CC BY
5
УДК 628.16.067.3
Член-корр. АМН СССР И. И. Беляев, канд. техн. наук Ю. И. Колодный
О ПОВЫШЕНИИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБРАБОТКИ ПРИРОДНЫХ ВОД ФИЛЬТРОВАНИЕМ
Горьковский медицинский институт; Горьковский инженерно-строительный институу
них снабжена пьезометром для измерения потери напора в каждом элементарном слое загрузки.
Фильтр включали в работу с расчетной скоростью 10 м/ч. Количество взвеси в обрабатываемой воде было от 10 до 120 мг/л. В каждом фильтро-цикле использована вода с постоянным содержанием взвеси. Соответственно подбирали дозы коагулянта. При достижении предельных потерь напора в фильтре (2,5—3,0 м) его выключали из работы, разбирали на секции и в каждой из них определяли количество загрязнений в загрузке.
Таким путем удалось установить реальную картину распределения загрязнений по высоте фильтра и степень участия в задержании загрязнений каждого элементарного слоя зернистой загрузки по ее высоте.
В результате экспериментов, продолжавшихся в течение ряда лет, получены характерные эпюры распределения загрязнений в фильтрующих аппаратах с учетом крупности зерен, количества взвешенных веществ в исходной воде, вида и дозы коагулянта, места ввода его в обрабатываемую воду (рис. 2). Установлено, что в фильтрующем слое образуется грязевой экран, процесс формирования которого может быть управляемым. Эффект задержки загрязнений в фильтрах и КО не является, как это считалось прежде, только функцией высоты фильтрующего слоя, а зависит от рационального подбора вида и доз коагулянта, а также от правильного выбора места ввода реагентов.
В воде, содержащей частицы загрязнений^ и хлопья коагулянта и проходящей через зернистую загрузку фильтра, происходит одновременно контактная коагуляция на поверхности зерен загрузки и коагуляция в свободном объеме воды, совер-
С каждым годом растет водопотребление, происходит загрязнение водных источников и одновременно повышаются требования к качеству воды. Достаточно сказать, что если в 1950 г. общее водопотребление страны составляло 86 км8, то к 1960 г. оно возросло до 160 км*, к 1970 г. — до 253 км®; в настоящее время оно превышает 380 км", а на обозримую перспективу будет порядка 500 км* в год (И. Бородавченко и О. Толстихин). Сказанное выдвигает требование максимальной интенсификации процессов обработки воды на водопроводных сооружениях.
С этой целью нами предложена схема двухпоточ-ной фильтрации — применение фильтра АКХ (Д. М. Минц и С. А. Шуберт), метода контактного осветления и суспензионной сепарации (Д. М. Минц; Ю. И. Колодный; И. И. Беляев, и др.),
♦ органических флокулянтов (Ю. И. Вейцер и Л. Н. Паскуцкая), углевания (В. А. Клячко и И. Э. Апельцин) и др.
Анализ данных литературы показал, что интенсификация обработки воды достигалась путем некоторого изменения конструкции водопроводных сооружений или применения новых реагентов. Однако и в настоящее время большая часть очистных сооружений, особенно фильтрационных установок, работает с чрезвычайно низким КПД. Так, использование грязеемкости фильтрующих загрузок ограничивается величиной потери напора, по достижении которой фильтры и контактные осветлители (КО) выводятся на промывку. К этому моменту потенциальная грязеемкость фильтрующей загрузки используется всего на 10—20%, а основная масса фильтрующего материала остается свободной от загрязнения. Существовавшая еще недавно методика определения грязеемкости фильтрующих загрузок не позволяла получить ясную и точную картину распределения загрязнений в толще фильтра и КО. До последнего времени при разработке методов фильтрации воды применяли классическую эпюру распределения загрязнений в толще фильтра (И. Э. Апельцин и В. А. Клячко). Из этой эпюры (рис. 1) видно, что в задержке загрязнений участвуют только верхние (по ходу обрабатываемой воды) слои загрузки. Это обстоятельство натолкнуло нас на необходимость использования потенциальных возможностей, скрытых в фильтрующих аппаратах. Для
к этой цели нами сконструированы модели фильт-
• ров, в которых фильтрующий слой по его высоте разбит на элементарные секции высотой 50 мм. Секции фильтра собираются по резьбе, и каждая из
а Ю 20 30 40 50 бО 70
ю го во
40
во ео
Рис. 1. Эпюра распределения загрязнений, задерживаемых загрузкой скорого фильтра. По оси абсцисс — задержка загрязнений (в %); по оси ординат — глубина проникновения загрязнений в загрузку (в см.). V — скорость фильтрации.
Z200-2000 iaoo 1600 1400
/гоо
/ООО
всю
бОО <ЮО
гоо О
1
¿ Ю го Х> 40 во ВО 70, во эо юо
Рис. 2. Эпюра распределения загрязнений, задерживаемых загрузкой тонкослойного фильтра.
По осе абсцисс — степень осветленности фильтруемой воды по проценту использования грязеемкостн загрузки; по оси ординат — высота фильтрующей загрузки (в мм).
