常規水質指標已達到國家標準，原水隻經 過過濾、濾後消毒即可出廠使用。但每年夏季雨水季節，含有 大量懸浮物、泥沙、有機物的河水注入水庫，致使水庫水質突 變（主要是感官性狀指標），濁度最高可達280NTU，色度達 500NTU以上，水溫14-i9°C，並含有大量懸浮物、藻類，而且 濁度、色度處於變化中。采用混凝劑聚合氯化鋁，助凝劑石 灰、粘土，混凝效果不佳，形成的絮凝體鬆散不易下沉，處理 效果差，澄清池出水濁度在15NTU以上，達不到濾池進水要 求。為保證出水水質，隻好降低處理水量，嚴重影響礦區飲用 水的正常供應。

為了解決上述淨水處理中的難題，從2000年開始在淨 化站以聚丙烯酰胺為助凝劑進行了生產性應用試驗，在生產 中取得良好效果。

1實驗條件及方法

試驗儀器為六組攪拌葉片的混凝攪拌機；721分光光度 計；濁度比色列和pH計；電光分析天平。試驗用試劑為聚丙 烯酰胺；氫氧化鈉；聚合氯化鋁；1L燒杯；各種刻度吸管等。 

表1水庫原水水質

感官性狀指標一般化學指標/(mg/L)細菌指標

濁度/NTU色度/度 pH值水溫/C硬度堿度硫酸鹽 氯化物 鐵錳總固體細菌總數/個大腸菌群/個

2 2 6.26-4939.420.73136 3 0.060.001190 3 1

 

按鉿水處理》和水處理工程理論與應用》中 介紹的凝聚試驗方法，模擬淨水處理工藝的混合攪 拌條件，攪拌轉速為150r/min、攪拌時間3分鍾，絮 凝反應攪拌條件，為攪拌轉速為50r/mrn、攪拌時間 10分鍾，觀察並記錄礬花形成情況，靜止沉澱10分 鍾，同時觀察並記錄礬花沉澱情況和檢測上清液濁 度及pH值。當原水出現常規淨水方法不能淨化處 理的情況時，首先應進行最優投礬量試驗，選出最 佳投礬量，然後進行模擬淨水處理的助凝沉降試 驗，最後將助凝試驗結果運用到淨水處理實際中。

2實驗結果及分析

2.1聚丙烯酰胺最佳投加量

試驗結果見表2、表3和表4。淨化站無閥濾池 進水濁度要求小於10NTU，表2至表4的結果表 明：投加適量的助凝劑就能使待濾水濁度<10NTU， 聚丙烯酰胺作為淨水助凝劑，其最佳投加量是 0.03i.4mg/L。在淨水處理實際應用中也證明了投 加量少於0.03mg/L時的助凝效果不顯著。超過 0.4mg/L時助凝作用過快，形成的礬花粒特大，易造 成大量的汙泥沉積，引起澄清池汙泥濃度超標，增 加排泥次數和生產成本。

