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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。
$ U- P8 T! J8 y: ^# O1 试验
: L7 x& P$ ]2 ^0 z3 S$ O( F, d, J
1.1 试验仪器与试剂
' M! f! R* g" O4 R4 u/ ~, J  E  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。4 j# x3 G! P- ~3 ~. n% O0 ^
1.2 试验条件及方法; W3 P* D7 _! 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。
$ ~3 _0 m9 ]( A$ z$ l1.3 试验结果
: d' Z; G: B' {; k1.3.1 聚丙烯酰胺最佳投量6 X2 S  c/ I8 Y  V' |& s7 O: k
  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 f8 A3 R1 C. V; ]5 f2 J; [# T: X" b# s' W" |- c
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 7 R# @) |+ K: v) m3 o! h
A1 3 0 很细 0.30 9.6 6.6
% l7 _2 n. W" k$ v- F0 s) }6 `  HA2 3 0.01 很细 0.38 4.9 6.6
1 {! Y* Y; _% i) j+ h# Z$ _0 PA3 3 0.03 大、实 0.57 3.1 6.6
* E2 }7 r: {' L' k& SA4 3 0.06 较大、重 0.83 3.0 6.6
  Z$ s9 V" f& BA5 3 0.10 很大、重 1.70 3.2 6.6 2 A6 Z- B8 @, d( g# T# I) ~% e
A6 3 0.30 很大、重 3.12 3.1 6.6 6 G* R  O. `# s0 h
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
- H/ y( U9 p/ ^, h; S8 [A8 3 1.00 2.9 6.6
3 b4 [- |; l! n9 p* i0 z3 CB1 5 0 很细 0.30 7.2 7.5
/ o$ W* m, _. eB2 5 0.10 很细 0.32 2.8 7.5
: v5 \7 v$ f& K0 ~) L. Q4 EB3 5 0.03 大、实 0.83 2.9 7.5   N' g$ R6 n; i$ g) o; B7 H
B4 5 0.06 较大、重 3.12 7.2 7.5
/ F" l" _$ ]& H" [; V* yB5 5 0.10 很大、重工业 4.17 6.9 7.5 9 f. i) J4 r- Y, I2 S
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 , R0 z$ F' S& l- \+ C
B7 5 0.60 2.8 7.5 3 U  d6 h, v+ d
B8 5 1.00 2.9 7.5
- `/ z- K4 i' X0 b7 VC1 20 0 很细、轻 0.23 13.6 7.2 0 ~" K! j+ x/ r" o4 l) o5 B: z
C2 20 0.01 很细、径 0.23 13.0 7.2 * l) ^6 k4 v# V4 H
C3 20 0.03 大、实 0.52 5.0 7.2   w- i% E" q6 f' ^* c: g& G
C4 20 0.06 较大、重 0.83 4.1 7.2
( q1 T. X0 o7 e6 G) t3 {C5 20 0.10 很大、重 1.14 3.8 7.2
+ W$ \( {) _) n% z1 {. y$ YC6 20 0.30 很大、重 1.39 2.5 7.2 + L% k1 ^( ]0 q. T" O7 q
C7 20 0.60 加入4min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
% V+ `3 H* n) D" ?4 N' R9 TC8 20 1.00 加入3min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
( {  N- N  N! C2 e( s注 A1—A8 烧杯中原水浊度1063NTU,原水PH值6.6,原水温度25℃
4 F: l4 i  Z0 W+ _9 Y( HB1—B8 烧杯中原水浊度2073NTU,原水PH值7.5,原水温度26℃
+ f; N2 L7 W3 L5 l6 f4 i" m. V9 R) o/ E) A: T5 a9 W% d. a
1.3.2 助凝剂最佳投加点- h' Q/ R; i  N" S0 w
  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。
: T1 }# D  Q  d3 h# z5 j4 D6 q" S/ l* O6 b1 B
表2 聚丙烯酰胺最佳投入点试验结果 杯号 1 2 3 4 5 6 2 \  V* }: c- C- j3 y( Y. L; n5 X
固体聚合氯化铝投加量(mg/L) 4 4 4 4 4 4
4 M  P( ]) }4 \5 _: G1 v: a固体聚丙烯酰胺投加量(mg/L) 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05
) ?. c+ |4 N3 c* w! W! W, j8 q助凝剂投入后搅拌时间(min) 13 10 8 6 4 2 ) i4 k! U0 \! s5 E/ N9 E
矾花描述 很细 细小、轻 细小、轻 大、结实 大、结实 细小、轻 7 W6 C3 w& J5 d" ~- x' j
混液面沉速(mm/s) 0.33 0.42 0.50 0.72 0.69 0.48
8 C: q2 n) |2 n% ?- T( m) Z9 G上清液浊度(NTU) 9.0 7.8 5.5 3.0 3.4 6.0 5 v' |- B" [2 _
上清液PH值 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6
, U1 ^# _  C1 K" Q0 }0 f5 b注 1 原水浊度:1390NTU;原水PH值:7.6;原水温度:25℃
& [1 [+ K1 Q( n+ u8 @, `7 v  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 * d# ]% Z7 I0 r  C* T6 q" s4 ?

: f& j% w) C; F2 聚丙烯酰胺水解(碱化)
' K' l! E) s& v0 @- d
; S) I, n  K2 P. w  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。
* c% |; `/ O# a" E2 {/ V4 _4 v4 `! O9 z* y7 D0 Z3 M8 C. V( B9 k
3 生产应用
$ o& v/ r. c1 i4 m9 f& a2 Q4 ]
& ^2 o$ [* V1 A2 J, M  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。
: Z/ ]- E3 L5 `. \( C( c  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。
) x0 e4 Q, F9 v) p* I& ~3 U+ F  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。
. t" C; U3 {& `; A( S
, N4 M; x9 Y2 X( x2 k  o  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。. W5 x4 L0 R7 g, u4 K1 S
$ P- u* o4 S6 ]! d
4 几点体会& d* H2 W& }1 B; F/ R1 g
9 N, J9 W* u/ T7 X" S
  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℃。6 u- e6 v/ s# _6 i
  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。
' d6 T3 S4 L8 @$ n+ 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。
5 g2 |$ ^$ V! r' {, v( }7 L$ 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。" k9 n% L5 ]! J3 {  u6 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。6 _6 ~: ~! h- [' D% E
  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 H4 j" T! P" m/ ]* w6 ~' 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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