李亨枝 葉潤(rùn)來(lái) 林偉鏡 曹?chē)?guó)棟 黃國(guó)賢 王國(guó)強(qiáng)
(佛山市供水總公司)

　　從1991年開(kāi)始，我司供水廠對(duì)在各種復(fù)雜水質(zhì)條件下的凈水生產(chǎn)中如何用好助凝劑聚丙烯酰胺，使混凝后產(chǎn)生一種粒度大、比重大而結(jié)實(shí)的礬花進(jìn)行了生產(chǎn)性應(yīng)用試驗(yàn)，獲得了滿(mǎn)意的助凝沉淀效果。幾年來(lái)的實(shí)踐不但解決了凈水生產(chǎn)中處理各種復(fù)雜原水水質(zhì)的難題，而且在保證水質(zhì)和不增加凈水成本的前提下，使生產(chǎn)能力大幅度提高。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)儀器與試劑
　　6組攪拌葉片的混凝攪拌機(jī)；濁度計(jì)和pH計(jì)；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(yàn)條件及方法
　　按《給水處理》和《水處理工程理論與應(yīng)用》中介紹的凝聚試驗(yàn)方法，模擬凈水生產(chǎn)工藝的混合攪拌條件為：攪拌轉(zhuǎn)速150 r/min，攪拌時(shí)間3min；絮凝反應(yīng)攪拌條件為攪拌轉(zhuǎn)速50r/min，攪拌時(shí)間10min。觀察并記錄礬花形成情況，靜止沉淀10min，同時(shí)觀察并記錄礬花沉淀情況和檢測(cè)上清液濁度及pH值。當(dāng)出現(xiàn)常用凈水方法不能凈化處理原水時(shí)，首先應(yīng)進(jìn)行最優(yōu)投礬量試驗(yàn)選出最佳投礬量，然后進(jìn)行模擬凈水生產(chǎn)的助凝沉降試驗(yàn)，最后將助凝試驗(yàn)結(jié)果運(yùn)用到凈水生產(chǎn)實(shí)際中。
1.3 試驗(yàn)結(jié)果
1.3.1 聚丙烯酰胺最佳投量
　　表1的結(jié)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(chǎn)中也證明了投加量少于0.03mg/L時(shí)它的助凝效果不顯著；超過(guò)0.4mg/L時(shí)它的助凝作用過(guò)快，形成的礬花顆粒很大，易造成大量的污泥沉積在反應(yīng)池的后部和沉淀池的前部，沉淀池的長(zhǎng)度和面積不能充分利用，影響反應(yīng)沉淀效果。

表1 聚丙烯酰胺最佳投量試驗(yàn)結(jié)果 杯號(hào) 固體聚合氯化鋁投加量（mg/L） 固體聚丙烯酰胺投加量（mg/L） 礬花描述 混液面沉速（mm/s） 上清液濁度（NTU） 上清液PH值 A1 3 0 很細(xì) 0.30 9.6 6.6 A2 3 0.01 很細(xì) 0.38 4.9 6.6 A3 3 0.03 大、實(shí) 0.57 3.1 6.6 A4 3 0.06 較大、重 0.83 3.0 6.6 A5 3 0.10 很大、重 1.70 3.2 6.6 A6 3 0.30 很大、重 3.12 3.1 6.6 A7 3 0.60 助凝劑加入后迅速形成粗而結(jié)實(shí)的礬花，3min后礬花沉底，上清透明。 2.8 6.6 A8 3 1.00 2.9 6.6 B1 5 0 很細(xì) 0.30 7.2 7.5 B2 5 0.10 很細(xì) 0.32 2.8 7.5 B3 5 0.03 大、實(shí) 0.83 2.9 7.5 B4 5 0.06 較大、重 3.12 7.2 7.5 B5 5 0.10 很大、重工業(yè) 4.17 6.9 7.5 B6 5 0.30 助凝劑加入后迅速形成粗而結(jié)實(shí)的礬花，3min后礬花沉底，上清透明 3.1 7.5 B7 5 0.60 2.8 7.5 B8 5 1.00 2.9 7.5 C1 20 0 很細(xì)、輕 0.23 13.6 7.2 C2 20 0.01 很細(xì)、徑 0.23 13.0 7.2 C3 20 0.03 大、實(shí) 0.52 5.0 7.2 C4 20 0.06 較大、重 0.83 4.1 7.2 C5 20 0.10 很大、重 1.14 3.8 7.2 C6 20 0.30 很大、重 1.39 2.5 7.2 C7 20 0.60 加入4min后，礬花沉底，上清透明。 2.1 7.2 C8 20 1.00 加入3min后，礬花沉底，上清透明。 2.1 7.2 注 A1—A8 燒杯中原水濁度1063NTU，原水PH值6.6，原水溫度25℃
B1—B8 燒杯中原水濁度2073NTU，原水PH值7.5，原水溫度26℃

1.3.2 助凝劑最佳投加點(diǎn)
　　聚丙烯酰胺作為凈水助凝劑，其投入點(diǎn)是決定助凝沉淀效果好壞的關(guān)鍵。表2的試驗(yàn)結(jié)果和在凈水生產(chǎn)中應(yīng)用結(jié)果表明：在絮凝反應(yīng)總時(shí)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(shí)投加則毫無(wú)助凝效果；如果在絮凝反應(yīng)總時(shí)間的前或后1/3的時(shí)間里加入，其助凝效果都不顯著。過(guò)早加入，細(xì)小的礬花未形成；過(guò)遲加入其聚合網(wǎng)捕作用時(shí)間不充分，助凝效果無(wú)法發(fā)揮。