表2固體聚丙烯酰胺最佳投加量試驗

杯號投加量

mg/L礬花描述混液麵沉速 mm/s上清液濁度 NTU上清液pH

1很細0.3096.3

20.01很細0.3856.3

30.03較大、實0.5736.3

40.06大、重0.8336.3

50.10很大、重1.7036.3

60.30很大、重3.1236.3

70.60助凝劑加入後迅速形成粗 而結實的礬花，3分鍾後礬36.3

81.00花沉底，上清液透明36.3

注：原水濁度為122NTU;pH值6.2;溫度為19°C;聚丙烯酰胺在淨水處理中的應用，固體聚合氯化 招投加量為5mg/L。

2.2 助凝劑最佳投加時間

聚丙烯酰胺作為淨水助凝劑，它的投入點是決 定助凝沉澱效果好壞的關鍵，試驗結果見表5。

表3固體聚丙烯酰胺最佳投加量試驗結果

杯號投加量

mg/L礬花描述混液麵沉速 mm/s上清液濁度

NTU上清液 pH

1很細0.3076.5

20.01很細0.3276.5

30.03較大、實0.8336.5

40.06大、重3.1236.5

50.10很大、重4.1736.5

60.30助凝劑加入後迅速形成36.5

70.60粗而結實的礬花，3分鍾36.5

81.00後礬花沉底，上清液透明36.5

注：原水濁度為122NTU;pH值6.2;溫度19C;固體聚合氯化鋁 投加量為10mg/L。

表4固體聚丙烯酰胺最佳投加量試驗驗結果

杯號投加量

mg/L礬花描述混液麵沉速 mm/s上清液濁度 上清液 NTU pH

1很細、輕0.23136.6

20.01很細、輕0.23136.6

30.03較大、實0.5256.6

40.06大、重0.8346.6

50.10很大、重1.1446.6

60.30很大、重1.3936.6

70.60加入4分鍾後，礬花沉底，上清液透明26.6

81.00加入 3 分鍾後，礬花沉底，上清液透明 26.6

注：原水濁度為122NTU;pH值6.2;溫度19C;固體聚合氯化鋁 投加量為15mg/L。

表5的試驗結果和在淨水處理中實際應用結 果表明：在絮凝反應總時間的1/2至2/3加入聚丙 烯酰胺可獲得最佳助凝沉澱效果。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 前或後1/3的時間內加入，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。所以過早或過遲投加聚丙烯酰胺 助凝效果都無法發揮。

3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，溶解後放置8小時左右使它充分水解（堿 化），經水解後可使聚丙烯酰胺卷曲的高分子鏈充

表5聚丙烯酰胺最佳投入時間試驗結果

杯號123456

固體聚合氯化鋁 投加量/(mg/L)151515151515

固體聚丙烯酰胺 投加量/(mg/L)0.050.050.050.050.050.05

助凝劑投入後 攪拌時間/min13108642

礬花描述很細細小、輕細小、輕大、結實大、結實細小、輕

混液麵沉速 mm/s0.330.420.500.720.690.48

上清液濁度 NTU986346

上清液pH值6.66.66.66.66.66.6

注:①原水濁度122NTU;原水pH值6.2;原水溫度19°C;②助凝劑加 入時間：1號杯和混凝劑同時投加，2-6號杯分別在絮凝反應攪拌開始 時、2分鍾、4分鍾、6分鍾和8分鍾時加入。

分伸展開，見圖1和圖2。伸展的聚丙烯酰胺高分子 長鏈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作用得到充分的 發揮，從而進一步提高助凝效果。生產應用的經驗 表明，現配現用的水解化（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。如果水解時間能滿足8小時，水解比應選用 1 0.01— 0.05。水解比過大會造成淨化後的水質pH 值嚴重升高。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。

 

4淨化站淨水處理應用

4.1聚丙烯酰胺溶解及投加工藝

聚丙烯酰胺在使用前均需將固體配製成0.1%〜 0.5%備用溶液，投加時可再稀釋或水力輸送，0.5% 的備用溶液儲存期為7天，0.05%的投加溶液儲存 期為3天。配製溶液時需注意事項:①溶解溫度。聚 丙烯酰胺的溶解需要有一定的溫度，以加快溶解速 度。但溫度過高，會使高聚物的分子鏈斷裂，降低使 用效果，較適宜的溶解溫度為50—0C。②攪拌條件。 聚丙烯酰胺的溶解應避免過強的剪切力攪拌，過強 的攪拌會使分子鏈斷裂，從而降低使用效果。攪拌 宜采用低速漿葉，如錨式、框式、多層漿式等。攪拌 速度為60r/min左右。輸送時亦應避免采用高速離 心栗，較適宜采用活塞栗或隔膜栗。③聚丙烯酰胺作 為淨水助凝劑，必須充分攪拌溶解後才能投加使 用。否則不能發揮它應有的高效助凝效果，還會造 成投加係統堵塞、封閉濾池表麵破壞濾池效率、大 大縮短濾池的反衝洗周期等不良後果。溶解時攪拌 速度應控製在60r/min。聚丙烯酰胺在淨水處理中的應用，最好采用機械震動篩網投料 (篩網目數為10目），溶解攪拌時間1小時左右為 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60C。®避免與鐵接解。在溶解 攪拌及輸送投加係統中，最好采用塑料、搪瓷、鋁、 不鏽鋼等材質。⑤聚丙烯酰胺經過水解（堿化）可提 高助凝效果。水解時間要8小時左右，最佳水解比 是1 0.01— 0.05。在實際生產中經常是應急使用，如 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。現配現用的水解比是10.02較為適 合。

