Исследования по выбору типа коагулянта на водозаборе «Гремячий Лог» г. Красноярска Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 628.1

ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ВЫБОРУ ТИПА КОАГУЛЯНТА НА ВОДОЗАБОРЕ «ГРЕМЯЧИЙ ЛОГ» г. КРАСНОЯРСКА

А.И. Матюшенко1, О.В. Миронова2, Т.Я. Пазенко3, А.Ф. Колова4

1,2ООО «КрасКом»,

660049, г. Красноярск, ул. Парижской Коммуны, 41. 3,4Сибирский федеральный университет, 660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 82.

Современной тенденцией использования реагентов в России является замена сернокислого алюминия на окси-хлорид (ОХА) или полиоксихлорид алюминия (ПОХА). Проведено сравнение эффективности применения различных коагулянтов (сульфата алюминия, оксихлорида алюминия, «Аква-Аурата -30тм», титанового коагулянта) при подготовке воды для нужд хозяйственно-питьевого водоснабжения. Определено влияние основности оксихлорида алюминия на эффективность его работы. Экспериментальные исследования проводились совместно центром контроля качества воды ООО «КрасКом» г. Красноярска и лабораторией кафедры инженерных систем зданий и сооружений Сибирского федерального университета. Установлено, что в условиях водозабора «Гремя-чий Лог» наиболее эффективным является применение оксихлорида алюминия средней основности (Al/Cl 1,55). Ил. 3. Табл. 3. Библиогр. 4 назв.

Ключевые слова: питьевая вода; коагулянт; оксихлорид алюминия; эффективность; основность; реагентная обработка.

STUDIES OF COAGULANT TYPE SELECTION AT "GREMYACHII LOG" WATER INTAKE IN KRASNOYARSK A.I. Matyushenko, O. V. Mironova, T.Y. Pazenko, A.F. Kolova

"Kraskom" LLC

41 Parizhskoi Kommuny St., Krasnoyarsk, 660049. Siberian Federal University, 82 Svobodny Av., Krasnoyarsk, 660041.

The current trend of using reactants in Russia is the replacement of aluminum sulphate with oxychloride (OHA) or poly-oxychloride of aluminum. The authors compare the application effectiveness of various coagulants (aluminum sulphate, aluminum oxychloride, "Aqua- Aurat - 30tm", titanium coagulant) under the preparation of water for the needs of utility and drinking water supply. The influence of the aluminum oxychloride basicity on the effectiveness of its work is determined. Experimental studies were conducted jointly by the Center of water quality control "Kraskom" LLC, the city of Krasnoyarsk, and the laboratory of the Department of Engineering Systems of Buildings and Structures of the Siberian Federal University. It is found out that under conditions of "Gremyachii Log" water intake the use of aluminum oxychloride of average basicity (Al / Cl 1.55) is the most effective. 3 figures. 3 tables. 4 sources.

Key words: drinking water; coagulant; aluminum oxychloride; efficiency; basicity; reactant treatment.

При подготовке поверхностных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения в основном используют двухступенчатую очистку с отстаиванием или осветлением в слое взвешенного осадка и скорым фильтрованием. Основным технологическим приёмом удаления из воды грубодисперсных примесей является процесс коагуляции путём введения в воду реагентов.

Современной тенденцией использования реагентов в России является переход при коагуляции от сер-

нокислого алюминия к оксихлоридам (ОХА) или поли-оксихлоридам алюминия (ПОХА).

Основные российские производители коагулянтов ОХА и ПОХА находятся в городах Москва, Пермь, Хабаровск, Кемерово, Новосибирск, Стерлитамак. Наиболее географически близким к г. Красноярск является производство ЗАО «Сибресурс» (г. Новосибирск).

В настоящее время существует семь основных способов получения оксихлоридов и полиоксихлори-

1Матюшенко Анатолий Иванович, доктор технических наук, генеральный директор. Matyushenko Anatoly, Doctor of technical sciences, CEO.

