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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。   \1 ?( c1 ^/ c' Y
1 试验
& V) \9 {& ?! l$ y$ ^. @2 v5 S
. O7 Y' r. a1 P! D! Q. ]1.1 试验仪器与试剂7 @6 O  G% M# [( z3 D
  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。( k( r6 @, |; ]
1.2 试验条件及方法
& D3 G" j9 [' P: s: @  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。
: E9 J, ]' m# T  H! f# P1.3 试验结果% D$ h2 {! [: }, E, V
1.3.1 聚丙烯酰胺最佳投量& B5 i( w" e/ U7 \$ y  X( G
  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。
9 W/ o; v" A/ D6 O& v( L8 d5 a$ k; @* f! f
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 7 @2 N7 T3 P- f6 D- ^" W
A1 3 0 很细 0.30 9.6 6.6 1 C* I- Q  e/ [; I
A2 3 0.01 很细 0.38 4.9 6.6
0 z$ Q1 F$ {7 e$ b' ?7 g3 uA3 3 0.03 大、实 0.57 3.1 6.6
4 e3 o; I% L% B/ L7 aA4 3 0.06 较大、重 0.83 3.0 6.6
6 J8 T( C# @$ u3 ~4 \& CA5 3 0.10 很大、重 1.70 3.2 6.6 % J# }* l2 |9 T1 g) e- I
A6 3 0.30 很大、重 3.12 3.1 6.6
* M9 R  h8 B( _6 [2 L  OA7 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
& {& l! [( M: O: r+ X: p. S( I8 aA8 3 1.00 2.9 6.6
# ]# m2 q# p6 p% z& fB1 5 0 很细 0.30 7.2 7.5
! o/ w0 y6 w7 A1 a' L- YB2 5 0.10 很细 0.32 2.8 7.5
9 P- g9 N9 P6 \1 BB3 5 0.03 大、实 0.83 2.9 7.5
5 k% K4 V1 e* h6 QB4 5 0.06 较大、重 3.12 7.2 7.5
, ^% @" W1 V' F8 HB5 5 0.10 很大、重工业 4.17 6.9 7.5 7 J' C4 c" E  T# `3 O
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 ' N4 A) p' o% j, T  M
B7 5 0.60 2.8 7.5
! O& K/ s, [0 C7 V1 r) N1 @: FB8 5 1.00 2.9 7.5 6 x# _- {! D- B9 e- S
C1 20 0 很细、轻 0.23 13.6 7.2
0 D9 b( n0 u6 e: I; {, X& YC2 20 0.01 很细、径 0.23 13.0 7.2
) C1 a& U( r2 G( |. g) BC3 20 0.03 大、实 0.52 5.0 7.2
. _$ d8 u1 r# ~C4 20 0.06 较大、重 0.83 4.1 7.2
% c# Y: t+ y% Y0 t" A8 p3 GC5 20 0.10 很大、重 1.14 3.8 7.2
( @3 _0 \! ]. MC6 20 0.30 很大、重 1.39 2.5 7.2
4 H0 G- @' J: m# ~C7 20 0.60 加入4min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
3 I; X- a% s9 n( T( vC8 20 1.00 加入3min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
3 v- u! z- c8 e$ E3 d* @3 w" L注 A1—A8 烧杯中原水浊度1063NTU,原水PH值6.6,原水温度25℃* H* _; [. z' Y; R3 c
B1—B8 烧杯中原水浊度2073NTU,原水PH值7.5,原水温度26℃
$ c4 H1 f& a* l- u. F
/ `) t$ n; P% q! `: F  G: E1.3.2 助凝剂最佳投加点
1 z, c( n5 I: K- i+ i7 W6 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。
& u2 V; C" I  W8 O. A* N4 G3 \: 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 % |' R' K& m# x1 v# z
固体聚合氯化铝投加量(mg/L) 4 4 4 4 4 4 " x1 [; A, v2 U9 Q2 W- m; _
固体聚丙烯酰胺投加量(mg/L) 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 . O4 k; N  z! b4 P
助凝剂投入后搅拌时间(min) 13 10 8 6 4 2
+ v  U% y  _0 {1 O! S' v矾花描述 很细 细小、轻 细小、轻 大、结实 大、结实 细小、轻
& l" ]& ^! F! w! [$ `混液面沉速(mm/s) 0.33 0.42 0.50 0.72 0.69 0.48 $ p& ^+ ?; e& h- @2 h2 u- D5 [
上清液浊度(NTU) 9.0 7.8 5.5 3.0 3.4 6.0
% d$ ^3 b# s/ V. F1 N% g$ ~上清液PH值 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 ) I8 U4 t( j1 P6 }
注 1 原水浊度:1390NTU;原水PH值:7.6;原水温度:25℃
7 l" `2 s: ~& P% A9 L' P: f! I  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
( O. G$ C) u: z" z# K0 w5 R8 k. C8 L$ n7 L
2 聚丙烯酰胺水解(碱化)1 S' _/ v  N; W4 L

2 H/ n. I/ C% D3 m' k7 n  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。3 N, c3 J! l: M  \$ E& B
, e: m" s, [; @- R; A: x3 \# E* B$ T
3 生产应用
/ i/ j* g- _3 O. H
+ u0 f% C! k& ?: f2 w/ M  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。
; `) c1 ^5 D; _  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。" y2 |) W* E( {" 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。4 f* k9 \0 t' c2 V
; }& O; W0 l# }3 x& d& T
  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。  Q( u1 L1 v7 `0 t1 G0 k- c$ O! }

) }; U( z/ Q; A% L# I' m4 几点体会
9 P6 r; M, W2 f7 O: k
) Y8 `. M, _6 g5 b2 l8 P# u  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℃。/ M2 I1 I' Y- ^4 g: v% k0 \
  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。
9 k9 q2 {  }! w( I' t! l  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。, p, z) j6 x& w& p  h0 ~+ a5 [# p
  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 N! O& l% Y0 T/ v  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。
/ Y+ e3 {' X0 l- C/ R  Y6 ~  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。
/ J0 [8 I" f0 Z7 D2 _2 v* c  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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