聚丙烯酰胺在凈水生產中的應用
從1991年開始，我司供水廠對在各種復雜水質條件下的凈水生產中如何用好助凝劑聚丙烯酰胺，使混凝后產生一種粒度大、比重大而結實的礬花進行了生產性應用試驗，獲得了滿意的助凝沉淀效果。幾年來的實踐不但解決了凈水生產中處理各種復雜原水水質的難題，而且在保證水質和不增加凈水成本的前提下，使生產能力大幅度提高。
1 試驗
1.1 試驗儀器與試劑
6組攪拌葉片的混凝攪拌機；濁度計和pH計；聚丙烯酰胺；氫氧化鈉；硫酸鋁或聚合氯化鋁；1L燒杯；各種刻度吸管。
1.2 試驗條件及方法
按《給水處理》和《水處理工程理論與應用》中介紹的凝聚試驗方法，模擬凈水生產工藝的混合攪拌條件為：攪拌轉速150 r/min，攪拌時間3min；絮凝反應攪拌條件為攪拌轉速50r/min，攪拌時間10min。觀察并記錄礬花形成情況，靜止沉淀10min，同時觀察并記錄礬花沉淀情況和檢測上清液濁度及pH值。當出現常用凈水方法不能凈化處理原水時，首先應進行最優投礬量試驗選出最佳投礬量，然后進行模擬凈水生產的助凝沉降試驗，最后將助凝試驗結果運用到凈水生產實際中。
1.3 試驗結果
1.3.1 聚丙烯酰胺最佳投量
表1的結果表明：聚丙烯酰胺作為凈水助凝劑，其最佳投量是0.03～0.4mg/L。在凈水生產中也證明了投加量少于0.03mg/L時它的助凝效果不顯著；超過0.4mg/L時它的助凝作用過快，形成的礬花顆粒很大，易造成大量的污泥沉積在反應池的后部和沉淀池的前部，沉淀池的長度和面積不能充分利用，影響反應沉淀效果。
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1.3.2 助凝劑最佳投加點
聚丙烯酰胺作為凈水助凝劑，其投入點是決定助凝沉淀效果好壞的關鍵。表2的試驗結果和在凈水生產中應用結果表明：在絮凝反應總時間的1/2～2/3間加入聚丙烯酰胺可獲得最佳的助凝沉淀效果。如果和混凝劑同時投加則毫無助凝效果；如果在絮凝反應總時間的前或后1/3的時間里加入，其助凝效果都不顯著。過早加入，細小的礬花未形成；過遲加入其聚合網捕作用時間不充分，助凝效果無法發揮。
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2 聚丙烯酰胺水解(堿化)
在溶解聚丙烯酰胺的同時加入一定比例的氫氧化鈉，溶解后放置8 h左右使之充分水解(堿化)，經水解后可使聚丙烯酰胺卷曲的高分子鏈充分伸展開，大大地增加了它和細小礬花顆粒相碰和吸附的機會，使聚丙烯酰胺的吸附架橋網捕作用得到充分的發揮，從而進一步提高助凝效果。實際應用經驗表明，現配現用的水解比(堿化比)要大一些，一般選用1∶0.2為宜，即1g聚丙烯酰胺加入0.2g氫氧化鈉。如果水解時間能滿足8h，水解比應選用1∶0.01～1∶0.05。水解比越大所需水解時間就越短，但水解比過大會造成凈化后的水質pH值升高。如果使用水解度為30%以上的陰離子型聚丙烯酰胺，即可免去水解步驟。
3 生產應用
自1991年初采用聚丙烯酰胺作為凈水助凝劑以來，無論原水水質情況如何均可獲得令人滿意的助凝沉淀效果，超負荷35%左右生產供水也是如此。由于采用聚丙烯酰胺作為凈水助凝劑，石灣水廠1991年多供水675.66×104t，1992年多供水2500.72×104t ，1993年多供水4376.98×104t。目前公司全部水廠已經將聚丙烯酰胺作為凈水助凝劑經常性投加使用，不但能夠保量優質供水，而且為凈水生產管理帶來了方便，制水成本也不會增加，同時大大提高了絮凝沉淀效果，減少一半左右的混凝劑用量，提高了沉淀池的制水能力。因此直接和間接降低了制水總成本。
在實際應用中使用粉末狀的固體聚丙烯酰胺高分子助凝劑，通常用自動送粉器或簡易分散器等定量送粉，使其在一定量的水中分散溶解之后，再通過計量泵投加到反應池中。
在溶解時，如果只是簡單地將聚丙烯酰胺投入水中，就會形成塊狀，即使長時間攪拌也不溶解，而且容易造成投加系統堵塞。因此一般采用溶解水和粉末接觸分散呈薄膜狀態的分散器。在自動送粉器中，一般裝有分散器。在用手工分散時，使用如圖1所示的簡易分散器。
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完全溶解的聚丙烯酰胺投加到反應池的中段，利用水的流動作用，可使細小的絮凝體與聚丙烯酰胺均勻結合，形成大而結實的礬花。如果人為地增設混合措施則造成絮凝體被破壞而失去助凝作用。不需要輔助混合設施是此方法的一大優點。只要在反應總時段的1/2～2/3間加入溶解好的助凝劑聚丙烯酰胺，即可獲得理想的助凝沉淀效果。
4 幾點體會
① 聚丙烯酰胺作為凈水助凝劑，必須充分攪拌溶解后才能投加使用。否則不能發揮其應有的高效助凝效果，還會造成投加系統堵塞、封閉濾池表面、破壞濾池效率、大大縮短濾池的反沖洗周期等不良后果。溶解時攪拌速度應控制在400～1000r/min，溶解攪拌時間1h左右為宜。低溫季節水溫低、難溶解，用熱水可縮短溶解時間，但水溫不能超過60℃。
② 聚丙烯酰胺作為凈水助凝劑，要獲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。超出這個范圍會不起作用或很容易起副作用。
③ 投加點是決定聚丙烯酰胺助凝沉淀效果好壞的關鍵。最佳投加點是在凈水生產絮凝反應全流程中的1/2～2/3。
④ 為保證均勻混合，應使用最稀濃度。聚丙烯酰胺濃度為0.05%左右，既利于攪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過10d，也不能與鐵器接觸，溶解水溫不能超過60℃。否則會使聚丙烯酰胺分子鏈斷開而失去助凝效果，并造成凈化出水中丙烯酰胺單體含量增加的不良后果。
⑤ 聚丙烯酰胺經過水解(堿化)可提高助凝效果。水解時間要8h左右，最佳水解比是1∶0.01～1∶0.05。在實際生產中經常是應急使用，無充足的水解時間，可通過加大水解比來達到較好水解的目的。現配現用的水解比1∶0.2較為適合。
⑥ 為使凈化出水中丙烯酰胺單體含量不超過衛生標準的規定，必須采用高聚合度的聚丙烯酰胺作為飲用水的凈水助凝劑，要求使用丙烯酰胺單體含量低于0.2%的產品。
⑦ 對各種原水水質(包括超負荷35%左右)，高效助凝劑聚丙烯酰胺均能發揮良好的助凝沉淀效果。如石灣水廠第三車間，其設計供水能力是15×104t/d。采用聚丙烯酰胺作為助凝劑，投加量0.05mg/L，在保證優質供水的前提下，全天供水量達到22.3×104 t，超出設計供水能力的48.7%。
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