2Миронова Ольга Васильевна, начальник центра контроля качества воды, тел.: 89130301501, e-mail: mironovat@kraskom.com Mironova Olga, Head of the Center of Water Quality Control, tel.: 89130301501, e-mail: mironovat@kraskom.com

3Пазенко Татьяна Яковлевна, кандидат технических наук, доцент кафедры инженерных систем, зданий и сооружений, тел.: 89069737450, e-mail: pazenkotat @ yandex.ru

Pazenko Tatyana, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Engineering Systems, Buildings and Structures, tel.: 89069737450, e-mail: pazenkotat@yandex.ru

4Колова Алевтина Фаизовна, кандидат химических наук, доцент кафедры инженерных систем, зданий и сооружений, тел.: 89504257337, e-mail: alevtina. kolova @ yandex.ru

Kolova Alevtina, Candidate of Chemistry, Associate Professor of the Department of Engineering Systems, Buildings and Structures, tel.: 89504257337, e-mail: alevtina. kolova@yandex.ru

дов алюминия. Получаемые при этом продукты имеют различную основность, то есть различное соотношение содержания гидрооксид-иона и иона алюминия. У разработчиков технологии получения ОХА сложилось мнение, что чем выше основность, тем эффективнее работает коагулянт при очистке природной воды. Однако многочисленные примеры свидетельствуют о противоположном результате: оптимальными по затратам и коагулирующей способности оказываются среднеосновные и даже низкоосновные оксихлориды алюминия [1, 2].

Центром контроля качества воды ООО «КрасКом» (г. Красноярск) и лабораторией кафедры инженерных систем зданий и сооружений Сибирского федерального университета было проведено сравнение эффективности очистки воды с применением сульфата алюминия и рекомендуемых коагулянтов (окихлорид алюминия производства ЗАО «Сибресурс», г. Новосибирск, «Аква-Аурат-30тм», титановый коагулянт).

На первом этапе эксперимент проводился в соответствии с ГОСТ Р51642-2000 [3] на модельной суспензии каолина с содержанием каолина 5 мг/дм3. Доза коагулянта варьировалась для алюмосодержащих коагулянтов от 0,5 до 8,0 мг/дм3 (по А120з), для титанового коагулянта - от 0,153 до 5,1 мг/дм (по А1203). В обработанной воде определяли мутность, рН, и остаточный алюминий.

На основе экспериментальных данных были построены графики в координатах «доза коагулянта, мг/дм3 - мутность, мг/дм » и определены минимальные дозы каждого коагулянта (рис. 1 и 2).

Как видно из графиков, представленных на рис. 1, при температуре 4°С минимальные дозы коагулянтов в пересчёте на оксид алюминия составляют для: сульфата алюминия - 5,25 мг/дм3;

Аква-Аурата-30тм - 2,0 мг/дм3;

3

оксихлорида алюминия - 1,5 мг/дм ; титанового коагулянта - 0,2 мг/дм3. Как видно из графиков, представленных на рис. 2, при температуре 20°С минимальные дозы коагулянтов в пересчёте на оксид алюминия составляют для: сульфата алюминия - 1,25 мг/дм3,

Аква-Аурата-30тм - 0,5 мг/дм3 оксихлорида алюминия - 0,5 мг/дм3, титанового коагулянта - 0,2 мг/дм3 Значения рН и содержание остаточного алюминия в обработанной воде при минимальных дозах коагулянтов приведены в табл.1.Значение рН в модельной суспензии каолина составило 7,4 ед. рН.

Из данных, приведённых в табл. 1, следует:

1) минимальные дозы алюмосодержащих коагулянтов, при которых достигается мутность 1,5 мг/дм3, зависят от температуры модельной суспензии каолина. С увеличением температуры до 20оС минимальные дозы коагулянта снижаются в 3-4 раза, кроме дозы титанового коагулянта, которая не изменяется и составляет 0,2 мг/дм3. Таким образом, эффективность титанового коагулянта не зависит от температуры воды;

2) исследованные коагулянты практически не изменяют рН очищенной модельной суспензии каолина как при температуре 4оС, так и при 20оС;

3) наилучшие показатели по содержанию остаточного алюминия в обработанной воде были получены при использовании оксихлорида алюминия и титанового коагулянта.

Следующим этапом исследований являлось определение сравнительной эффективности различных коагулянтов и оптимальной дозы, необходимой для достижения нормативов качества воды в условиях водозабора «Гремячий Лог» г. Красноярска.

