常规水质指标已达到国家标准，原水只经 过过滤、滤后消毒即可出厂使用。但每年夏季雨水季节，含有 大量悬浮物、泥沙、有机物的河水注入水库，致使水库水质突 变（主要是感官性状指标），浊度最高可达280NTU，色度达 500NTU以上，水温14-i9°C，并含有大量悬浮物、藻类，而且 浊度、色度处于变化中。采用混凝剂聚合氯化铝，助凝剂石 灰、粘土，混凝效果不佳，形成的絮凝体松散不易下沉，处理 效果差，澄清池出水浊度在15NTU以上，达不到滤池进水要 求。为保证出水水质，只好降低处理水量，严重影响矿区饮用 水的正常供应。

为了解决上述净水处理中的难题，从2000年开始在净 化站以聚丙烯酰胺为助凝剂进行了生产性应用试验，在生产 中取得良好效果。

1实验条件及方法

试验仪器为六组搅拌叶片的混凝搅拌机；721分光光度 计；浊度比色列和pH计；电光分析天平。试验用试剂为聚丙 烯酰胺；氢氧化钠；聚合氯化铝；1L烧杯；各种刻度吸管等。 

表1水库原水水质

感官性状指标一般化学指标/(mg/L)细菌指标

浊度/NTU色度/度 pH值水温/C硬度碱度硫酸盐 氯化物 铁锰总固体细菌总数/个大肠菌群/个

2 2 6.26-4939.420.73136 3 0.060.001190 3 1

 

按铪水处理》和水处理工程理论与应用》中 介绍的凝聚试验方法，模拟净水处理工艺的混合搅 拌条件，搅拌转速为150r/min、搅拌时间3分钟，絮 凝反应搅拌条件，为搅拌转速为50r/mrn、搅拌时间 10分钟，观察并记录矾花形成情况，静止沉淀10分 钟，同时观察并记录矾花沉淀情况和检测上清液浊 度及pH值。当原水出现常规净水方法不能净化处 理的情况时，首先应进行最优投矾量试验，选出最 佳投矾量，然后进行模拟净水处理的助凝沉降试 验，最后将助凝试验结果运用到净水处理实际中。

2实验结果及分析

2.1聚丙烯酰胺最佳投加量

试验结果见表2、表3和表4。净化站无阀滤池 进水浊度要求小于10NTU，表2至表4的结果表 明：投加适量的助凝剂就能使待滤水浊度<10NTU， 聚丙烯酰胺作为净水助凝剂，其最佳投加量是 0.03i.4mg/L。在净水处理实际应用中也证明了投 加量少于0.03mg/L时的助凝效果不显著。超过 0.4mg/L时助凝作用过快，形成的矾花粒特大，易造 成大量的污泥沉积，引起澄清池污泥浓度超标，增 加排泥次数和生产成本。

表2固体聚丙烯酰胺最佳投加量试验

杯号投加量

mg/L矾花描述混液面沉速 mm/s上清液浊度 NTU上清液pH

1很细0.3096.3

20.01很细0.3856.3

30.03较大、实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助凝剂加入后迅速形成粗 而结实的矾花，3分钟后矾36.3

