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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。
* H( V1 e5 \. R  [  {. i1 试验) \' a# d1 P; o6 [) U

6 c' b) H3 L- @9 t- m& O7 F( K. R1.1 试验仪器与试剂; }9 ]0 Y  w% Q4 I% e9 i  \3 d* u2 I
  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。/ a0 L6 f3 e6 b" a- M
1.2 试验条件及方法
1 a  c1 Q; h) v% b3 n8 Z  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。( h% @; [3 g. G% _8 Q8 C
1.3 试验结果
4 {7 J: b! I$ N8 `1.3.1 聚丙烯酰胺最佳投量3 }9 N; U& X2 W4 h4 X" u
  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。' e4 `" X# d" n

" Y: i" `2 U. @$ 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
" A- v& L  p7 `! F, t& m+ y/ \0 yA1 3 0 很细 0.30 9.6 6.6
! P3 _6 d' I; A% {% JA2 3 0.01 很细 0.38 4.9 6.6
  @" S! r# Q9 p5 @" [7 rA3 3 0.03 大、实 0.57 3.1 6.6 2 M8 M  G% D: k4 C# M/ h
A4 3 0.06 较大、重 0.83 3.0 6.6
- p* ]" Y! l+ K' k% [A5 3 0.10 很大、重 1.70 3.2 6.6
0 Z. J" D3 P* a8 P" XA6 3 0.30 很大、重 3.12 3.1 6.6 0 P  w0 h1 D- v
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 0 Y$ e, ]  [' k8 I$ t
A8 3 1.00 2.9 6.6 8 }* `2 u1 j0 Q- D
B1 5 0 很细 0.30 7.2 7.5 % Z& l4 O* O8 ?. X( ?2 a! m
B2 5 0.10 很细 0.32 2.8 7.5
. A$ {6 p; A. G+ Y" {B3 5 0.03 大、实 0.83 2.9 7.5 3 D4 j! F" B! A3 m* s
B4 5 0.06 较大、重 3.12 7.2 7.5
: H7 e  `: b% x/ ]5 P. ^/ E, ~B5 5 0.10 很大、重工业 4.17 6.9 7.5
9 q2 E7 J" [" {' V) tB6 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
6 |5 X! m. s) F9 w  V2 IB7 5 0.60 2.8 7.5 : Q# w+ J, u% \6 y& j
B8 5 1.00 2.9 7.5 / m( s; i3 ]; K, x! w6 B: m* X! M
C1 20 0 很细、轻 0.23 13.6 7.2
/ {$ L9 x$ c" y+ x! dC2 20 0.01 很细、径 0.23 13.0 7.2
' N4 M5 _; e' wC3 20 0.03 大、实 0.52 5.0 7.2 4 O+ _' y& x+ S, R8 _  v
C4 20 0.06 较大、重 0.83 4.1 7.2 4 x1 f7 n8 ]& ~4 O2 ]! T- U- r
C5 20 0.10 很大、重 1.14 3.8 7.2 ; X  t# V$ J1 ~2 R6 u* t
C6 20 0.30 很大、重 1.39 2.5 7.2
  ]+ f# i  b& y/ {, f6 a" lC7 20 0.60 加入4min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2 - {# a1 [% P, L5 x
C8 20 1.00 加入3min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2 % L1 d3 u/ v6 l% L8 f
注 A1—A8 烧杯中原水浊度1063NTU,原水PH值6.6,原水温度25℃
$ J1 M) w! [6 _B1—B8 烧杯中原水浊度2073NTU,原水PH值7.5,原水温度26℃
  U  C* m% ]7 c) A* I: h5 V
0 {4 z3 @6 s  ~: l1.3.2 助凝剂最佳投加点
, b- h1 t6 g4 Q8 \) [* N1 p9 ^) s* t  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。* m+ U9 B: a' A, S' s! y! V
% Y) b! F, S; e
表2 聚丙烯酰胺最佳投入点试验结果 杯号 1 2 3 4 5 6
% v/ `( Y7 m. G' y: f固体聚合氯化铝投加量(mg/L) 4 4 4 4 4 4
9 \% F6 ?7 Y9 P固体聚丙烯酰胺投加量(mg/L) 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05
2 S8 K# z4 _# P& L助凝剂投入后搅拌时间(min) 13 10 8 6 4 2
8 _; a* }4 {" J: U1 ^8 ^. N矾花描述 很细 细小、轻 细小、轻 大、结实 大、结实 细小、轻 : c8 z8 E$ X3 }/ j$ }4 {- F
混液面沉速(mm/s) 0.33 0.42 0.50 0.72 0.69 0.48 ) ]( p  [. A/ h& G9 W7 l
上清液浊度(NTU) 9.0 7.8 5.5 3.0 3.4 6.0 ) o3 ?  E' ]( {: Y+ c& [( F: W
上清液PH值 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7 z( m6 R( L5 g; |
注 1 原水浊度:1390NTU;原水PH值:7.6;原水温度:25℃7 x. s. l) Q+ m3 A9 C  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 3 U( @& |4 k( T! [
" ^0 X& N. L7 A% p4 B" w7 G" R2 K
2 聚丙烯酰胺水解(碱化)* a! g" X" a/ Z8 i' U

$ Y1 k. l& r9 \  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 w* ?* s3 }/ _/ G* Q
2 E% s0 y) i3 ?4 v7 s' I  s+ D) Z3 生产应用
6 @% |' a( Y6 h5 z
9 {8 U3 O+ E/ v1 D  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。
  i7 |. R2 N5 n- s3 _  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$ k! @% u$ A$ T; y- e% p+ j
  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。
# c3 @. b: j, ^+ ?5 L& A" k" H4 d8 ?( R) U' u, I& j
  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。# P" w7 L% V! D1 Q3 n* w" i
4 g! D" X) E, }2 J: u
4 几点体会
! ?( K9 T$ B  D8 }8 h) [9 [# a+ W& b  q. ~2 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 ?  e6 _- b. H' Z; h7 b! O- D  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。1 {6 ?+ H0 K! p) `  h. c
  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。9 `, t% \9 q: |1 M/ 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。
5 y4 x6 P, S+ H" c" ~  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。
; `" x/ @# M5 `" y) S+ b1 Y  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。7 w$ q3 X, v+ ]! h% a; I9 k
  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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