r8 u1 ^
A1 3 0 很细 0.30 9.6 6.6
7 [4 b* X: B/ @! A3 z! @1 QA2 3 0.01 很细 0.38 4.9 6.6 # r- h6 |0 g6 c
A3 3 0.03 大、实 0.57 3.1 6.6
; Z# |* m3 j4 ?8 VA4 3 0.06 较大、重 0.83 3.0 6.6 4 Z4 c$ }- }, t) ]4 ~
A5 3 0.10 很大、重 1.70 3.2 6.6
M3 v' g+ T) E* g3 uA6 3 0.30 很大、重 3.12 3.1 6.6
4 Z; Z4 j5 R0 mA7 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
, a1 M' T# R7 B# c* M0 b" g, g8 rA8 3 1.00 2.9 6.6
2 U; R& m$ @: z$ k- ?B1 5 0 很细 0.30 7.2 7.5
; G7 U/ }. q; n: j& t7 QB2 5 0.10 很细 0.32 2.8 7.5 : R! V& t9 M9 Y$ B5 V0 A9 V
B3 5 0.03 大、实 0.83 2.9 7.5
) U; O+ F* ~6 `B4 5 0.06 较大、重 3.12 7.2 7.5 # E5 f7 P( H" N
B5 5 0.10 很大、重工业 4.17 6.9 7.5
6 _. D; W7 I r9 c- X, h8 Z- TB6 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 ' R( |/ `% y5 \+ T5 C$ T! B, w# `
B7 5 0.60 2.8 7.5 & G: g0 k; ^* f1 N& W4 L' H! C
B8 5 1.00 2.9 7.5 0 a- e2 @ W3 [! E! `) h
C1 20 0 很细、轻 0.23 13.6 7.2
7 V8 \) ^+ S @: {4 M9 O7 a$ i- n8 OC2 20 0.01 很细、径 0.23 13.0 7.2
7 l5 A e) o7 D. C( jC3 20 0.03 大、实 0.52 5.0 7.2 * e& s; j! { o9 V
C4 20 0.06 较大、重 0.83 4.1 7.2 4 C* l; g3 E1 X3 l
C5 20 0.10 很大、重 1.14 3.8 7.2 " j! l- s! Q1 T/ j# c0 ]8 F6 t
C6 20 0.30 很大、重 1.39 2.5 7.2 n. B0 H7 b+ M5 U. \+ M! D
C7 20 0.60 加入4min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2 % G7 A3 o' }( I! u( W4 _" O6 B; r
C8 20 1.00 加入3min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2 8 D$ |" `* g' F9 G2 ?" A, Q
注 A1—A8 烧杯中原水浊度1063NTU,原水PH值6.6,原水温度25℃9 j' }/ m# h( b% j
B1—B8 烧杯中原水浊度2073NTU,原水PH值7.5,原水温度26℃ $ N! {" W- [+ T1 W
& u( q) v6 e- k& q1.3.2 助凝剂最佳投加点
# M1 ~' K" v9 O$ Y* L3 f w o! s, o( y+ Z 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。' Y6 P" K6 m2 J' W
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表2 聚丙烯酰胺最佳投入点试验结果 杯号 1 2 3 4 5 6 5 w. R1 M/ c- z: ^) F5 c
固体聚合氯化铝投加量(mg/L) 4 4 4 4 4 4 4 G/ U* [# ~1 A9 f
固体聚丙烯酰胺投加量(mg/L) 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05
, S9 @4 l5 W# y8 T助凝剂投入后搅拌时间(min) 13 10 8 6 4 2 $ y) Z, E$ `% }0 j
矾花描述 很细 细小、轻 细小、轻 大、结实 大、结实 细小、轻 ( i( G- ?+ H0 ^
混液面沉速(mm/s) 0.33 0.42 0.50 0.72 0.69 0.48
# k' M9 ~. a1 I7 r+ a3 k- F上清液浊度(NTU) 9.0 7.8 5.5 3.0 3.4 6.0 - G8 e V) f* E$ x& y) w4 l
上清液PH值 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6
3 Y( F4 [8 r0 X A- Z注 1 原水浊度:1390NTU;原水PH值:7.6;原水温度:25℃( e5 L1 B: J s9 t2 ^
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 : o5 B" F2 V" R8 ~1 `
" T% R" c2 W5 i0 J; F2 聚丙烯酰胺水解(碱化)8 }: T" q# M3 }! x& Q J c
+ M. l8 x6 C$ s4 z) R; 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。$ w* a: k4 `' g& l) {
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3 生产应用, Y+ B8 V- ]6 Q" y
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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。) v5 j1 s# ]. G2 l* 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。 ]8 q& b# x6 Q/ t* A0 H) O; i# c# {2 ?2 {
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。" e: J" P# p6 m7 v$ \
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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。* u: A4 M* @4 s+ Y, C$ @' M$ A
6 K% B% S; X1 O5 P4 几点体会
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2 e( v9 c7 \( i* }7 d 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℃。; `9 j: s5 @7 Q
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。7 s$ M6 u/ r/ V6 I& D
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。$ t$ s, s0 j7 ]
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。
0 z& s2 {- H) z* E0 ?6 ] 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 A& d' `4 @. p* @" g
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。; O" H5 p) ^. o6 t+ W2 B: [) n5 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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