5 4,5 4

3,5 3

2,5 2

л н о о и н

3 1,5

1

0,5 0

3 4 5 ( Доза коагулянта, мг/дм3

• Сульфат алюминия

-•— Аурат-30тм

-•— Оксихлорид алюминия

-х— Титановый коагулянт

0

1

2

7

8

9

Рис.^1^Определение^минимальных^доз^коагулян

5 -х 4,5 4

3,5 Н 3

2,5 2 1,5 1

0,5 0

• Сульфат алюминия

—•— Аурат-30тм

—•— Оксихлорид алюминия

—к— Титановый коагулянт

0

1

I I I I I I I I I I I I I I I

23456789 Доза коагулянта, мг/дм

Рис. 2. Определение минимальных доз коагулянтов при температуре модельной суспензии 20°С

Таблица 1

Результаты эксперимента на модельной суспензии каолина (мутность 5 мг/дм3)

при температурах 4 и 20°С

Таблица 1

Результаты эксперимента на модельной суспензии каолина (мутность 5 мг/дм3) _при температурах 4 и 20°С_

Коагулянт Минимальная доза 3 коагулянта, мг/дм рН, ед. рН Остаточный 3 алюминий, мг/дм

4°С 20°С 4°С 20°С 4°С 20°С

Сульфат алюминия 5,25 1,25 7,1 7,4 0,63 0,42

Аква-Аурат-30тм 2,0 0,5 7,4 7,4 0,23 0,18

Оксихлорид алюминия 1,5 0,5 7,4 7,4 0,11 0,11

Титановый 0,2 0,2 7,5 7,5 0,09 0,085

На водозаборе «Гремячий Лог» существует следующая схема водоподготовки: вода забирается из р. Енисей с помощью руслового водозабора и насосами насосной станции I подъёма подаётся на очистные сооружения, хлорируется, фильтруется через барабанные сетки и скорые фильтры с двухслойной загрузкой из дроблёного керамзита и кварцевого песка, а затем насосами насосной станции II подъёма подаётся в водопроводную сеть города. Во время паводка из-за повышенной мутности воды в воду перед фильтрами дозируют коагулянт А12(804)з-18Н2О (СА). Фильтры в этом случае работают по принципу контактной коагуляции. Особенностью работы водозабора «Гре-мячий Лог» является низкая температура воды в течение длительного времени года, что замедляет процесс коагуляции.

Эксперимент проводился в период, когда мутность р. Енисей не превышала 1,5 мг/дм3. Для искусственного увеличения мутности исследуемой воды до значе-

ний, наблюдаемых в паводок, в исследуемую воду добавляли природную глину, отобранную с берега р. Енисей в месте водозабора. Температура обрабатываемой воды поддерживалась в пределах 5±1оС. Дозу коагулянта варьировали от 1,0 до 12,0 мг/дм3 (по А1203) для алюмосодержащих коагулянтов и от 0,51 до 9,18 мг/дм3 (по А1203) - для титанового коагулянта. После добавления коагулянта в течение 15 минут содержимое склянок интенсивно перемешивали и переливали в стаканы для отстаивания. Время отстаивания растворов составляло 30 минут. После отстаивания осветлённую часть воды из каждого стакана фильтровали через промытые дистиллированной водой бумажные однослойные фильтры и проводили определение мутности, рН и остаточного алюминия.

На основе экспериментальных данных были построены графики в координатах «доза коагулянта, мг/дм3 - мутность, мг/дм3» и определены оптимальные дозы каждого типа коагулянта (рис. 3).

з

Доза коагулянта, мг/дм

— •— Сульфат алюминия

—•-Аурат 30

—•-оксихлорид

алюминия

—-х— титановый коагулянт

Рис. 3. Определение оптимальных доз коагулянтов для воды р. Енисей с мутностью 5,1 мг/дм3

и температурой 5°С

Как видно из графиков, представленных на рис. 3, при температуре воды р. Енисей 5°С оптимальные дозы коагулянтов в пересчёте на оксид алюминия составили для:

сульфата алюминия - 4,9 мг/дм ;

Аква-Аурата-30™ - 4,5 мг/дм3; оксихлорида алюминия - 3,5 мг/дм3; титанового коагулянта - 0,5 мг/дм3. Проведённые эксперименты позволили сделать следующие выводы:

1) минимальные дозы исследуемых коагулянтов, за исключением титанового коагулянта, зависят от температуры исходной воды. При понижении температуры воды до 4°С минимальный расход коагулянтов (сульфата алюминия, Аква-Аурата-30тм и оксихлорида алюминия) увеличивается в 3-4 раза;

2) все исследуемые коагулянты, за исключением сульфата алюминия, практически не изменяют рН

очищенной модельной суспензии каолина и очищенной природной воды, то есть не требуют дополнительного подщелачивания;

3) для воды р. Енисей с добавлением природной глины наиболее эффективными оказались коагулянты: оксихлорид алюминия и титановый коагулянт, при этом содержание остаточного алюминия имело наименьшие значения.