81.00花沉底，上清液透明36.3

注：原水浊度为122NTU;pH值6.2;温度为19°C;聚丙烯酰胺在净水处理中的应用，固体聚合氯化 招投加量为5mg/L。

2.2 助凝剂最佳投加时间

聚丙烯酰胺作为净水助凝剂，它的投入点是决 定助凝沉淀效果好坏的关键，试验结果见表5。

表3固体聚丙烯酰胺最佳投加量试验结果

杯号投加量

mg/L矾花描述混液面沉速 mm/s上清液浊度

NTU上清液 pH

1很细0.3076.5

20.01很细0.3276.5

30.03较大、实0.8336.5

40.06大、重3.1236.5

50.10很大、重4.1736.5

60.30助凝剂加入后迅速形成36.5

70.60粗而结实的矾花，3分钟36.5

81.00后矾花沉底，上清液透明36.5

注：原水浊度为122NTU;pH值6.2;温度19C;固体聚合氯化铝 投加量为10mg/L。

表4固体聚丙烯酰胺最佳投加量试验验结果

杯号投加量

mg/L矾花描述混液面沉速 mm/s上清液浊度 上清液 NTU pH

1很细、轻0.23136.6

20.01很细、轻0.23136.6

30.03较大、实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分钟后，矾花沉底，上清液透明26.6

81.00加入 3 分钟后，矾花沉底，上清液透明 26.6

注：原水浊度为122NTU;pH值6.2;温度19C;固体聚合氯化铝 投加量为15mg/L。

表5的试验结果和在净水处理中实际应用结 果表明：在絮凝反应总时间的1/2至2/3加入聚丙 烯酰胺可获得最佳助凝沉淀效果。如果和混凝剂同 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的时间内加入，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。所以过早或过迟投加聚丙烯酰胺 助凝效果都无法发挥。

3聚丙烯酰胺水解(碱化）

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小时左右使它充分水解（碱 化），经水解后可使聚丙烯酰胺卷曲的高分子链充

表5聚丙烯酰胺最佳投入时间试验结果

杯号123456

固体聚合氯化铝 投加量/(mg/L)151515151515

固体聚丙烯酰胺 投加量/(mg/L)0.050.050.050.050.050.05

助凝剂投入后 搅拌时间/min13108642

矾花描述很细细小、轻细小、轻大、结实大、结实细小、轻

混液面沉速 mm/s0.330.420.500.720.690.48

上清液浊度 NTU986346

上清液pH值6.66.66.66.66.66.6

注:①原水浊度122NTU;原水pH值6.2;原水温度19°C;②助凝剂加 入时间：1号杯和混凝剂同时投加，2-6号杯分别在絮凝反应搅拌开始 时、2分钟、4分钟、6分钟和8分钟时加入。

分伸展开，见图1和图2。伸展的聚丙烯酰胺高分子 长链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作用得到充分的 发挥，从而进一步提高助凝效果。生产应用的经验 表明，现配现用的水解化（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8小时，水解比应选用 1 0.01— 0.05。水解比过大会造成净化后的水质pH 值严重升高。如果使用水解度为30%以上的阴离子 型聚丙烯酰胺，即可免水解步骤。

 

4净化站净水处理应用

4.1聚丙烯酰胺溶解及投加工艺

聚丙烯酰胺在使用前均需将固体配制成0.1%〜 0.5%备用溶液，投加时可再稀释或水力输送，0.5% 的备用溶液储存期为7天，0.05%的投加溶液储存 期为3天。配制溶液时需注意事项:①溶解温度。聚 丙烯酰胺的溶解需要有一定的温度，以加快溶解速 度。但温度过高，会使高聚物的分子链断裂，降低使 用效果，较适宜的溶解温度为50—0C。②搅拌条件。 聚丙烯酰胺的溶解应避免过强的剪切力搅拌，过强 的搅拌会使分子链断裂，从而降低使用效果。搅拌 宜采用低速浆叶，如锚式、框式、多层浆式等。搅拌 速度为60r/min左右。输送时亦应避免采用高速离 心栗，较适宜采用活塞栗或隔膜栗。③聚丙烯酰胺作 为净水助凝剂，必须充分搅拌溶解后才能投加使 用。否则不能发挥它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60r/min。聚丙烯酰胺在净水处理中的应用，最好采用机械震动筛网投料 (筛网目数为10目），溶解搅拌时间1小时左右为 宜。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60C。®避免与铁接解。在溶解 搅拌及输送投加系统中，最好采用塑料、搪瓷、铝、 不锈钢等材质。⑤聚丙烯酰胺经过水解（碱化）可提 高助凝效果。水解时间要8小时左右，最佳水解比 是1 0.01— 0.05。在实际生产中经常是应急使用，如 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。现配现用的水解比是10.02较为适 合。