聚丙烯酰胺的投加時間選擇，對使用效果影響 較大。據上述試驗結果和有關資料，在水中懸浮物 含量超過50mg/L的季節裏，聚丙烯酰胺和其他陰離 子高分子絮凝劑在一級處理構築物之前投加較合 適，當懸浮物含量較少時，在濾池之前投加較合適， 為了使混凝懸浮物來得及形成細小絮狀物，不發生 顆粒數量濃度的實際減少（由於聚集）和混凝懸浮 物表麵性質的惡化，選擇向水中投加混凝劑和絮凝 劑的時間間隔，一般在2—分鍾（澄清池一、二反應 室絮凝總時間的1/2)。水的溫度和濁度越低、水的 色度越高，則混凝劑和絮凝劑投入的時間間隔應當 越長。聚丙烯酰胺投加時攪拌條件對絮凝效果影響 較大，在初級絨絮形成時投加助凝劑效果最好。

淨化站利用原有的混凝劑備用溶解池溶解聚 丙烯酰胺，溶解水溫55C,同時按1 0.02比例投加 NaOH進行水解，配製為0.1%的備用溶液。通過耐 腐蝕泵及不鏽鋼管道送至投加溶液池稀釋為0.05% 投加溶液。投加量根據原水濁度而調整。據燒杯試 驗及有關資料，結合淨化站水處理工藝，在混凝劑 投加量確定的情況下（當原水濁度大於50NTU時， 投加量為10—5mg/L;原水濁度小於50NTU時，投 加量為5mg/L)，聚丙烯酰胺投加量如表6及原水池 度與聚丙烯酰胺投加量關係見圖3。

表6聚丙烯酰胺投加量

原水濁度 12211290807264484020

NTU

助凝劑投加量0.05 mg/L0.050.040.040.030.030.030.0250.02

注：水樣為2000年8月下旬水樣。

 

投加點選擇在澄清池二反應室，因為二反應室 攪拌強度低、水流剪切力小，不易破壞聚丙烯酰胺 的分子鏈。在二反應室懸浮物絮凝體初步形成，有 利於聚丙烯酰胺吸附架橋作用的發揮。並且助凝劑 與混凝劑投加時間間隔約為6分鍾。

4.2淨水處理效果

聚丙烯酰胺在淨化站供水生產中的使用，對提 高絮凝效果、節約礬耗、去除藻類、降低致突變性、 提高水質、應付突發水質事故等取得了明顯的效果。

(1)提高絮凝效果，克服絮體上浮，節約礬耗。 低溫低濁，聚丙烯酰胺在淨水處理中的應用，相對水中渾濁度成分中，有機物占的比 例更大，單投加硫酸鋁和聚合鋁，形成的絮凝體結 構鬆散、輕飄，難以沉澱。投加聚丙烯酰胺0.015〜 0.05mg/L助凝後，由於其巨大的吸附表麵積和優良 的架橋能力，使反應生成的絮凝體體積增大，比重 增加，沉降速度加快，澄清池沉澱能力迅速提高，出 水濁度大為降低。

投加聚丙烯酰胺助凝後，5分鍾後澄清池明顯 產生分離層，清水層出水剩餘濁度僅為20NTU以 下，濾後出水濁度在5NTU以下，同等時間內比無投 加助凝劑的澄清池水樣出水剩餘濁度低20-30NTU。 無投加助凝劑的水樣由於原水有機物汙染嚴重，絮 體輕浮，最終濁度無法降低，將其放置1小時其剩 餘濁也無明顯減少。

2000年8月淨化站1號澄清池未投加PAM(聚 丙烯酰胺），2、3號澄清池投加PAM，澄清池出水濁 度、色度對比見表7、表8、圖4和圖5。

(2)提高水質，去除色度，去除有機物，去除藻 類，降低致突變性。由於聚丙烯酰胺助凝效果，出水 濁度明顯下降，而有機物和藻類的含量與濁度有極 為密切的關係，據專家認為，當濁度降低至0.5度 時，水中有機物可去除80%，所以投加聚丙烯酰胺 助凝能有效地去除有機汙染，提高飲用水水質。色 度去除率提高10%以上，出水有機物下降46%以上， 藻類去除率上升16%-26%。沉澱池出水致突變性 下降，從強陽性變為陽性，證明出水濁度的降低，去 除了相當部分有機物，因此改善了出水的致突變性。