Для подтверждения полученных выводов и определения влияния основности коагулянта на эффективность его работы сотрудниками лаборатории кафедры «Инженерные системы зданий и сооружений» ИСИ СФУ в условиях водозабора «Гремячий Лог» были испытаны оксихлориды алюминия с различным соотношением Al/Cl (1,21; 1,36; 1,55; 1,74; 1,83), Аква-Аурат-30тм, титановый коагулянт. Технические характеристики исследованных коагулянтов приведены в табл. 2.

Таблица 2

Технические характеристики коагулянтов_

Коагулянт Производитель Плотность, г/см3 рН, ед. Содержание AI2O3, % Атомное соотношение AI/CI Форма выпуска

Оксихлорид алюминия (ОХА) ЗАО «Сибресурс», г. Новосибирск 1,35 2,83 20,8 1,21 гель

1,338 2,85 21,03 1,36 гель

1,324 3,38 20,55 1,55 гель

1,32 3,5 21,41 1,74 гель

1,308 4,18 20,77 1,83 гель

Аква-Аурат-30тм ОАО «Аурат» г. Москва - - 30,0 - порошок

Титановый ОАО «ЯНТК», г. Ухта (Респ. Коми) - - 85,0 - порошок

Таблица 3

Сравнительная характеристика коагулянтов_

Вид пробы рН дрН Мутность, мг/дм3 Цветность, град. Остаточный алюминий, мг/л

Исходная вода 7,66 - 9,98 11,48 -

Фильтрованная вода (без коагулирования) 7,74 - 1,914 8,87 -

Вода, обработанная коагулянтом:

ОХА Al/Cl 1,21 7,56 -0,1 1,334 2,74 0,102

ОХА Al/Cl 1,36 7,2 -0,46 3,596 5,87 0,102

ОХА Al/Cl 1,55 7,55 -0,11 1,218 3,65 0,034

ОХА Al/Cl 1,74 7,63 -0,03 2,784 4,96 0,199

ОХА Al/Cl 1,83 7,55 -0,11 5,394 5,61 0,214

Аква-Аурат-30тм 7,38 -0,28 1,276 2,22 0,036

титановым 7,64 -0,02 2,9 8,22 0,165

Исследования проводили на грязной промывной воде фильтров, так как по качеству она соответствует воде р. Енисей в паводковый период.

Коагулянт вводили в виде раствора, содержащего 1мг Д120з в 1мл воды. Доза коагулянта была выбрана на основании ранее проведенных исследований [4] и составляла 5 мг/л (по Д1203). Через 10 мин после ввода коагулянта воду фильтровали через загрузку, соответствующую по гранулометрическому составу загрузке скорых фильтров, в фильтрате определяли реакцию среды, мутность, цветность и концентрацию остаточного алюминия. Цветность воды определяли после центрифугирования пробы на лабораторной центрифуге для исключения влияния взвеси на оптическую плотность. В качестве контрольного опыта проводили фильтрацию без введения коагулянта. Результаты испытаний приведены в табл. 3.

Как видно из данных табл. 3, наилучшие результаты по мутности показали коагулянты ОХА с соотношением Al/Cl 1,55 и Аква-Аурат-30™. Цветность и содержание остаточного алюминия во всех опытах были в пределах ПДК.

Результаты по эффективности работы титанового коагулянта, полученные на модельной воде и в натурных условиях, не совпали.

Таким образом, наиболее эффективными в условиях водозабора «Гремячий Лог» являются коагулянты ОХА с соотношением Al/Cl 1,55 и Аква-Аурат -30тм, однако, применение ОХА с соотношением Al/Cl 1,55 вызывает меньшее снижение щелочности воды по сравнению с коагулянтом Аква-Аурат-30тм. Следовательно, в условиях водозабора «Гремячий Лог» наиболее оптимальным является применение окси-хлорида алюминия средней основности (Al/Cl 1,55).

Библиографический список

1. Драгинский В.Л., Алексеева Л.П., Гетманцев С.В. Коагуляция и технология очистки природных вод. М.: Научное издание, 2005.

2. Кульский Л.А., Строкач П.П. Технология очистки природных вод. Киев: Вища школа, 1986.

3. ГОСТ Р 51642-2000 «Коагулянты для хозяйственно-

питьевого водоснабжения. Общие требования и метод определения».

4. Колова А.Ф., Пазенко Т.Я., Приймак Л.В Исследование возможности замены сульфата алюминия на оксихлорид алюминия на водозаборе «Гремячий Лог» г. Красноярска // Вестник МАНЭБ. 2009. Т. 14. № 6. Ч. 2. С. 50-54.