摘要：多年來(lái)，我公司在供水生產(chǎn)中，有時(shí)盡管調(diào)整投礬量和pH值，原水仍然難以凈化處理好。以往凡是遇到原水難凈化時(shí)，唯有大幅度減產(chǎn)保質(zhì)供水。這種措施不但使供水量和服務(wù)水壓下降而嚴(yán)重 影響 市民正常用水，而且公司的 經(jīng)濟(jì) 效益亦受到損失。為了徹底解決這個(gè)凈水生產(chǎn)中的大難題，從1991年開(kāi)始在公司屬下的供水廠以聚丙烯酰胺為助凝劑進(jìn)行了深入的生產(chǎn)性 應(yīng)用 試驗(yàn)，獲得了令人滿意的助凝沉淀效果。

關(guān)鍵詞：聚丙烯酰胺 凈水生產(chǎn) 助凝應(yīng)用 研究

一 實(shí)驗(yàn)部分

1 儀器與試劑

六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燒懷;

各種刻度吸管等。

固體聚丙烯酰胺最佳投加量試驗(yàn) 表1

杯號(hào)	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
1	——	很細(xì)	0.30	9.6	6.6
2	0.01	很細(xì)	0.38	4.9	6.6
3	0.03	較大、實(shí)	0.57	3.1	6.6
4	0.06	大、重	0.83	3.0	6.6
5	0.10	很大、重	1.70	3.2	6.6
6	0.30	很大、重	3.12	3.1	6.6
7	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，上清液透明		2.8	6.6
8	1.00			2.9	6.6

2 實(shí)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，攪拌轉(zhuǎn)速為150r/min、攪拌時(shí)間3min，絮凝反應(yīng)攪拌條件，攪拌轉(zhuǎn)速為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的和檢測(cè)上清液濁度及pH值。當(dāng)原水出現(xiàn)常規(guī)凈水方法不能凈化處理的情況時(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。

固體聚丙烯酰胺最佳投加量試驗(yàn) 表2

杯號(hào)	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
1	——	很細(xì)	0.30	7.2	7.5
2	0.01	很細(xì)	0.32	6.9	7.5
3	0.03	較大、實(shí)	0.83	3.1	7.5
4	0.06	大、重	3.12	2.8	7.5
5	0.10	很大、重	4.17	2.9	7.5
6	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，上清液透明。		2.8	7.5
7	0.60			3.1	7.5
8	1.00			2.9	7.5

注：原水濁度：2073NTU;pH值：7.5;溫度：26℃固體聚合氯化鋁投加量：5mg/L。

固體聚丙烯酰胺最佳投加量試驗(yàn) 表3

杯號(hào)	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
1	——	很細(xì)、輕	0.23	13.6	7.2
2	0.01	很細(xì)、輕	0.23	13.0	7.2
3	0.03	較大、實(shí)	0.52	5.0	7.2
4	0.06	大、重	0.83	4.1	7.2
5	0.10	很大、重	1.14	3.8	7.2
6	0.30	很大、重	1.39	2.5	7.2
7	0.60	加入4min后，礬花沉底，上清液透明。 加入3min后，礬花沉底，上清液透明。		2.1	7.2
8	1.00			2.1	7.2

注：原水濁度：2037NTU;pH值：7.5;溫度：26℃;固體硫酸鋁投加量：20mg/L。

二 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1 聚丙烯酰胺最佳投加量

我公司規(guī)定待濾水濁度控制<5NTU。從表1至表3的結(jié)果表明：投加適量的助凝劑就能使待濾水濁度<5NTU，聚丙烯酰胺作為凈水助凝劑，其最佳投加量是0.03～0.4mg/L之間。在凈水生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用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，形成的礬花粒特大，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和影響反應(yīng)沉淀效果。

2 助凝劑最佳投加點(diǎn)

聚丙烯酰胺作為凈水助凝劑，它的投入點(diǎn)是決定助凝沉淀效果好壞的關(guān)鍵(見(jiàn)表4)

杯號(hào)	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
1	13	很細(xì)	0.33	9.0	7.6
2	10	細(xì)小、輕	0.42	7.8	7.6
3	8	細(xì)小、輕	0.50	5.5	7.6
4	6	大、結(jié)實(shí)	0.72	3.0	7.6
5	4	大、結(jié)實(shí)	0.69	3.4	7.6
6	2	細(xì)小、輕	0.48	6.0	7.6

表4的試驗(yàn)結(jié)果和我們?cè)趦羲a(chǎn)中實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明：在絮凝反應(yīng)總時(shí)間的1/2至2/3之間加入聚丙烯酰胺可獲得最佳助凝沉淀效果。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)間時(shí)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。所以過(guò)早或過(guò)遲投加聚丙烯酰胺它的助凝效果都無(wú)法發(fā)揮。

三 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8h左右使它充分水解(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)，見(jiàn)圖1和圖2。伸展的聚丙烯酰胺高分子長(zhǎng)鏈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。從生產(chǎn)實(shí)際 應(yīng)用 的經(jīng)驗(yàn)表明，現(xiàn)配現(xiàn)用的水解化(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)間能滿足8h，水解比應(yīng)選用1：0.01--1:0.05。水解比過(guò)大會(huì)造成凈化后的水質(zhì)pH值嚴(yán)重升高。如果使用水解度為30%以上的陰離子型聚丙烯酰胺，即可免水解步驟。

