CC BY
13УДК 628.16.004 Боровский Б.И., д.т.н., профессор;
Котовская Е.Е., инженер
МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ДОЗЫ РЕАГЕНТА НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОЧИСТКИ ПРИРОДНОЙ ВОДЫ В ОСВЕТЛИТЕЛЕ УСТАНОВКИ С ПЛАВАЮЩИМ ФИЛЬТРУЮЩИМ СЛОЕМ
Национальная академия природоохранного и курортного строительства, Украина
Аннотация.
Показано, что доза реагента существенно влияет на очистку природной воды в осветлителе. Сформирована соответствующая модель, показавшая, что реагенту полвак соответствует наибольшая эффективность очистки природной воды.
Введение. При подготовке питьевой воды из природных источников централизованного водоснабжения используется система, состоящая из осветлителей и фильтрующих устройств. Максимальная степень очистки природной воды зависит, как известно, от дозы реагента.
Анализ литературы. В работе [1] для установки, совмещающей осветление воды и фильтрование, получены модели очистки природной воды как в осветлителе, так и в фильтре. Для фильтра учтено влияние дозы реагента, а для осветлителя такого учёта нет. В монографии [2] отсутствует количественный анализ влияния дозы реагента (коагулянта) на работу осветлителя. Автор считает, что полученный им критерий сепарации справедлив «при нормальных условиях работы осветлителя: при правильном бесперебойном дозировании коагулянта, при отсутствии разбивания хлопьев коагулированной взвеси и частых, резких колебаний производительности осветлителя и температуры воды». В работах [3-5]
также нет количественного анализа влияния дозы реагента (коагулянта) на работу осветлителя.
Постановка задачи. Формирование модели влияния дозы реагента на эффективность очистки природной воды в осветлителе.
Основные результаты. На рис. 1 приведена схема крупномасштабной фильтровальной установки, выполненной в соответствии с патентом Украины [6].
Крупномасштабная установка (рис.1) отличается от исследованной в работе [1], которая соответствует патенту Украины [7], только дополнением сорбционной колонны 13, заполненной активированным углём 14. Сорбционная колонна позволяет очистить воду от органических примесей, которые при хлорировании образуют в питьевой воде химические соединения, отрицательно влияющие на здоровье человека.
Рис.1. Крупномасштабная фильтровальная установка: 1 - корпус установки; 2 - трубопровод подачи воды для очистки; 3 - трубопровод отвода очищенной воды; 4 - нижняя камера - рециркулятор (осветлитель) для взвешенного осадка; 5 - слой взвешенного осадка; 6 - плавающая фильтрующая загрузка; 7 - верхняя камера; 8 - сгуститель шлама; 9 - рециркулятор осадка; 10 -трубопровод для отвода шлама; 11 - задвижка на трубопроводах 2, 3, 10; 12 -пьезометр; 13 - сорбционная колонна; 14 - загрузка сорбционной колонны активированным углем марки АГ-3, высотой 1,2 м; 15 - трубопровод отвода промывной воды; 16 - воздухоотделитель; 17 - смеситель; 18 - бак суспензии замутнителя; 19 - бак дозатора коагулянта (реагента); 20 - сифон; 21 - трубопровод отвода очищенной воды из сорбционной колонны; 22 - трубопровод подачи воды на промывку загрузки; 23 -трубопровод перелива из верхней камеры 7.
Установка для очистки воды работает следующим образом. Очищаемая вода подается в корпус установки 1, через трубопровод подачи воды 2. Также в трубопровод 2 дозируется коагулянт и по потребности -замутнитель (раствор бентонита). При прохождении воды через нижнюю камеру 4, при добавлении коагулянта, происходит образование скоагулированных частиц, которые благодаря прохождению через рециркулятор осадка (осветлитель) 9 образуют слой взвешенного осадка 5. При прохождении воды сквозь плавающую грубозернистую загрузку 6,
происходит окончательное очищение от загрязнений в верхней камере 7. Очищенная вода выходит из верхней камеры 7, через трубопровод отвода очищенной воды 3 при открытии задвижки 11. Излишний осадок 5 из нижней камеры 4 для взвешенного осадка поступает в рециркулятор осадка 9, затем в сгуститель шлама 8 и удаляется из сгустителя шлама 8 при поступлении сигнала от пьезометров 12 и после открытия задвижки 11 на трубопроводе для отвода шлама 10 во время регенерации. Далее вода, очищенная от взвешенных веществ, по трубопроводу 3 поступает в фильтровальную колонну 13 и фильтруется через загрузку 14, затем отводится по трубопроводу 21 в сток. Подачу воды на промывку загрузки осуществляли по трубопроводу 22. Промывку плавающей фильтрующей загрузки осуществляли при открытии задвижки 11 на сифоне 20.
Корпус установки выполнен из трубы круглого сечения ё=300мм и имеет общую высоту 4100 мм. Высота рециркулятора (осветлителя) составляет 1200 мм. Высота плавающей фильтрующей загрузки тоже
1200 мм, крупность зерен 1,5 ~ 3'° мм. По высоте фильтрующего слоя в корпус врезаны штуцеры (^ =3 мм), к которым подключены пьезометры для контроля потерь напора в слоях загрузки с целью определения момента необходимой промывки фильтрующей загрузки.
