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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。 * F7 n6 e) V4 F
1 试验" q7 w0 z' h& x7 \5 x V# e% t# Y
5 d% Z/ Y0 Y% w `* a. m& H( ~1.1 试验仪器与试剂
: @" d0 A! O! L0 p% ~ 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。
' ]+ d7 `. N3 O4 a% I! t1.2 试验条件及方法( v0 M1 Y$ N! 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。2 {- L5 ~4 D3 n. D
1.3 试验结果
+ Y. T8 W/ D' d3 ` X7 Q1.3.1 聚丙烯酰胺最佳投量
. F4 l% j$ n* q 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。# E) J) u0 j% Q" m, g8 E8 N# ?
. J. g$ ?- o: ~/ M
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
! [( o+ E) Y$ X+ W, @: i. p' ]* dA1 3 0 很细 0.30 9.6 6.6
( m& Y2 t/ u" v0 C% g- {A2 3 0.01 很细 0.38 4.9 6.6 8 t$ g- y, A* f, f9 B
A3 3 0.03 大、实 0.57 3.1 6.6 & }$ e! w- q7 A+ D8 Y& e) I3 A( T/ O
A4 3 0.06 较大、重 0.83 3.0 6.6 3 r3 \! S0 ^4 _! c
A5 3 0.10 很大、重 1.70 3.2 6.6
2 M1 n- ~) P- a; PA6 3 0.30 很大、重 3.12 3.1 6.6 7 s% D& i$ k. j8 }/ h" ~* T' A
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 3 x, a! Y' H0 R8 z; J# M
A8 3 1.00 2.9 6.6 % i) S2 |) }/ N3 N+ [2 V
B1 5 0 很细 0.30 7.2 7.5
0 ^7 d" O; a, U0 M/ WB2 5 0.10 很细 0.32 2.8 7.5 - k8 V/ S7 ^$ B6 z: f# N' _ [
B3 5 0.03 大、实 0.83 2.9 7.5
8 x/ J5 e) Q& J! J4 V% A, sB4 5 0.06 较大、重 3.12 7.2 7.5 ! o* W# d$ I' J0 _/ X6 b' G
B5 5 0.10 很大、重工业 4.17 6.9 7.5 % g% r* {) w+ M, ~* V5 F/ z: q4 j
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
* ]1 G6 h9 M4 I5 {7 nB7 5 0.60 2.8 7.5 ( E0 T6 q( J9 q- ]% ~9 o% `
B8 5 1.00 2.9 7.5
* f8 U" T3 u3 d9 n/ O0 @8 w5 LC1 20 0 很细、轻 0.23 13.6 7.2 3 w: R5 C* \* d/ o5 y, g: ?
C2 20 0.01 很细、径 0.23 13.0 7.2
( B" w7 {# [- u( V' S- jC3 20 0.03 大、实 0.52 5.0 7.2
( B( K, c2 c' Z: r" Q: DC4 20 0.06 较大、重 0.83 4.1 7.2 : N# ]' I) F! ~4 \' A% b' a1 g4 N
C5 20 0.10 很大、重 1.14 3.8 7.2
4 j( U' t' S: ]0 Y* ?8 ] YC6 20 0.30 很大、重 1.39 2.5 7.2 4 q/ P% ?) b8 [
C7 20 0.60 加入4min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
1 s$ K' k; z+ _8 Q8 _- YC8 20 1.00 加入3min后,矾花沉底,上清透明。 2.1 7.2
7 G5 d1 Q0 M+ K, c" x! `& _1 {; C5 f注 A1—A8 烧杯中原水浊度1063NTU,原水PH值6.6,原水温度25℃6 ?0 A' {+ T6 L' H
B1—B8 烧杯中原水浊度2073NTU,原水PH值7.5,原水温度26℃ 4 o( u2 M9 p8 E. v" y9 |
# M- X* \: D1 x$ r$ @
1.3.2 助凝剂最佳投加点
4 ?4 P4 b/ y7 O d 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。5 j) H8 W2 A$ s% g! a; e9 ?4 X
% x. X! a- T# m) W1 L9 H: @
表2 聚丙烯酰胺最佳投入点试验结果 杯号 1 2 3 4 5 6 " R1 C: k% t+ s) i: N9 l6 D
固体聚合氯化铝投加量(mg/L) 4 4 4 4 4 4
+ D/ V9 G2 g0 e( ]8 Z1 U5 q固体聚丙烯酰胺投加量(mg/L) 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 1 L7 A* k9 [4 J/ c. q1 m; I0 ~' T
助凝剂投入后搅拌时间(min) 13 10 8 6 4 2 : P) L- V( U; e1 J" }% ~1 A
矾花描述 很细 细小、轻 细小、轻 大、结实 大、结实 细小、轻 1 v3 p$ C* s5 L% I+ C
混液面沉速(mm/s) 0.33 0.42 0.50 0.72 0.69 0.48
. p+ P8 W. J! c" d! ~8 _上清液浊度(NTU) 9.0 7.8 5.5 3.0 3.4 6.0 1 [, P& _5 p$ z+ m" D
上清液PH值 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 6 z9 x W$ _2 O) y! D3 x+ S4 ^% U
注 1 原水浊度:1390NTU;原水PH值:7.6;原水温度:25℃- }; g7 Q- p9 I' L
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 6 `/ Q) I8 j! ?) \; R& t7 J
" H, }7 E- c/ ?1 c
2 聚丙烯酰胺水解(碱化)7 e5 ]. J/ w; S9 L3 S( a
4 u. y8 C2 h- T 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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+ m7 {* c* M! n: L% W/ v3 生产应用
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6 z9 `. y# {8 Y: o 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。
0 E: D8 @0 I# i' j 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。' t! z3 E2 }; @* [0 h x
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。- [0 f* ]* G! \4 v8 I5 K
' b4 |$ @( U) g. v6 ]+ v; P 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。
2 j+ e) a- j. b7 z y: ~, x6 u6 T1 z; h! x* y. y! t3 M- ^
4 几点体会, A4 H, M7 C4 Q3 u: R1 d0 l: w
5 O5 l) X4 S- s# u6 x) | 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 _' E. m" _: ~9 v' ]9 F2 f5 S 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。8 b0 x9 s2 ?) 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。
! r9 t: d9 N& T7 \$ e0 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。 J% F S4 J' s% a, ^* k: z# F
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。' }) N/ p$ p- v' |
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。
" M! s' X: p h3 V: z" H4 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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