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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。
* U9 W+ r1 _5 z/ V- p  _" R5 f1 试验
8 s% @, v# T7 T- |" }% q9 c- }7 t# z  Y
1.1 试验仪器与试剂% j. `3 M$ m/ v6 B9 f6 Y! j: h
  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。
# S+ N, s. Q& X# _: e$ i9 a1.2 试验条件及方法* k9 ?( ]" p9 u9 Y$ K' y- e4 ?1 [3 T, g
  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。
5 K- N8 F6 l/ r) f: }! |2 e1.3 试验结果
+ I2 K. q" A( n7 \7 E5 R/ [1.3.1 聚丙烯酰胺最佳投量2 T5 N. u$ |$ o
  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。6 H8 {; n; }, ~6 O3 M
$ l& `. ?6 E/ E9 ]2 Z( l
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
" D2 E4 e2 a" P7 Y' [A1 3 0 很细 0.30 9.6 6.6
) J# o! r2 G: G2 z' R2 w. [1 xA2 3 0.01 很细 0.38 4.9 6.6
0 j+ [, S2 p/ _, H( g! EA3 3 0.03 大、实 0.57 3.1 6.6
5 Q! D. H$ @/ u7 |5 b  [A4 3 0.06 较大、重 0.83 3.0 6.6
5 M( g) s6 ]# w% J' c' z, TA5 3 0.10 很大、重 1.70 3.2 6.6 . Q3 I" P( F/ Q6 j, f
A6 3 0.30 很大、重 3.12 3.1 6.6 ( A- `  i' t* D) R' Z' ?
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 ' x/ M' k. |, X7 q# a9 S
A8 3 1.00 2.9 6.6 + B5 r3 c' q& c! h# P" K
B1 5 0 很细 0.30 7.2 7.5
% I. A2 m% G: tB2 5 0.10 很细 0.32 2.8 7.5
( K) U0 y( b1 q7 t  m6 P" XB3 5 0.03 大、实 0.83 2.9 7.5
9 t& N! L) k% Y$ P9 \; y( sB4 5 0.06 较大、重 3.12 7.2 7.5
/ ^6 ~% A& E! \5 BB5 5 0.10 很大、重工业 4.17 6.9 7.5
, l/ e$ F5 R: F$ Z3 \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 2 i1 T3 R. ]" A6 h( c3 k
B7 5 0.60 2.8 7.5 ; N7 G6 @+ Y1 b+ j* C+ w4 W0 a6 H
B8 5 1.00 2.9 7.5
% D" g. K! m2 j: V: x! hC1 20 0 很细、轻 0.23 13.6 7.2 : r' @2 Q( i" H/ P; O" p9 o0 c' Y8 I
C2 20 0.01 很细、径 0.23 13.0 7.2 ) a, k! b3 K- s$ e3 K% W
C3 20 0.03 大、实 0.52 5.0 7.2
* ]+ a. O  a* a. bC4 20 0.06 较大、重 0.83 4.1 7.2 % u5 b* e1 h' I: B
C5 20 0.10 很大、重 1.14 3.8 7.2 8 t, A" E2 f  b* U- V5 c# Y
C6 20 0.30 很大、重 1.39 2.5 7.2
/ B  c( W) P( @9 b, gC7 20 0.60 加入4min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2 1 m0 |# I) W4 E% C1 v
C8 20 1.00 加入3min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2 4 E* p. d2 a0 U  x$ @1 l: H0 r
注 A1—A8 烧杯中原水浊度1063NTU,原水PH值6.6,原水温度25℃
9 r# Y1 [. y! Y: c9 [- O) nB1—B8 烧杯中原水浊度2073NTU,原水PH值7.5,原水温度26℃ ; \1 x4 W8 r; g0 m, y' I. r
$ I( q0 V- l% h* G2 u6 t
1.3.2 助凝剂最佳投加点! V$ z  g5 ~, f7 t6 V
  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。, z  k! H8 ?. j
. s) v' V3 b5 c) U& s) t% X" J" k
表2 聚丙烯酰胺最佳投入点试验结果 杯号 1 2 3 4 5 6
. k! O* C* v. P( Z% i* b固体聚合氯化铝投加量(mg/L) 4 4 4 4 4 4 - A3 q- b( P# P7 w
固体聚丙烯酰胺投加量(mg/L) 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 ! H. R: F7 ?* M7 X# |
助凝剂投入后搅拌时间(min) 13 10 8 6 4 2
! V' c7 w! _0 M5 Z2 h5 Y矾花描述 很细 细小、轻 细小、轻 大、结实 大、结实 细小、轻
( R* l) [3 e8 N混液面沉速(mm/s) 0.33 0.42 0.50 0.72 0.69 0.48 6 n& f8 x. Q! |6 G! q
上清液浊度(NTU) 9.0 7.8 5.5 3.0 3.4 6.0
* n8 E  V- n- M* @! N上清液PH值 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6
# u5 C" A/ Q+ ]0 d1 v% n# G9 O注 1 原水浊度:1390NTU;原水PH值:7.6;原水温度:25℃
  \0 R6 Y3 {/ C  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
; r* @3 e9 r% ?) \: s0 j) S2 `* F- K1 M
2 聚丙烯酰胺水解(碱化)
" ?# D3 X5 A+ t  _4 @
$ B1 s; ^2 b8 A: R0 o; r) i  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 G; B) Y) X. M# F+ w% ]9 _

# _( v. U- x9 f' R- d( Y$ z! m3 生产应用
. v2 O/ l2 m2 G. b& H' D5 A0 M- I' u# Q! s+ ]+ ]7 Z7 R+ ?
  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。
$ B8 t7 ~& R" E4 a  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。1 |! [; T2 n+ \+ G) W, q' 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。
* T0 Q. l& N5 \7 L; ~% i: U) _  |. y0 Z! R; T+ h2 D
  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。
: S1 V  f) [; ^- V! E* Q7 c; c
. k4 Y8 t$ o. |# X" H. r4 几点体会2 ~- E& J( h" O( P

5 t' l- a; G2 s  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℃。
0 J! ]% Y0 i1 Z$ H/ x0 T7 z" R  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。
5 H0 v: r0 [; {  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。  K+ S& w% `- v- }. Q
  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。# [% k8 P8 p0 t9 \
  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。* ?6 x' c! N3 m0 x
  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。/ I6 M/ A( `. i0 ?
  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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