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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. ~  z& Z3 v' E0 N1 试验
4 a" L+ O% O  _! G1 T4 V  |! f( u6 H# w/ I3 ^( u. ?# ~0 P+ }
1.1 试验仪器与试剂5 w) o$ }4 O& ^% L* L
  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 S- O  j2 F( S) P- E+ K1.2 试验条件及方法3 e' W; ~! P3 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。# o3 T" K2 c: t# B& i) o
1.3 试验结果& J& Q8 ~2 Q* I
1.3.1 聚丙烯酰胺最佳投量
) z5 N9 u4 K/ p1 {; x3 X  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。0 Y$ l3 L5 k, x( _

2 A4 e* Y' 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 $ \$ f1 @, F0 h7 m) @( u. w" c
A1 3 0 很细 0.30 9.6 6.6
4 M6 y5 J( [( a) W( o8 E5 sA2 3 0.01 很细 0.38 4.9 6.6 6 T5 l3 P' ]+ D, R# m  s
A3 3 0.03 大、实 0.57 3.1 6.6
) g2 y$ s( y& q3 e* E$ VA4 3 0.06 较大、重 0.83 3.0 6.6 5 l: |% i. l& c
A5 3 0.10 很大、重 1.70 3.2 6.6   [" m/ \8 \: W2 C3 M2 t9 b( b
A6 3 0.30 很大、重 3.12 3.1 6.6 ( x$ V+ j( E) K7 ^
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 + j4 L! q" Y+ ^3 F
A8 3 1.00 2.9 6.6 ( J8 L0 K  k& Y+ o  a2 P
B1 5 0 很细 0.30 7.2 7.5 3 [. N( g; {' I/ U  H. `
B2 5 0.10 很细 0.32 2.8 7.5
8 f) W! @# Y- tB3 5 0.03 大、实 0.83 2.9 7.5 7 [6 i6 e, p) Y
B4 5 0.06 较大、重 3.12 7.2 7.5
& M3 V9 a% o1 H1 d: lB5 5 0.10 很大、重工业 4.17 6.9 7.5
8 E9 P5 R6 ?8 D; z: A7 c& @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 U, L. X" ~# A- O/ u& I. [
B7 5 0.60 2.8 7.5 6 e7 e7 ^; K* G' z* u
B8 5 1.00 2.9 7.5 , I5 n3 Q6 c9 v7 b$ o
C1 20 0 很细、轻 0.23 13.6 7.2 5 {2 T2 _' s" n1 B$ r3 K3 s/ b! D/ _
C2 20 0.01 很细、径 0.23 13.0 7.2
+ m) G; h; s; N9 X, v- {' AC3 20 0.03 大、实 0.52 5.0 7.2
0 V0 a: L  S' [6 H% xC4 20 0.06 较大、重 0.83 4.1 7.2 # b9 `" |. x6 n0 `' ]( M7 S  V
C5 20 0.10 很大、重 1.14 3.8 7.2
7 ^& a. _" @8 {3 ZC6 20 0.30 很大、重 1.39 2.5 7.2
. W/ D: |9 c1 k6 a: y8 U9 iC7 20 0.60 加入4min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
: x/ y* n$ ?6 j. ^$ kC8 20 1.00 加入3min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
) P! A! k/ \+ \2 N  {注 A1—A8 烧杯中原水浊度1063NTU,原水PH值6.6,原水温度25℃1 B" Q( w, R; m" q0 F* `1 u/ d
B1—B8 烧杯中原水浊度2073NTU,原水PH值7.5,原水温度26℃
  L) f& n8 ]$ v5 D) G" l( p: p  I
8 ~3 q! _- |7 H( H/ ~: v1.3.2 助凝剂最佳投加点7 Y1 l$ P2 }( S( _$ T- A
  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。
6 b  t- ?& D: u: y  _
% n6 E7 _9 o* {  Q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 E# p: _) P9 O/ x. k固体聚合氯化铝投加量(mg/L) 4 4 4 4 4 4
% h6 M1 u8 |' e5 ?# N% t固体聚丙烯酰胺投加量(mg/L) 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 / ]/ Q! k* Y! V
助凝剂投入后搅拌时间(min) 13 10 8 6 4 2 . W* j' g. r( P2 E% h' @
矾花描述 很细 细小、轻 细小、轻 大、结实 大、结实 细小、轻
; u$ _+ b5 o: ?# v  N2 y! F混液面沉速(mm/s) 0.33 0.42 0.50 0.72 0.69 0.48   ]4 Y$ `. s$ O' T! s0 z) r/ o+ o! q
上清液浊度(NTU) 9.0 7.8 5.5 3.0 3.4 6.0
$ Q" ~5 }# {8 ^: @上清液PH值 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 * T4 f  q% B) N; ]) V6 F
注 1 原水浊度:1390NTU;原水PH值:7.6;原水温度:25℃7 s3 f+ `1 z* P' v: W
  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 / P( e, p" L) P
8 H7 T/ @/ T$ L, Z4 j- ?
2 聚丙烯酰胺水解(碱化)
9 F. G' z, v7 I& }8 L
" S% {5 W/ z( @5 p* T: h  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。% Q  u2 T$ J+ v; D- E

, o, ~  b6 Q* R8 y2 b: }3 生产应用2 G9 U3 `2 T. H
3 @+ R7 |9 @3 F. G
  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。
" o, M% p7 p: B6 m. ^' q! H$ \  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。
% O6 ^  |$ T& t5 T2 s  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。
' S4 v: M9 h; {6 _" i  Q( M: y" h
  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。
- f% ]2 {' V' \! X. U/ T0 v9 r) h& F+ W' Y4 l4 W6 {
4 几点体会
4 [9 U" S, ?2 R/ f" x+ N3 v$ j1 B% r7 y3 i. h, A; x5 k
  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 c  Y- E1 Q# V  ~1 h3 E
  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。
( y5 y% H6 A7 i) @- T/ g9 u' N2 _  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。" b2 n' P, P6 d% F2 r. Z
  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 j. E$ Z( n5 Y
  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。. i3 l; w- F7 ~% ~
  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。5 y0 {. Y3 d5 P* q( 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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