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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。
# q" Q5 s5 `, M1 试验
3 b5 r1 n3 Y# k' D+ |$ c: P
* K! C$ M% U! J+ y" i( I$ }& v5 I1.1 试验仪器与试剂- ]* T( @& c4 f3 r& j  |, ~/ |
  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 g2 s0 H, Y  Y/ a) f! V9 b1.2 试验条件及方法) z1 o9 c' g5 x/ Q  t0 Q( ^0 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。
2 r4 T9 x. e" a  p/ r1.3 试验结果' Z: P# W% I2 N2 A4 L
1.3.1 聚丙烯酰胺最佳投量6 t4 N# Y0 e  @7 \& T6 ~
  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。1 W$ f) K8 g2 f; n6 G9 z

) F% Q3 Z' L5 X; f  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
& O: K7 v. K2 ~' T# q8 oA1 3 0 很细 0.30 9.6 6.6 # i+ j. o/ j3 O8 ?; c! k
A2 3 0.01 很细 0.38 4.9 6.6
7 S8 @! p& h5 ?$ m& V1 hA3 3 0.03 大、实 0.57 3.1 6.6
5 R3 g& Z) U/ p  }7 ~+ W- p6 s) PA4 3 0.06 较大、重 0.83 3.0 6.6
0 D, j8 F, X& b' ?/ cA5 3 0.10 很大、重 1.70 3.2 6.6 + ]7 p+ \1 c8 D  J4 r
A6 3 0.30 很大、重 3.12 3.1 6.6
  t1 M0 B1 u# A' Z0 |  sA7 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 % L: p4 ^0 m& u
A8 3 1.00 2.9 6.6 ' b0 [1 j: w3 i9 P
B1 5 0 很细 0.30 7.2 7.5 3 E8 i% w9 Z5 p6 p5 Q! j
B2 5 0.10 很细 0.32 2.8 7.5
! z% G( y" N: j9 `( DB3 5 0.03 大、实 0.83 2.9 7.5
7 }* k. K9 D: X7 I0 g5 {: PB4 5 0.06 较大、重 3.12 7.2 7.5 ) \/ s: ]2 b+ W: U
B5 5 0.10 很大、重工业 4.17 6.9 7.5
$ {- l2 V( F. P( E4 v" t1 v  I3 zB6 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 _& N5 k3 h- H- e5 N6 ]B7 5 0.60 2.8 7.5 . m$ _3 g# B7 K; B; x3 Q
B8 5 1.00 2.9 7.5
6 i: g& I6 F5 O& xC1 20 0 很细、轻 0.23 13.6 7.2   H9 o: Y$ w% V# C1 Y$ L% M0 ^
C2 20 0.01 很细、径 0.23 13.0 7.2
, c; u* N; C: z: W1 \1 p, n  oC3 20 0.03 大、实 0.52 5.0 7.2 ; @9 T$ t% j- `1 ]" B& C6 M
C4 20 0.06 较大、重 0.83 4.1 7.2
9 p- T% s. K( i9 _, N8 ^! ]" CC5 20 0.10 很大、重 1.14 3.8 7.2
% F; U" b! [! p/ gC6 20 0.30 很大、重 1.39 2.5 7.2
. T  U2 I7 M' Z* D, ^C7 20 0.60 加入4min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
! n' E; j* e# I3 w5 `C8 20 1.00 加入3min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2 $ Q7 d2 x* @3 E& C
注 A1—A8 烧杯中原水浊度1063NTU,原水PH值6.6,原水温度25℃
/ h6 v. X6 ?" M3 w  v4 n5 a* O& q* DB1—B8 烧杯中原水浊度2073NTU,原水PH值7.5,原水温度26℃
6 R% G* x5 }( h* b4 A" C" i3 e) S  l" P/ \- U
1.3.2 助凝剂最佳投加点5 ?- |3 K& w0 i6 X. x
  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 C; u/ O% d# I5 t2 U( F, T" k5 w0 C
表2 聚丙烯酰胺最佳投入点试验结果 杯号 1 2 3 4 5 6
/ x" [+ K' X; }! g' [固体聚合氯化铝投加量(mg/L) 4 4 4 4 4 4
) Y9 m# b& Z7 M5 A" 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 ) u  Y; K9 r: [. a) g; D
助凝剂投入后搅拌时间(min) 13 10 8 6 4 2
% ^/ g% Q" h0 f/ s3 I, K矾花描述 很细 细小、轻 细小、轻 大、结实 大、结实 细小、轻
$ A1 b2 H4 b0 H$ f混液面沉速(mm/s) 0.33 0.42 0.50 0.72 0.69 0.48 ( s. W" D; s& a
上清液浊度(NTU) 9.0 7.8 5.5 3.0 3.4 6.0
8 P* Y+ y: v3 {# Z3 x0 V4 s上清液PH值 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6   T3 L  K, D$ t1 x  p
注 1 原水浊度:1390NTU;原水PH值:7.6;原水温度:25℃
6 ?1 J  d) [  Z" e9 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 . C; ?. z( E! j" ]3 a2 c
7 I; a: [/ i: i" L/ s
2 聚丙烯酰胺水解(碱化)
0 n( H% N9 I" _1 {4 L8 @- Y6 k  x' D% X! e. _0 B$ E) m8 Q
  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 J$ W5 ~- O, h: y! J( b% A

6 G7 I) P0 c! g' u" z1 L2 y3 生产应用
" Z8 o. f2 N* `% `  ?  h
( e" y' Y: S5 S" e  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。
6 w& x' s( r2 Z4 }, M  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。: o4 x# `5 ]# z$ U! I
  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 ?1 U* z+ T0 P5 u% m

) K: s+ k2 w9 d* u* A  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。
9 ~/ W5 |/ B7 k$ u( P# H: E
4 N+ b$ D9 ?5 e9 o4 几点体会4 M- R6 @2 m1 U/ T( I- D
4 _6 l) K0 z, W! q; {! 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℃。
& s* }4 R. D& t7 y. L  Z! r1 n' 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。
$ B4 y9 b) J6 o/ _) h  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。7 o: g  K7 M+ h% M% [
  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。
( J2 q- p' n  \" g! a  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。% z5 y3 F! W5 E/ 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。
0 _* y  `5 P) ^  {4 ^; i. X! E  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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