表7未加PAM和加PAN澄清池出水濃度比較NTU

曰期8- 228- 238- 248- 258- 268- 278-288- 298- 30

原水濁度122120112908042603032

未加PAM

出水濁度323034384030362525

加 PAM

出水濁度4458108866

表8未加PAM和加PAN澄清池出水色度比較

曰期8- 228- 238- 248- 258- 268- 278- 288- 298- 30

原水色度52545016816516230452730

未加 PAM

出水色度383540454422252023

加 PAM

出水色度668101212987

 

(3)自2000年以來，淨化站遇到原水水質不能 用常規淨化方法淨化時（在淨水處理中遇到的難處 理、難淨化的情況指：低溫低濁、低pH值），均采用 聚丙烯酰胺作為淨水助凝劑。幾年來，製水成本不 但不會增加，反而由於應用了聚丙烯酰胺而大大地 提高了絮凝沉澱效果，減少1/3以上的混凝劑用量 (見表9)，也大大地提高了澄清池的製水能力。因此 降低了製水總成本。

表9使用助凝劑降低淨水劑用量的比較

原水濁度 NTU投加量/(mg/L)

聚合氯化鋁聚丙烯酰胺待濾水濁度 NTU降低礬耗 %

2050.02750

64100.03533.3

90150.04425

122150.05425

5 衛生安全性

聚丙烯酰胺作為飲用水的淨水助凝劑，它的毒 性是人們普遍關心的問題。根據國內外大量的動物 急、慢性毒理實驗證明，聚丙烯酰胺高分子絮凝劑 屬三無”產品（即無致畸、無致癌、無致突變）。而且 通過小白鼠和大白鼠急性灌胃給藥實驗證明，當劑 量高達7.5g/kg時，未引起動物死亡，亦未出現任何 中毒症狀。因而聚丙烯酰胺屬安全性極高的產品。 但是聚丙烯酰胺在飲用水處理中的應用時需考慮 丙烯酰胺單體的含量，各國衛生部門均有規定聚丙 烯酰胺工業產品中殘留的丙烯酰胺含量，一般為 0.5%i05%。應用於水的一般淨化處理時，丙烯酰 胺含量0.2%以下，用於直接飲用水處理時，需在 0.05%以下。聚丙烯酰胺在淨水處理中的應用，國際健康衛生組織1985年發布的聚丙 烯酰胺標準指出：聚丙烯酰胺中殘留丙烯酰胺單體 含量控製在0.05%以下並控製用量時，處理後水中 的含量將低於0.25 yg/L,符合大多數國家的飲用水 標準。目前歐美國家一般規定，飲用水處理及食品 用聚丙烯酰胺中殘留丙烯酰胺含量在0.05%以下， 並控製聚丙烯酰胺用量。而聚丙烯酰胺投加量我國 的規定是經常性使用時<0.1mg/L，非經常使用 時>0.1mg/L。淨化站使用的聚丙烯酰胺是優等品，丙 烯酰胺單體含量是0.028%，最大投加量0.05mg/L。 所以采用聚丙烯酰胺作為飲用水的淨水助凝劑是 無毒無副作用、衛生安全可靠的。

6結論

聚丙烯酰胺作為助凝劑在淨化站的應用， 有效 解決了夏天雨水期低溫低濁水難於處理的問題。提 高淨化站水處理工藝的抗衝擊能力，濁度去除率提 高23%以上，色度去除率提高10%，降低礬耗25%〜 50%。在保證出水水質的前提下，節約製水成本。應 用高效助凝劑聚丙烯酰胺能超產水量5%-i0%。如 2000年8月25日原水濁度90NTU，投加聚丙烯酰 胺0.04mg/L，出廠水濁度是2NTU，色度2度，小時供 水量達920m3/h，比設計處理水量830m3/h，超產 10.8%。