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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。
6 B. N9 l/ [8 x5 P! G+ F1 M1 试验5 W( a* J% h, ]

" T6 h3 s6 ^( @+ k- }9 K/ h/ v5 E" B1.1 试验仪器与试剂. O) U, K! u* x6 E0 P( ~# 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。
# y6 |5 h) B/ g  V1.2 试验条件及方法2 B+ |& [% w5 b% P. x, l) q
  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。
; E7 X$ h! S1 h! Y& H1.3 试验结果# q4 I9 e; ~# B; P
1.3.1 聚丙烯酰胺最佳投量
; [7 z' ~# T7 Z+ s/ T4 c  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 H8 I* v+ N% s  m
9 }2 P( a( P8 C& D! G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 3 q" x$ |2 b/ v) q1 _
A1 3 0 很细 0.30 9.6 6.6   o0 x3 m) Z, K5 U
A2 3 0.01 很细 0.38 4.9 6.6
' {) G+ P7 y: L# i" {+ OA3 3 0.03 大、实 0.57 3.1 6.6
! [; d; j1 U) N9 @3 XA4 3 0.06 较大、重 0.83 3.0 6.6
0 j8 k4 X1 O* `2 ?A5 3 0.10 很大、重 1.70 3.2 6.6 ' d4 @7 ^( {! C" V/ m( [6 _/ L8 i. z
A6 3 0.30 很大、重 3.12 3.1 6.6
* j" c# q7 u  k! R( [1 CA7 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 - s% K3 ~+ o; a8 }0 c; C) A
A8 3 1.00 2.9 6.6 8 m4 I1 D, s6 n+ n7 e
B1 5 0 很细 0.30 7.2 7.5 6 c& V/ }+ p8 ]/ I
B2 5 0.10 很细 0.32 2.8 7.5
7 R& w& c8 k, ^. V4 Y- GB3 5 0.03 大、实 0.83 2.9 7.5 ' a4 j" Y3 r4 e. w' a3 s, o5 k
B4 5 0.06 较大、重 3.12 7.2 7.5
+ Y+ A( {2 |- j( N  O1 I0 A4 ^, ^B5 5 0.10 很大、重工业 4.17 6.9 7.5
3 F$ Y, h8 ]; F2 y% GB6 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
1 u; r8 `9 G% X, Y1 \B7 5 0.60 2.8 7.5 ! |5 ~/ g$ J+ z4 {
B8 5 1.00 2.9 7.5 8 H& I; G8 _' i& E2 U* ]
C1 20 0 很细、轻 0.23 13.6 7.2
" x" G+ Z. t4 Q9 o- x( J6 E- OC2 20 0.01 很细、径 0.23 13.0 7.2
; |* f, y+ M5 d* R7 h. DC3 20 0.03 大、实 0.52 5.0 7.2
! W( I- m5 f! K& y6 AC4 20 0.06 较大、重 0.83 4.1 7.2 + e! B2 J0 {, i& L, G2 F" d
C5 20 0.10 很大、重 1.14 3.8 7.2 + R$ p( m0 p6 P$ j- W1 V
C6 20 0.30 很大、重 1.39 2.5 7.2
- s( m6 c; R) V7 e2 T3 K$ K9 ~& H$ hC7 20 0.60 加入4min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2 ( @7 @4 v8 o7 E8 P' R
C8 20 1.00 加入3min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
5 C* Y9 q5 u8 A8 ]( v) ~注 A1—A8 烧杯中原水浊度1063NTU,原水PH值6.6,原水温度25℃0 k9 X* z3 ]* N+ t/ P- M; V' U/ `4 V
B1—B8 烧杯中原水浊度2073NTU,原水PH值7.5,原水温度26℃
7 H; O( |% s7 X; t! A  X
4 l" r7 J. n. E( F! e, [6 i1.3.2 助凝剂最佳投加点
, a$ C0 e  x; H  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。9 u% [) |2 ]3 n* `4 S* W% Y' F

& l9 f4 ?6 [5 o' C$ 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
$ u6 S$ i: L* k; e( O& V固体聚合氯化铝投加量(mg/L) 4 4 4 4 4 4 ' W& q. X: z9 w2 p0 v
固体聚丙烯酰胺投加量(mg/L) 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 4 s! n( Y& f1 I0 d
助凝剂投入后搅拌时间(min) 13 10 8 6 4 2 ' {" ^9 F/ j9 A1 K
矾花描述 很细 细小、轻 细小、轻 大、结实 大、结实 细小、轻 . B) E/ v" [2 y3 x& E3 d" @) Y
混液面沉速(mm/s) 0.33 0.42 0.50 0.72 0.69 0.48 4 H" M2 Q- b- D# ?& D+ E, b/ T
上清液浊度(NTU) 9.0 7.8 5.5 3.0 3.4 6.0 . \; c/ M9 A! o/ T! J
上清液PH值 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6
7 r& F3 X4 C- N  x. m注 1 原水浊度:1390NTU;原水PH值:7.6;原水温度:25℃: a6 d3 n5 [9 b
  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
8 y, s3 A# T1 ?, Y/ h- b9 Z6 C  x& Q' S* t. y- @7 m
2 聚丙烯酰胺水解(碱化)
; @& O. z- v4 x0 n$ M$ {5 f2 F, P* u8 M+ ^/ ~! m+ [# u: z
  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。6 j" U9 u  G& I2 [% b- ^

( O# G9 b/ F+ K" g" I9 Y3 生产应用
' i7 G8 h$ O/ m6 \3 m6 I7 [8 {. E4 A( n' p: q0 O5 r0 y
  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。- i% g! c" Z% V6 B
  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。# H/ u6 r: X( U" k9 z
  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。
5 @9 s+ F3 p0 p
% w. G$ J( h! W+ _+ F; l; K  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。7 ]' |" ?0 O: P5 p
0 N+ H: V' D2 R& L9 m, Y) ]6 ]
4 几点体会
9 D. l' J+ p) {1 _3 g! `5 X. _: R: ~$ e
  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℃。
7 N7 I( L2 ^/ n7 f% Q$ c  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。
7 m$ ?2 E! K, [) z2 b% L' z  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。4 f* w, X' j, }* f2 v. W! V
  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。2 J; W5 A& d- V# l7 h
  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。
. q4 e' O, R- X1 v4 n  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。
& J5 g) W7 a8 P8 R4 D8 D  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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