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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 s# n1 ?. b. J2 D7 D# K
1 试验, @& e# i4 i. Q

# C# r. \2 m5 x( f, `0 x& e1.1 试验仪器与试剂  x  q3 R0 V9 F& ^# z2 i& a% C
  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。0 j+ u6 x' M1 ~1 I3 H
1.2 试验条件及方法7 X% ]* i$ Q$ f# W; M5 D  V
  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。# d0 ?' S% G9 A
1.3 试验结果5 n) q( F/ \5 ^
1.3.1 聚丙烯酰胺最佳投量& m0 E' X+ Z# y
  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。: Z) R2 A$ |2 B9 l
9 D; Y% M$ g4 h1 j
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, z5 |" j/ g: eA1 3 0 很细 0.30 9.6 6.6 * L2 ?. r0 P  y/ Q: g
A2 3 0.01 很细 0.38 4.9 6.6 ! D* z, b8 ~1 m5 K1 A! q9 j0 Y
A3 3 0.03 大、实 0.57 3.1 6.6 : F4 _7 K2 E6 r/ j: z4 I
A4 3 0.06 较大、重 0.83 3.0 6.6 # ~2 u& A" Z) h. P& z
A5 3 0.10 很大、重 1.70 3.2 6.6 : p% ]3 S5 g1 f% E' j
A6 3 0.30 很大、重 3.12 3.1 6.6
* Q3 I5 o% _+ x. mA7 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
& Z7 l0 m0 v0 Z6 h5 ]$ F" AA8 3 1.00 2.9 6.6 $ L; w1 X! k& H# Q1 X
B1 5 0 很细 0.30 7.2 7.5 * @7 L& V, N) H0 Q: {4 f* ~
B2 5 0.10 很细 0.32 2.8 7.5 4 G1 `) Y9 D' J* J$ }% z
B3 5 0.03 大、实 0.83 2.9 7.5
& T- i- U- `! p# QB4 5 0.06 较大、重 3.12 7.2 7.5
3 z& ?/ C# n. @B5 5 0.10 很大、重工业 4.17 6.9 7.5
" w$ A$ v3 t! e) Q, i% j$ F6 j& VB6 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 7 N" G& n) j' T, T
B7 5 0.60 2.8 7.5
' Q  }" i1 r: Q8 \% BB8 5 1.00 2.9 7.5 2 l# N7 [/ L4 r# u
C1 20 0 很细、轻 0.23 13.6 7.2
% W3 D0 K$ B. e9 i0 l7 p. F$ GC2 20 0.01 很细、径 0.23 13.0 7.2
3 X* l# v  S9 N7 D7 T9 _9 BC3 20 0.03 大、实 0.52 5.0 7.2
* n7 ]. V; |0 w- bC4 20 0.06 较大、重 0.83 4.1 7.2
# ]6 S# P) r0 n+ YC5 20 0.10 很大、重 1.14 3.8 7.2
* h' \& e3 ]  G8 m" PC6 20 0.30 很大、重 1.39 2.5 7.2
9 O. p) B$ R( r% T& z' z( D, d2 SC7 20 0.60 加入4min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2 8 r2 F; w! M" I4 u1 O; F
C8 20 1.00 加入3min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2   e, Y4 p5 o' w
注 A1—A8 烧杯中原水浊度1063NTU,原水PH值6.6,原水温度25℃6 b, s( |7 M# P( I
B1—B8 烧杯中原水浊度2073NTU,原水PH值7.5,原水温度26℃
( a& f  Y5 x; P+ Q+ }- D' E
( s; P& M+ X$ x) X1.3.2 助凝剂最佳投加点$ ^, C5 q) i; T% e
  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。" \8 A, C2 ]2 p- _
) g+ s0 _3 F; Q7 P8 L
表2 聚丙烯酰胺最佳投入点试验结果 杯号 1 2 3 4 5 6   S7 ~; l" H" {2 `% o( ~
固体聚合氯化铝投加量(mg/L) 4 4 4 4 4 4 & ^: X( K, R2 \2 K( [% s
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 x- H# U- d' O6 t( R8 g0 }
助凝剂投入后搅拌时间(min) 13 10 8 6 4 2
/ o' h  M# k$ i3 o# y7 c矾花描述 很细 细小、轻 细小、轻 大、结实 大、结实 细小、轻
/ [- i: w' ^* ]' p# r& H混液面沉速(mm/s) 0.33 0.42 0.50 0.72 0.69 0.48 4 x: G. k0 V% Y! Z
上清液浊度(NTU) 9.0 7.8 5.5 3.0 3.4 6.0 % T+ J0 M9 h, ?+ E
上清液PH值 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 # I5 |8 v- R+ ~6 w
注 1 原水浊度:1390NTU;原水PH值:7.6;原水温度:25℃: n# v( L, y" ^1 P3 y6 n
  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
( {0 l9 ~% W! I+ j. c( G' z# D8 A1 S( f- k# [+ u) i; i
2 聚丙烯酰胺水解(碱化)7 q; o6 C$ U/ c/ {

! L' U) ~' g- @$ B$ @  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。7 J3 E) f. T2 t+ \( s5 s7 C5 h
+ y! }% s5 P1 s
3 生产应用; r4 f+ H; V/ `. V2 w+ [8 m
' j% l: e8 h$ v. 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。4 o7 a# d) t" V' J% ~6 C
  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。
( P7 s9 B6 @' J5 k* W  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。! y$ [' r) Y4 h3 X" l" m
2 D7 [/ {: m1 E& O/ B- M. 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。/ w% k7 @0 {* b
5 K2 g$ `6 l$ \
4 几点体会4 |$ ]/ z4 t) J5 o5 y% i

- V' _+ m+ g: j/ ?5 @$ o  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℃。
) D, U4 i0 H* n/ u- x9 i7 \0 |  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。. p  C) c. r* g9 q
  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。5 a$ ^. i+ x1 M0 D. j2 h+ R9 y
  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。, f( L2 _; p* u% M: j# ?1 W3 i* ]- \
  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。
* u; {2 F( D8 _2 z( [  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。& E. v$ H! U+ Q5 W) f- k+ Q
  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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