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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。 1 M; _4 i# {! S* @
1 试验
3 X8 ^( ~ \% z1 [" X, I( S% H q. l" f
1.1 试验仪器与试剂
4 }+ W1 c$ n5 K) ^1 X 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。% t v$ K2 k( Q3 K& `5 j, B; o
1.2 试验条件及方法- b6 \2 U$ {# `8 D. _+ ]7 B5 _: D
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。
! k/ H m3 l% `/ `1.3 试验结果
3 n" J& m9 U5 `1.3.1 聚丙烯酰胺最佳投量/ P7 U$ T, b. Z! n. U$ r7 l8 m
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。
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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
( ]" I0 E! q9 w+ M4 B, CA1 3 0 很细 0.30 9.6 6.6
$ D. J f& J9 L0 pA2 3 0.01 很细 0.38 4.9 6.6
' F0 t$ m. `' A+ O$ V: E) e& bA3 3 0.03 大、实 0.57 3.1 6.6
; ^3 H. n3 C7 O0 j* V3 oA4 3 0.06 较大、重 0.83 3.0 6.6 # F4 X( u7 a& o0 `6 s% I" y
A5 3 0.10 很大、重 1.70 3.2 6.6 . U4 ^( v3 k& Y7 v' r% _
A6 3 0.30 很大、重 3.12 3.1 6.6
- E# z. _+ ?! S) K. ?4 o3 FA7 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
. ]1 u! h+ N4 ?! G" S' XA8 3 1.00 2.9 6.6
( _3 V) x, ~+ Q8 IB1 5 0 很细 0.30 7.2 7.5
: O' F8 w; i8 {* h5 H7 aB2 5 0.10 很细 0.32 2.8 7.5 0 h. l1 f9 W `
B3 5 0.03 大、实 0.83 2.9 7.5 1 f% J, }! z* R' J; M$ ]# @
B4 5 0.06 较大、重 3.12 7.2 7.5
: g. K3 D: Q3 \4 o8 [9 uB5 5 0.10 很大、重工业 4.17 6.9 7.5
1 P; f( | Q% l! f# [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 4 h$ t# ]; ~3 U+ x J, C
B7 5 0.60 2.8 7.5 - J9 {8 A) ^) @$ q
B8 5 1.00 2.9 7.5 t$ C3 l2 z! S4 z( B) B& J
C1 20 0 很细、轻 0.23 13.6 7.2 " z1 L( p B, L* M( v, `
C2 20 0.01 很细、径 0.23 13.0 7.2 0 X0 C- s: k9 t5 N
C3 20 0.03 大、实 0.52 5.0 7.2 ; g! o9 ?' j" C$ V5 i
C4 20 0.06 较大、重 0.83 4.1 7.2 8 w+ I( k) a- V
C5 20 0.10 很大、重 1.14 3.8 7.2
# V7 U8 [* {+ KC6 20 0.30 很大、重 1.39 2.5 7.2 # Q) q1 G. W1 S: [1 b. _$ \
C7 20 0.60 加入4min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
7 h) N1 b0 R' e8 HC8 20 1.00 加入3min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
+ E' I9 D7 h0 `. |6 j注 A1—A8 烧杯中原水浊度1063NTU,原水PH值6.6,原水温度25℃* ^' }- x! M4 M
B1—B8 烧杯中原水浊度2073NTU,原水PH值7.5,原水温度26℃ ! ]) V- Z) ?3 x8 t# I
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1.3.2 助凝剂最佳投加点. ^5 g# T/ r- X/ i$ c7 ~
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。' a" _; r8 H) G3 I& U1 G. G
6 W$ k, M) {* u+ B) o表2 聚丙烯酰胺最佳投入点试验结果 杯号 1 2 3 4 5 6
& r0 T+ X; j/ l+ ~% b1 }" j固体聚合氯化铝投加量(mg/L) 4 4 4 4 4 4
* A3 k. T' A0 e* |' d8 U固体聚丙烯酰胺投加量(mg/L) 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 % i8 Y5 g3 L7 ~, F" P) |) w
助凝剂投入后搅拌时间(min) 13 10 8 6 4 2
9 q' _' {1 [* v0 y6 ^矾花描述 很细 细小、轻 细小、轻 大、结实 大、结实 细小、轻 4 ]1 E/ ?- s9 {9 Y
混液面沉速(mm/s) 0.33 0.42 0.50 0.72 0.69 0.48 J% `3 d( r& h- T C
上清液浊度(NTU) 9.0 7.8 5.5 3.0 3.4 6.0 - S+ T5 F" c: y7 Z
上清液PH值 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 , [2 R6 Q5 A/ y+ b6 J
注 1 原水浊度:1390NTU;原水PH值:7.6;原水温度:25℃
, I* ]! j# ^' Q* K 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 ( l7 G8 ^- g* W) Q% E0 Z# d
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2 聚丙烯酰胺水解(碱化)
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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。
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3 生产应用, X$ G2 L, I$ C
/ L% D6 \' ]3 X& Q x6 w 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。* n' E% s9 r: V `3 O- 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。
; [. ]9 o- g h$ g( S e! I. g5 M 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。
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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 O+ U" ?- ]/ H$ s/ G1 C5 x/ z
7 R1 a9 `" Y$ v7 b, a. [4 几点体会. V! D5 o" z2 M3 `1 r
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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℃。
e# B/ @) k4 [7 ~ 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。3 W$ t. x, }7 s7 [1 U9 f0 ?5 R
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。% X, t3 d" [/ G* Z8 F' t1 @' Z
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。$ z. A6 c9 d* n, O. `+ O' s
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。
/ m0 j* ^1 T# C0 m 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。
+ ~; S; ^' 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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