表2 聚丙烯酰胺最佳投入點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果 杯號(hào) 1 2 3 4 5 6 固體聚合氯化鋁投加量（mg/L） 4 4 4 4 4 4 固體聚丙烯酰胺投加量（mg/L） 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 助凝劑投入后攪拌時(shí)間（min） 13 10 8 6 4 2 礬花描述 很細(xì) 細(xì)小、輕 細(xì)小、輕 大、結(jié)實(shí) 大、結(jié)實(shí) 細(xì)小、輕 混液面沉速（mm/s） 0.33 0.42 0.50 0.72 0.69 0.48 上清液濁度（NTU） 9.0 7.8 5.5 3.0 3.4 6.0 上清液PH值 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 注 1 原水濁度：1390NTU；原水PH值：7.6；原水溫度：25℃
　　2 助凝劑加入時(shí)間點(diǎn)：1號(hào)杯和混凝劑同時(shí)投加，2-6號(hào)杯分別在絮凝反應(yīng)攪拌開(kāi)始時(shí)、2min、4min、6min和8min時(shí)加入

2 聚丙烯酰胺水解(堿化)

　　在溶解聚丙烯酰胺的同時(shí)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(jīng)水解后可使聚丙烯酰胺卷曲的高分子鏈充分伸展開(kāi)，大大地增加了它和細(xì)小礬花顆粒相碰和吸附的機(jī)會(huì)，使聚丙烯酰胺的吸附架橋網(wǎng)捕作用得到充分的發(fā)揮，從而進(jìn)一步提高助凝效果。實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)表明，現(xiàn)配現(xiàn)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(shí)間能滿(mǎn)足8h，水解比應(yīng)選用1∶0.01～1∶0.05。水解比越大所需水解時(shí)間就越短，但水解比過(guò)大會(huì)造成凈化后的水質(zhì)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(chǎn)應(yīng)用

　　自1991年初采用聚丙烯酰胺作為凈水助凝劑以來(lái)，無(wú)論原水水質(zhì)情況如何均可獲得令人滿(mǎn)意的助凝沉淀效果，超負(fù)荷35%左右生產(chǎn)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(jīng)將聚丙烯酰胺作為凈水助凝劑經(jīng)常性投加使用，不但能夠保量?jī)?yōu)質(zhì)供水，而且為凈水生產(chǎn)管理帶來(lái)了方便，制水成本也不會(huì)增加，同時(shí)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(shí)際應(yīng)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(dòng)送粉器或簡(jiǎn)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(guò)計(jì)量泵投加到反應(yīng)池中。
　　在溶解時(shí)，如果只是簡(jiǎn)單地將聚丙烯酰胺投入水中，就會(huì)形成塊狀，即使長(zhǎng)時(shí)間攪拌也不溶解，而且容易造成投加系統(tǒng)堵塞。因此一般采用溶解水和粉末接觸分散呈薄膜狀態(tài)的分散器。在自動(dòng)送粉器中，一般裝有分散器。在用手工分散時(shí)，使用如圖1所示的簡(jiǎn)易分散器。

　　完全溶解的聚丙烯酰胺投加到反應(yīng)池的中段，利用水的流動(dòng)作用，可使細(xì)小的絮凝體與聚丙烯酰胺均勻結(jié)合，形成大而結(jié)實(shí)的礬花。如果人為地增設(shè)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(shè)施是此方法的一大優(yōu)點(diǎn)。只要在反應(yīng)總時(shí)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(diǎn)體會(huì)

　?、?聚丙烯酰胺作為凈水助凝劑，必須充分?jǐn)嚢枞芙夂蟛拍芡都邮褂?。否則不能發(fā)揮其應(yīng)有的高效助凝效果，還會(huì)造成投加系統(tǒng)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(shí)攪拌速度應(yīng)控制在400～1000r/min，溶解攪拌時(shí)間1h左右為宜。低溫季節(jié)水溫低、難溶解，用熱水可縮短溶解時(shí)間，但水溫不能超過(guò)60℃。
　?、?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(gè)范圍會(huì)不起作用或很容易起副作用。
　　③ 投加點(diǎn)是決定聚丙烯酰胺助凝沉淀效果好壞的關(guān)鍵。最佳投加點(diǎn)是在凈水生產(chǎn)絮凝反應(yīng)全流程中的1/2～2/3。
　?、?為保證均勻混合，應(yīng)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(guò)10d，也不能與鐵器接觸，溶解水溫不能超過(guò)60℃。否則會(huì)使聚丙烯酰胺分子鏈斷開(kāi)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(jīng)過(guò)水解(堿化)可提高助凝效果。水解時(shí)間要8h左右，最佳水解比是1∶0.01～1∶0.05。在實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常是應(yīng)急使用，無(wú)充足的水解時(shí)間，可通過(guò)加大水解比來(lái)達(dá)到較好水解的目的?，F(xiàn)配現(xiàn)用的水解比1∶0.2較為適合。
　?、?為使凈化出水中丙烯酰胺單體含量不超過(guò)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)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(chǎn)品。
　?、?對(duì)各種原水水質(zhì)(包括超負(fù)荷35%左右)，高效助凝劑聚丙烯酰胺均能發(fā)揮良好的助凝沉淀效果。如石灣水廠第三車(chē)間，其設(shè)計(jì)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(yōu)質(zhì)供水的前提下，全天供水量達(dá)到22.3×10⁴ t，超出設(shè)計(jì)供水能力的48.7%。

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4 井出哲夫.水處理工程理論與應(yīng)用.張自杰等譯.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1986.52～55

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　　作者通訊處：528000 廣東省佛山市供水總公司水質(zhì)監(jiān)測(cè)站
　　(收稿日期 1998-09-20)