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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。
8 F& M  d' e( y" }' C1 试验
4 o/ b4 L' h: o" q" e& I' q6 n# W" Z, |  b! _
1.1 试验仪器与试剂
( u: B7 e" z# F7 p  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。
$ i4 M( e0 i6 A1 F* y- J1.2 试验条件及方法
( k. @# G2 D- f( ~  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。: `& [0 ^5 z& S$ q/ |/ {
1.3 试验结果2 S. e" I. u8 Q' n
1.3.1 聚丙烯酰胺最佳投量" r, O; @* b2 f/ m. |5 ]2 I
  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。/ D9 q( j6 J/ A  }3 L3 b4 I" Z

/ }2 b, d9 k' K8 V9 \) \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
$ W& c$ i% K$ t- Y  g, }A1 3 0 很细 0.30 9.6 6.6
, _( f; @* n6 |; V, M  N  lA2 3 0.01 很细 0.38 4.9 6.6 - o% A) T" P+ |# b! B
A3 3 0.03 大、实 0.57 3.1 6.6
2 f3 J# a+ C/ N& h! c2 F+ ZA4 3 0.06 较大、重 0.83 3.0 6.6
: @6 D+ t+ U+ `2 M3 t) |$ NA5 3 0.10 很大、重 1.70 3.2 6.6 , [5 D" [* \( y
A6 3 0.30 很大、重 3.12 3.1 6.6 8 L& ]' ]* ^, C8 r9 z) S  J4 k
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 6 S6 y' j+ L9 Y
A8 3 1.00 2.9 6.6 9 f! X  v) a' S& K0 r6 q4 I
B1 5 0 很细 0.30 7.2 7.5 4 q/ b$ ^9 |( g4 z% m
B2 5 0.10 很细 0.32 2.8 7.5 - L3 \" ]) B' |- C! b4 ]+ U: H
B3 5 0.03 大、实 0.83 2.9 7.5 3 X" w9 [3 x  r7 c
B4 5 0.06 较大、重 3.12 7.2 7.5
' S1 T% L3 y- l7 Z, v% q8 M; |; sB5 5 0.10 很大、重工业 4.17 6.9 7.5 3 I2 c# g; K$ }  l1 ~( E
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 . ?: O( |( U8 B) k
B7 5 0.60 2.8 7.5   K: {  ^+ V8 I$ A3 p
B8 5 1.00 2.9 7.5 . q2 G5 N9 p& b9 H. K5 n
C1 20 0 很细、轻 0.23 13.6 7.2 2 b" D2 x. m4 }
C2 20 0.01 很细、径 0.23 13.0 7.2
. w- s% _3 T$ X( b2 b: a( RC3 20 0.03 大、实 0.52 5.0 7.2
6 H' t: d4 x; Y3 h) I1 J7 LC4 20 0.06 较大、重 0.83 4.1 7.2 4 }& X/ }4 c3 r- r8 j
C5 20 0.10 很大、重 1.14 3.8 7.2
! k$ X2 u1 w- k1 c/ _C6 20 0.30 很大、重 1.39 2.5 7.2
* m! M! b0 L! l8 x& BC7 20 0.60 加入4min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
: O7 Z1 J6 D* `( f3 O: y7 j- EC8 20 1.00 加入3min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2 ! ?3 w+ q! v3 S4 h9 v8 f
注 A1—A8 烧杯中原水浊度1063NTU,原水PH值6.6,原水温度25℃1 `) d$ \9 H  q5 h3 {6 N/ A
B1—B8 烧杯中原水浊度2073NTU,原水PH值7.5,原水温度26℃
: J8 q/ u3 v8 ?+ g# F9 S: Z& _& b. h  n% z2 ~5 J9 r" g3 k
1.3.2 助凝剂最佳投加点$ G. {- L5 N8 p& s3 W7 l/ e" e3 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。
1 r# Z: T! \$ R! s
4 e) L& A0 P& T( `表2 聚丙烯酰胺最佳投入点试验结果 杯号 1 2 3 4 5 6
- O2 v. |& c3 v& s! i- [( b固体聚合氯化铝投加量(mg/L) 4 4 4 4 4 4 ( \# ?0 \1 N$ O( f3 q0 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   ~' t& o8 m& P- e
助凝剂投入后搅拌时间(min) 13 10 8 6 4 2
  L2 @# L" q: [  Y9 l5 B/ a4 u8 O矾花描述 很细 细小、轻 细小、轻 大、结实 大、结实 细小、轻 / v8 y  O! e( s/ C
混液面沉速(mm/s) 0.33 0.42 0.50 0.72 0.69 0.48
  _  E% M( {7 r; B, J( ~8 Z上清液浊度(NTU) 9.0 7.8 5.5 3.0 3.4 6.0
: s- q4 _3 w8 i" ^0 b/ U2 r上清液PH值 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 ) D" r: g7 x2 G. i# ~! P* Y
注 1 原水浊度:1390NTU;原水PH值:7.6;原水温度:25℃. R3 a2 P% D1 l+ Q- M* P6 B, P
  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 6 y, w3 ?- K/ O: r1 A+ m- V
: K9 O: `8 p* a, [
2 聚丙烯酰胺水解(碱化)
, y% G: n  S1 ^- i- g9 n, M  u/ \* T6 g: X9 s  _" ?. f
  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。2 {$ E, G! t8 @. @  B
; x  k1 q' F* v; Q0 E) h7 z
3 生产应用; c- g  s. Y; Q5 z/ ^5 L' k  W& G* h

' i$ {% ~6 O+ J3 u+ J1 C  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。
4 c- z% `. |. A, N: D# I* I6 y  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。; G9 k) f: `5 |- F; x
  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。
, g0 H. j$ `- i4 T* a; H, V3 H2 X* m
! F8 E" |. j( K2 L: W  g* d# u! ?  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。% l; R; U0 W' G6 g2 ~
7 p2 m# D" ^! d' E  \
4 几点体会
$ i4 o9 N8 _$ u; Z; R0 I- X& Z  ?2 U' r' X+ Y
  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℃。% M# m* |* }2 H$ @" q! \6 L
  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。
5 b& L% K2 t; C% s) v6 p  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。+ u8 d. @8 S6 U% X* Q+ N
  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。* }, n0 N2 t* b( p# j! D
  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。' I: \* s  t! n1 r* ?% W
  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。6 P3 o: c$ @1 Q  N; g3 w6 k1 O
  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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