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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。
/ H2 Z: p. D4 D* O# a/ \) X: ?1 试验7 q( W+ O; t. B8 z
5 N0 s* k- u6 }  P0 N
1.1 试验仪器与试剂2 L6 D0 A" @; 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。
. ?; n8 V3 z- Z+ H3 q+ _1.2 试验条件及方法* h. T* B, J* o) l7 h5 P
  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 p" s% ~7 J& q7 D1.3 试验结果
( X1 Q) @) s* w1 ]5 _$ q1.3.1 聚丙烯酰胺最佳投量( r( E0 {) X8 p# B, ^
  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。; B& A  N$ M2 C* l! e
) r/ `1 q: z  i7 Z' h- F
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
+ s+ R( O% S# Y& }' ]# wA1 3 0 很细 0.30 9.6 6.6 - r8 M8 G' J: e2 d9 @4 w# y
A2 3 0.01 很细 0.38 4.9 6.6 # W) _1 C- o0 [5 w+ T
A3 3 0.03 大、实 0.57 3.1 6.6 6 i) e7 {1 p8 E, `6 S
A4 3 0.06 较大、重 0.83 3.0 6.6   a5 m3 p5 P- G# r0 ~# t$ {+ t; R
A5 3 0.10 很大、重 1.70 3.2 6.6 : J' ~8 Q$ J: ?  i
A6 3 0.30 很大、重 3.12 3.1 6.6
8 R4 Q3 f$ P8 c$ M$ O, L4 jA7 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 9 O/ P/ e. q. ~7 Q4 s8 A
A8 3 1.00 2.9 6.6 8 K: g6 L: n# i" a3 |
B1 5 0 很细 0.30 7.2 7.5 5 Q: Y5 B- S% w! S
B2 5 0.10 很细 0.32 2.8 7.5 * d: _0 ?! n$ L; v% @# i# p6 H
B3 5 0.03 大、实 0.83 2.9 7.5 " K2 T. j8 k( L3 z' p' |* `
B4 5 0.06 较大、重 3.12 7.2 7.5
- N( d" Q# m7 K" DB5 5 0.10 很大、重工业 4.17 6.9 7.5
- ~+ G6 `; m* j3 \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
- J, W1 y* g' R% H0 w, [* tB7 5 0.60 2.8 7.5
9 o2 D# z( h8 Y1 D* x( tB8 5 1.00 2.9 7.5 , n2 T0 A! w4 @6 I; P& p
C1 20 0 很细、轻 0.23 13.6 7.2 6 B& l) V3 G6 c0 `  T* q# J0 v
C2 20 0.01 很细、径 0.23 13.0 7.2
/ ^" M( l5 j4 X9 gC3 20 0.03 大、实 0.52 5.0 7.2
$ ~+ r/ Q* W5 t& D# e4 o. m' w8 ZC4 20 0.06 较大、重 0.83 4.1 7.2 - L- W6 A' `  S! b' W. k
C5 20 0.10 很大、重 1.14 3.8 7.2
3 h1 r" ~! |3 QC6 20 0.30 很大、重 1.39 2.5 7.2
' Q1 _; j' G8 m7 C% s) @3 I# u, B/ yC7 20 0.60 加入4min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2 # h8 a* Y. _; e& L
C8 20 1.00 加入3min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2 # d1 y; |* ]2 z  a) Y
注 A1—A8 烧杯中原水浊度1063NTU,原水PH值6.6,原水温度25℃
8 F. z5 e& E6 M% c7 @& n/ wB1—B8 烧杯中原水浊度2073NTU,原水PH值7.5,原水温度26℃ ! M! W% c8 J* n! r  B! I9 Q9 r
  S: a4 `- X0 B( G$ T7 N
1.3.2 助凝剂最佳投加点% M) V6 i, ]$ A  O
  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。
0 q7 |. K% ~( h6 g( P- U; e* {4 C( Y/ h7 d' Z( k
表2 聚丙烯酰胺最佳投入点试验结果 杯号 1 2 3 4 5 6 , y& J8 }* U, n' \3 E' c
固体聚合氯化铝投加量(mg/L) 4 4 4 4 4 4
* `1 E' M) A/ c; q& }& I3 N固体聚丙烯酰胺投加量(mg/L) 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05
3 S% P, I0 o2 m助凝剂投入后搅拌时间(min) 13 10 8 6 4 2
1 S3 D  B+ ]# i- y矾花描述 很细 细小、轻 细小、轻 大、结实 大、结实 细小、轻 % v$ A; ?# ~; T, d) a- B, w3 [3 v" a
混液面沉速(mm/s) 0.33 0.42 0.50 0.72 0.69 0.48
8 ?% Z( |7 N1 w- ]0 u; |上清液浊度(NTU) 9.0 7.8 5.5 3.0 3.4 6.0 , U  }% A1 k5 r* v' ~
上清液PH值 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6
9 a0 I2 D/ p2 T7 A( S注 1 原水浊度:1390NTU;原水PH值:7.6;原水温度:25℃
" F; u& v* |' f  [  s  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
3 X9 P4 N* A3 }7 \# x+ k
: }/ ~$ R2 Q8 D  P3 _2 聚丙烯酰胺水解(碱化)
) _5 {- i" `' ~1 v+ O
& M4 W2 w9 f  ^  s7 M# ?  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。, _7 l1 R/ @8 o9 l9 }' ~' i, L2 Z
( X& _2 z6 Q2 k$ t  y6 Y
3 生产应用" ?+ Q' i" J7 @1 E$ k

" m  r, q7 c# a7 S/ J  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。
8 u6 W+ N: B  J; E  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。
( J/ g" y+ w! Z6 R9 i# e  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。9 t) I" R5 j) a; R# z7 T, X, T& S
" y4 j+ ^6 X1 h! 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。5 b" w) b. r5 {/ [

2 r$ b& O! T; U4 几点体会& M  Q. w# r$ s! J; {' U

2 y& e) u# ~3 ?- A. _: ?  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 V: v; v6 \: q, J& M, A  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。
9 c9 W* u% U1 A5 a" X; {  n  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。( n: d0 ?3 [7 q( q% [
  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。  k% N$ p, U6 a6 D4 F% R5 ^
  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。' K- X/ [$ V3 C4 W) K
  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 E' f% p6 A
  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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