四、 生產(chǎn)應(yīng)用

自1991年初以來(lái)，我公司屬下供水廠凡是遇到原水水質(zhì)不能用常規(guī)凈化 方法 凈化時(shí)和超負(fù)荷生產(chǎn)供水時(shí)(我們?cè)趦羲a(chǎn)中遇到的難處理、難凈化的情況是指：低溫低濁或高濁、低pH值，pH值<6.8以硫酸鋁為凈水劑，超負(fù)荷供水可達(dá)35%)，均采用聚丙烯酰胺作為凈水助凝劑。多年來(lái)，助凝劑聚丙烯酰胺為我公司保質(zhì)保量供水發(fā)揮了重的作用，獲得了顯著的 經(jīng)濟(jì) 效益和 社會(huì) 效益。如我公司第二水廠未投產(chǎn)前幾年，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675.66萬(wàn)m3，1992多供水2500.72m3，1993多供水4376.98萬(wàn)m3。 目前 在我們公司屬下的全部水廠使用聚丙烯酰胺作為凈水助凝劑，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，制水成本不但不會(huì)增加，反而由于應(yīng)用了聚丙烯酰胺而大大地提高了絮凝沉淀效果，減少1/3以上的混凝劑用量(見(jiàn)表5)，也大大地提高了沉淀池的制水能力。因此降低了制水總成本。

使用助凝劑降低凈水劑用量的比較 表5

原水濁度（NTU）	投加量（mg/L)			待濾水濁度（NTU）	降低礬耗（%）
	聚合氯化鋁	硫酸鋁	聚丙烯酰胺
52	2.8 1.5	25*2 15*2	0.03 0.03	4.1 3.9 3.2 2.8	46.4 40.0
150	3.2 2.0	35*2 20*2	0.04 0.05	3.9 3.4 4.0 3.8	37.5 42.8
1063	5.0 3.0	25 15	0.04 0.04	4.2 2.9 3.9 3.5	40.0 40.0
2037	10.0 5.0	35 20	0.03 0.06	4.5 3.1 4.6 4.1	50.0 42.8

在生產(chǎn)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。其一般的流程見(jiàn)圖3

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，不僅是徒勞，而且容易造成投加系統(tǒng)堵塞事故。因此一般采用分散器溶解水和粉末接觸分散呈薄膜狀態(tài)。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4所未的簡(jiǎn)易分散器。

完全溶解的聚丙烯酰胺投加到反應(yīng)池的中段處，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)混合措施則千萬(wàn)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至2/3之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。

五 衛(wèi)生安全性

聚丙烯酰胺作為飲用水的凈水助凝劑，它的毒性如何是人們普遍關(guān)心的 問(wèn)題 。根據(jù)國(guó)內(nèi)外大量的動(dòng)物急、慢性毒理實(shí)驗(yàn)證明，聚丙烯酰胺高分子絮凝劑屬“三無(wú)”產(chǎn)品(即無(wú)致畸、無(wú)致癌、無(wú)致突變)。而且通過(guò)小白鼠和大白鼠急性灌胃給藥實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)劑量高達(dá)7.5g/kg時(shí)，未引起動(dòng)物死亡，亦未出現(xiàn)任何中毒癥狀。因引聚丙烯酰胺屬安全性極高的產(chǎn)品。但是聚丙烯酰胺在飲用水處理中的應(yīng)用時(shí)需考慮丙烯酰胺單體的含量，歐共體國(guó)家對(duì)此的標(biāo)準(zhǔn)為0.1μg/L，美國(guó)為0.7μg/L,我國(guó)的規(guī)定是經(jīng)常性使用時(shí)為0.01mg/L，非經(jīng)常使用時(shí)為0.01mg/L。而我們使用的聚丙烯酰胺是優(yōu)等品，丙烯酰胺單體含量是0.028%，聚丙烯酰胺的投加量也在歐共體的標(biāo)準(zhǔn)<0.4mg/L以內(nèi)。所以我們采用的聚丙烯酰胺作為飲用水的凈水助凝劑是無(wú)毒無(wú)副作用、衛(wèi)生安全可靠的。

六 應(yīng)用中的幾點(diǎn)體會(huì)

1 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)總時(shí)段中的1/2至2/3之間。

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，其最佳投加量是0.03～0.4mg/L之間。超出這個(gè)范圍會(huì)不起作用或很容易起壞作用。

3 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谩７駝t不能發(fā)揮它應(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℃。

4 應(yīng)該使用有效的最稀濃度進(jìn)行投加，以保證均勻混合。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。聚丙烯酰胺使用溶液不宜存放超過(guò)10天，也不能與鐵器接觸，溶解水水溫不能超過(guò)60℃。因?yàn)檫@些都能造成聚丙烯酰胺分子鏈斷開(kāi)而失去助凝效果，而且造成出廠水的丙烯酰胺單體含量超標(biāo)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，如無(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)用的水解比是1：0.02較為適合。

6 為了使凈化后的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。

7 不能用常規(guī)的方法凈水或超負(fù)荷35%左右供水，高效助凝劑聚丙烯酰胺均能發(fā)揮良好的助凝沉積效果。如我公司石灣水廠第三車間，其設(shè)計(jì)供水能力是15萬(wàn)m3/d，采用聚丙烯酰胺作為助凝劑，其投加量是0.05mg/L，在保證優(yōu)質(zhì)供水的前提下，1993年8月7日原水濁度為140NTU，出廠水濁度是0.6NTU，全天供水量達(dá)到22.3萬(wàn)m3，超出設(shè)計(jì)供水能力的48.7%。