聚丙烯酰胺的投加时间选择，对使用效果影响 较大。据上述试验结果和有关资料，在水中悬浮物 含量超过50mg/L的季节里，聚丙烯酰胺和其他阴离 子高分子絮凝剂在一级处理构筑物之前投加较合 适，当悬浮物含量较少时，在滤池之前投加较合适， 为了使混凝悬浮物来得及形成细小絮状物，不发生 颗粒数量浓度的实际减少（由于聚集）和混凝悬浮 物表面性质的恶化，选择向水中投加混凝剂和絮凝 剂的时间间隔，一般在2—分钟（澄清池一、二反应 室絮凝总时间的1/2)。水的温度和浊度越低、水的 色度越高，则混凝剂和絮凝剂投入的时间间隔应当 越长。聚丙烯酰胺投加时搅拌条件对絮凝效果影响 较大，在初级绒絮形成时投加助凝剂效果最好。

净化站利用原有的混凝剂备用溶解池溶解聚 丙烯酰胺，溶解水温55C,同时按1 0.02比例投加 NaOH进行水解，配制为0.1%的备用溶液。通过耐 腐蚀泵及不锈钢管道送至投加溶液池稀释为0.05% 投加溶液。投加量根据原水浊度而调整。据烧杯试 验及有关资料，结合净化站水处理工艺，在混凝剂 投加量确定的情况下（当原水浊度大于50NTU时， 投加量为10—5mg/L;原水浊度小于50NTU时，投 加量为5mg/L)，聚丙烯酰胺投加量如表6及原水池 度与聚丙烯酰胺投加量关系见图3。

表6聚丙烯酰胺投加量

原水浊度 12211290807264484020

NTU

助凝剂投加量0.05 mg/L0.050.040.040.030.030.030.0250.02

注：水样为2000年8月下旬水样。

 

投加点选择在澄清池二反应室，因为二反应室 搅拌强度低、水流剪切力小，不易破坏聚丙烯酰胺 的分子链。在二反应室悬浮物絮凝体初步形成，有 利于聚丙烯酰胺吸附架桥作用的发挥。并且助凝剂 与混凝剂投加时间间隔约为6分钟。

4.2净水处理效果

聚丙烯酰胺在净化站供水生产中的使用，对提 高絮凝效果、节约矾耗、去除藻类、降低致突变性、 提高水质、应付突发水质事故等取得了明显的效果。

(1)提高絮凝效果，克服絮体上浮，节约矾耗。 低温低浊，聚丙烯酰胺在净水处理中的应用，相对水中浑浊度成分中，有机物占的比 例更大，单投加硫酸铝和聚合铝，形成的絮凝体结 构松散、轻飘，难以沉淀。投加聚丙烯酰胺0.015〜 0.05mg/L助凝后，由于其巨大的吸附表面积和优良 的架桥能力，使反应生成的絮凝体体积增大，比重 增加，沉降速度加快，澄清池沉淀能力迅速提高，出 水浊度大为降低。

投加聚丙烯酰胺助凝后，5分钟后澄清池明显 产生分离层，清水层出水剩余浊度仅为20NTU以 下，滤后出水浊度在5NTU以下，同等时间内比无投 加助凝剂的澄清池水样出水剩余浊度低20-30NTU。 无投加助凝剂的水样由于原水有机物污染严重，絮 体轻浮，最终浊度无法降低，将其放置1小时其剩 余浊也无明显减少。

