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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 {( Q3 e& N) H6 x, ?0 U
1 试验& E1 A9 F7 R' ~* A5 _

# d4 }! U. N, J7 z" Y" c+ k1.1 试验仪器与试剂* k1 w# N4 n4 q
  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。7 e0 j0 X, y: U. X% S9 `
1.2 试验条件及方法
% U7 H, ]4 f& T, k1 |  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。1 @+ _) e( h0 M) q2 {( d2 a! g5 j. a
1.3 试验结果% z2 z1 f1 b/ J3 G* }9 h1 N4 _
1.3.1 聚丙烯酰胺最佳投量' S  [$ u+ H2 N9 |
  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。5 d! u) L$ ~1 P4 X% t. }$ t

7 d7 W3 Z$ w9 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 ! `' X* j( ?% W/ T' V- s7 Z' {( X
A1 3 0 很细 0.30 9.6 6.6 . X  k% i% |4 ~6 O; k6 D
A2 3 0.01 很细 0.38 4.9 6.6
. Z5 {: f* M# z. p1 |2 }A3 3 0.03 大、实 0.57 3.1 6.6 7 g: [3 g" {0 M: }6 g) A  }9 t
A4 3 0.06 较大、重 0.83 3.0 6.6 - D7 [( S) i5 T
A5 3 0.10 很大、重 1.70 3.2 6.6
9 ?$ x4 J) i2 C4 E+ ZA6 3 0.30 很大、重 3.12 3.1 6.6
1 c+ m* X# ^- `$ AA7 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 + b1 T; \0 x( v/ @0 s6 {
A8 3 1.00 2.9 6.6
  ?& U( m, a8 KB1 5 0 很细 0.30 7.2 7.5 ! O2 t" W. {& N& Q
B2 5 0.10 很细 0.32 2.8 7.5 . Q( i2 q6 D0 Y3 u% N) y1 P
B3 5 0.03 大、实 0.83 2.9 7.5
3 g, s7 F3 a: @( L* }B4 5 0.06 较大、重 3.12 7.2 7.5
' d0 _" _7 l1 \) N5 j4 X5 G9 UB5 5 0.10 很大、重工业 4.17 6.9 7.5 ; i1 N1 Y) N3 S* `
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 # ?+ }) i; H  _. a7 H: o
B7 5 0.60 2.8 7.5 2 \  R' i' _: B' ^
B8 5 1.00 2.9 7.5 ' c2 K5 i' q$ [: u, Z# v# x
C1 20 0 很细、轻 0.23 13.6 7.2 $ }+ V6 f" Z. _4 K7 G' O
C2 20 0.01 很细、径 0.23 13.0 7.2
8 F% Y9 |% _' I( G" _C3 20 0.03 大、实 0.52 5.0 7.2 / C: @, Q  I# O! z" N0 l  g  x
C4 20 0.06 较大、重 0.83 4.1 7.2 ) I" o7 m/ ^: m1 y* N
C5 20 0.10 很大、重 1.14 3.8 7.2 % g# A; D9 @5 H, Z1 Q1 I8 v
C6 20 0.30 很大、重 1.39 2.5 7.2 % a3 r. D/ H6 m! n
C7 20 0.60 加入4min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2 . d" n! b% F9 p5 x6 [5 g7 O) T
C8 20 1.00 加入3min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
! d4 x) F( S8 y5 r( s+ Q( Q8 J注 A1—A8 烧杯中原水浊度1063NTU,原水PH值6.6,原水温度25℃6 V5 s9 ]! F4 z' F8 J; C8 _/ Z2 }0 ^( t
B1—B8 烧杯中原水浊度2073NTU,原水PH值7.5,原水温度26℃ ' E" `. p8 a& L' o* a: m
9 ^( `7 t$ @% o- w2 H
1.3.2 助凝剂最佳投加点
7 a  m$ H5 v: h; N& \; T! V) `( J  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。
" T: J* W" q# @/ j
$ Y. g: j8 J* y9 [& ~表2 聚丙烯酰胺最佳投入点试验结果 杯号 1 2 3 4 5 6
* V7 B9 m& G- E固体聚合氯化铝投加量(mg/L) 4 4 4 4 4 4
8 M6 i! ?6 d( C* }% b% K! I固体聚丙烯酰胺投加量(mg/L) 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05
0 A" k/ ^8 {" {$ F助凝剂投入后搅拌时间(min) 13 10 8 6 4 2 $ v+ I+ @  L) s" N* ?% ~( e
矾花描述 很细 细小、轻 细小、轻 大、结实 大、结实 细小、轻 9 C$ {7 t( M8 x  A7 S
混液面沉速(mm/s) 0.33 0.42 0.50 0.72 0.69 0.48 : A' x* [  p* H3 L5 N( S5 l
上清液浊度(NTU) 9.0 7.8 5.5 3.0 3.4 6.0
; n$ O5 @! ~0 K上清液PH值 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6
# i' P/ D& G" t" q注 1 原水浊度:1390NTU;原水PH值:7.6;原水温度:25℃( L* i4 {, h9 s: ^) p5 ^  k. i( g
  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 2 Q! U  z8 c& L1 c* M' h- ~& c* |
) Z  t$ t8 W# ~0 ]/ ]
2 聚丙烯酰胺水解(碱化)0 F! [5 V/ a& U' H

  U: _  {! C3 p/ f# ~7 T- W; r  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。  g& K( A* r, T8 I$ ~
" p) f% C0 h% ~$ h/ x
3 生产应用
. W/ v0 e8 |6 ?/ Z: ~4 l0 u
" t& g) ^3 h: L+ k$ S  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。
. ]: V3 ~4 Y3 J+ Y5 v. J5 t5 O* D3 t  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。
3 ]4 A! d  n, y1 u  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。
3 \4 r- H+ X4 z5 d- l3 ]" I& ?9 |6 [- T& T/ E, ?
  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。
1 K7 j0 h4 |: C; t. u
4 y) X9 W3 }, C0 X: [4 几点体会
! ]8 u3 T; W( I  p9 j5 g/ N. ?3 {% b6 k" T
  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 x5 z) Q  l4 q
  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。$ u" z; R" U3 `
  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。
3 h; A9 M2 |+ R  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。* n  N6 j+ p' j. e' Z3 H" N4 m4 K
  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。
- q) h% B5 N) D, f$ J' _0 ?  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。/ A% p4 v4 L/ Z5 |
  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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