При исследовании влияния дозы реагента ё на очистку воды в осветлителе использован безразмерный комплекс ё/С0, предложенный в работе [8] для процесса фильтрации (С0 - начальная концентрация загрязнений природной воды). В монографии [2] показано, что в осветлителе остаточная концентрация загрязнений Ср не зависит от начальной концентрации С0 . Это позволяет строить модель в виде Ср=Г (ё/С0) .
В исследовании использованы три реагента: полвак, сернокислый алюминий и хлорное железо. На рис.2, в качестве примера, приведены экспериментальные данные по Ср и комплексу ё/С0 для полвака.
Рис. 2. График зависимости Ср от комплекса — для полвака.
С0
Экспериментальные данные для полвака обобщаются зависимостью
Ср=97,2 ( 1-0^/0) ). (1)
Для сернокислого алюминия и хлорного железа получены соотношения
Ср = 49
с
1 - 3684,807 •
а
\
2
V С0
0,258
С р = 46,2
1 + 3,36 •
а
V С0
0,15
(2)
(3)
Моделям (1) -(3) соответствует индекс корреляции 0,62-0,86 -корреляционная связь сильная[9].
С помощью зависимостей (1) -(3) оценим эффективность очистки реагентами природной воды в осветлителе. Расчётные данные приведены в табл.
Таблица.
Реагент (^/С0)оптим. Ср
Полвак 0,88(наибольшая экспериментальная величина) 33,0
Сернокислый алюминий 0,258 49,0
Хлорное железо 0,15 46,2
2
Из табл. следует, что наибольшая эффективность очистки (наименьшее значение Ср) соответствует полваку, однако его расход значительно больше, чем в случае сернокислого алюминия и хлорного железа. При сернокислом алюминии и хлорном железе эффективность очистки примерно одинакова, однако у хлорного железа эффективность очистки больше на 5,7%, а доза реагента меньше на 41,9%.
Выводы:
1. Получены модели влияния дозы реагента на эффективность очистки природной воды в осветлителе крупномасштабной установки при использовании полвака, сернокислого алюминия и хлорного железа.
2. Наибольшая эффективность очистки соответствует полваку, однако его расход значительно больше, чем в случае сернокислого алюминия и хлорного железа. При сернокислом алюминии и хлорном железе эффективность очистки примерно одинакова, однако у хлорного железа эффективность очистки больше на 5,7%, а доза реагента меньше на 41,9%.
Литература
1. Боровский Б.И. Составление математических моделей очистки промывных вод скорых фильтров водоочистной станции «Петровские скалы» с использованием установки с плавающим фильтрующим слоем / Б.И. Боровский, С.Д. Бойчук, Е.Е. Котовская // Сборник докладов Международного Конгресса «ЭТЭВК - 2009», Ялта, 2009, с. 97-104.
2. Кургаев Е.Ф. Основы теории и расчета осветлителей/ Е.Ф.Кургаев-М.: Госстройиздат, 1962. - 164 с.
3. Кульский Л. А. Теоретические основы и технология кондиционирования воды/Л .А.Кульский - К.: Наукова думка, 1980. - 564 с.
4. Кульский Л.А.Проектирование и расчет очистных сооружений водопроводов/Л.А. Кульский, М.Н. Булава, И.Т.Гороновский, П.И. Смирнов. - К.: «Будiвельник», 1972. - 424 с.
5. Фрог Б.Н. Водоподготовка / Б.Н.Фрог - М.: Изд. МГУ, 1996.-
680с.
6. Патент на корисну модель №45093. Пристрш для очищення води / О.е. Котовська, вщ 25.05.2009. C02F1/00, B01D25/00, публ. 26.10.2009, бюл. №20.
7. Декларацшний патент на корисну модель № 7595. Прояснювач для очищення води / М.М. Проль, С.Д. Бойчук, В.О. Мяюшев, О.С. Котовська, вщ 16.12.2004 7 B01D21/00, опубл. 15.06.2005, бюл. №6.
8. Журба М.Г. Водоснабжение. Проектирование систем и сооружений: В 3-х т. - Т.2. Очистка и кондиционирование природных вод / М.Г.Журба - Вологда - Москва: ВоГТУ, 2001. - 324 с.
9. Вознюк С.Т. Основы научных исследований / С.Т. Вознюк, С.М.Гончаров, С.В.Ковалёв. - К.: Вища школа, 1985. - 192 с.
ВогоубЫу В.1., professor; Kotovskya E.E., engineer Modeling of the agent dose influence on efficiency of natural water purification in the light of installation with floating filtering layer
Abstarct
It is shown that the dose of the agent considerably affects the cleaning of natural water in the light. corresponding to the model, showing that the reagent polvak corresponds to the efficiency of the purification of natural water is formed.
Боровський Б.Й., д.т.н., професор; Котовска О.С., шженер
Аннотация
Показано, що доза реагента ютотно впливае на очищення природно! води в осв^лювачь Сформована вщповщна модель, показавши, що реактиву полвак вщповщае найбшьша ефектившсть очищення природних вод.