2000年8月净化站1号澄清池未投加PAM(聚 丙烯酰胺），2、3号澄清池投加PAM，澄清池出水浊 度、色度对比见表7、表8、图4和图5。

(2)提高水质，去除色度，去除有机物，去除藻 类，降低致突变性。由于聚丙烯酰胺助凝效果，出水 浊度明显下降，而有机物和藻类的含量与浊度有极 为密切的关系，据专家认为，当浊度降低至0.5度 时，水中有机物可去除80%，所以投加聚丙烯酰胺 助凝能有效地去除有机污染，提高饮用水水质。色 度去除率提高10%以上，出水有机物下降46%以上， 藻类去除率上升16%-26%。沉淀池出水致突变性 下降，从强阳性变为阳性，证明出水浊度的降低，去 除了相当部分有机物，因此改善了出水的致突变性。

表7未加PAM和加PAN澄清池出水浓度比较NTU

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

原水浊度122120112908042603032

未加PAM

出水浊度323034384030362525

加 PAM

出水浊度4458108866

表8未加PAM和加PAN澄清池出水色度比较

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年以来，净化站遇到原水水质不能 用常规净化方法净化时（在净水处理中遇到的难处 理、难净化的情况指：低温低浊、低pH值），均采用 聚丙烯酰胺作为净水助凝剂。几年来，制水成本不 但不会增加，反而由于应用了聚丙烯酰胺而大大地 提高了絮凝沉淀效果，减少1/3以上的混凝剂用量 (见表9)，也大大地提高了澄清池的制水能力。因此 降低了制水总成本。

表9使用助凝剂降低净水剂用量的比较

原水浊度 NTU投加量/(mg/L)

聚合氯化铝聚丙烯酰胺待滤水浊度 NTU降低矾耗 %

2050.02750

64100.03533.3

90150.04425

122150.05425

5 卫生安全性

聚丙烯酰胺作为饮用水的净水助凝剂，它的毒 性是人们普遍关心的问题。根据国内外大量的动物 急、慢性毒理实验证明，聚丙烯酰胺高分子絮凝剂 属三无”产品（即无致畸、无致癌、无致突变）。而且 通过小白鼠和大白鼠急性灌胃给药实验证明，当剂 量高达7.5g/kg时，未引起动物死亡，亦未出现任何 中毒症状。因而聚丙烯酰胺属安全性极高的产品。 但是聚丙烯酰胺在饮用水处理中的应用时需考虑 丙烯酰胺单体的含量，各国卫生部门均有规定聚丙 烯酰胺工业产品中残留的丙烯酰胺含量，一般为 0.5%i05%。应用于水的一般净化处理时，丙烯酰 胺含量0.2%以下，用于直接饮用水处理时，需在 0.05%以下。聚丙烯酰胺在净水处理中的应用，国际健康卫生组织1985年发布的聚丙 烯酰胺标准指出：聚丙烯酰胺中残留丙烯酰胺单体 含量控制在0.05%以下并控制用量时，处理后水中 的含量将低于0.25 yg/L,符合大多数国家的饮用水 标准。目前欧美国家一般规定，饮用水处理及食品 用聚丙烯酰胺中残留丙烯酰胺含量在0.05%以下， 并控制聚丙烯酰胺用量。而聚丙烯酰胺投加量我国 的规定是经常性使用时<0.1mg/L，非经常使用 时>0.1mg/L。净化站使用的聚丙烯酰胺是优等品，丙 烯酰胺单体含量是0.028%，最大投加量0.05mg/L。 所以采用聚丙烯酰胺作为饮用水的净水助凝剂是 无毒无副作用、卫生安全可靠的。

6结论

聚丙烯酰胺作为助凝剂在净化站的应用， 有效 解决了夏天雨水期低温低浊水难于处理的问题。提 高净化站水处理工艺的抗冲击能力，浊度去除率提 高23%以上，色度去除率提高10%，降低矾耗25%〜 50%。在保证出水水质的前提下，节约制水成本。应 用高效助凝剂聚丙烯酰胺能超产水量5%-i0%。如 2000年8月25日原水浊度90NTU，投加聚丙烯酰 胺0.04mg/L，出厂水浊度是2NTU，色度2度，小时供 水量达920m3/h，比设计处理水量830m3/h，超产 10.8%。