шающаяся в пространстве пор. Процесс агрегации частиц, пока фронт загрязнений не продвинулся далеко вглубь фильтра, не играет существенной роли, так как скорость движения мелких агрегатов практически равна скорости движения воды и они быстро выносятся из верхней зоны. Когда фронт загрязнений продвигается вглубь фильтра, проходит время, достаточное для того, чтобы мелкие агрегаты успели укрупниться и «вырасти» до величины, соразмерной с порами загрузки. Тогда они уже не могут продвигаться вместе с водой и задерживаются между зернами загрузки. Таким образом, на некотором расстоянии от поверхности фильтра образуется слой загрузки, на зернах которого формируется гель с задержанными на нем загрязнениями. Поры заполнены грязевыми агрегатами. Именно этот слой играет роль грязевого экрана, останавливающего фронт продвигающихся сверху загрязнений. Количество загрязнений, образующихся в пространстве пор, больше задерживаемого на поверхности зерен загрузки. Если всю толщину слоя загрузки разбить условно на 3 зоны, то можно считать установленным, что в I зоне идет преимущественно контактная коагуляция, а во II зоне совершается контактная коагуляция и задержка крупных агрегатов в пространстве пор. Доля загрязнений, задержанных в I и III зонах по сравнению с массой, фиксирующейся в зоне II, очень невелика, поэтому можно значительно сократить размеры I и III зон, т. е. уменьшить высоту загрузки практически до толщины грязевого экрана.
Такой эффект может быть достигнут разными способами. Один из них — увеличение времени разрыва между моментом смешения коагулянта с исходной водой и поступлением смеси на фильтр. При правильном выборе времени агрегаты успеют быстро достичь размеров, соизмеримых с порами фильтра, путь их в толще загрузки сократится, а грязевой экран продвинется ближе к поверхности фильтра. Конечно, время разрыва не должно
быть слишком большим, так как в этом случае агрегаты станут задерживаться на поверхности фильтра, что приведет к его быстрой кальматации. Второй способ — правильный выбор вида и дозы коагулянта. Здесь учитывается, что разным коагулянтам свойственны различные скорости укрупнения агрегатов. Третий способ — увеличение до определенных пределов скорости фильтрования, что способствует ускорению роста агрегатов и приводит к перемещению грязевого экрана ближе к поверхности фильтра. Кроме того, может быть использована комбинированная загрузка. Для I зоны должен подбираться материал, обеспечивающий минимальную адсорбируемость агрегатов на экранах загрузки, а во II зоне — материал, обеспечивающий максимальную адсорбируемость, способствующую закреплению агрегатов. Сочетая эти способы, можно добиться максимального эффекта.
На основании многолетнего изучения обнаруженного эффекта на ряде лабораторных моделей разработана конструкция фильтра, в котором используется принцип тонкослойной фильтрации и построена полупроизводственная модель на одной из фильтростанций водопровода г. Горького, которая эксплуатируется второй год, обеспечивая устойчивый эффект водоочистки. При этом полупроизводственная установка может работать в двух режимах: в качестве сооружения второй ступени очистки воды после осветлителей со взвешенным осадком (с эксплуатацией 1 год) и как самостоятельное сооружение с подачей воды на фильтр прямо после смесителя (с эксплуатацией 7 мес). В первом режиме фильтр при содержании взвешенных веществ в воде от 10 до 20 мг/л устойчиво функционировал при скорости фильтрации от 5 до 10 м/ч. Продолжительность фильтроцикла при этом колебалась от 24 до 75 ч при предельных потерях напора в загрузке от 1,5 до 2,5 м. В качестве коагулянта применен сернокислый алюминий из расчета 30—60 мг/л. Расход проливной воды составлял от 2 до 4 % от полного расхода. Условия промывки: интенсивность 12 л/с на 1 м2, время промывки 4 мин. Во втором режиме, когда тонкослойный фильтр работал по одноступенчатой схеме очистки как контактный осветлитель, эксплуатационные условия были следующими: количество взвешенных веществ в обрабатываемой воде принималось в пределах от 20 до 150 мг/л, скорость фильтрации 3—8 м/ч. Продолжительность фильтроцикла при этом колебалась от 6 до 18 ч при потерях напора в загрузке от 2 до 3,5 м. Для коагулирования использован сернокислый алюминий и треххлористое железо с добавками по-лиакриламида (ППА). Дозы коагулянта были равны от 50 до 120 мг/л, дозы ПАА — 0,5 мг/л. Расход промывной воды составлял 5,8 % от полного расхода. Условия промывки: интенсивность 16 л/с на 1 мг, время промывки 6 мин.
Для более полной санитарно-гигиенической оценки метода тонкослойной фильтрации и экранного эффекта проведена серия исследований процесса
задержки микробов. Исходная вода имела микробное число 230—6150, коли-индекс колебался в пределах 500—2800. За 6 лет эксплуатации модельной установки не зарегистрировано ни одного бактериального «проскока». Не отмечено их и за 1 /, года работы полупроизводственной установки. Грязевой экран задерживал практически почти всю микрофлору, остающуюся в воде после первичного хлорирования.
Все эти материалы позволяют дать положительную гигиеническую оценку фильтрам с экранным эффектом. Надо полагать, что приведенные материалы окажутся полезными как для санитарных инженеров, так и для врачей-гигиенистов, работающих в области центрального водоснабжения.
Выводы
1. Фильтры, сооруженные с у четом'*" эффекта грязевого экрана, исключают необходимость об-
работки воды в сооружениях первой ступени (отстойниках-осветлителях).
2. Диапазон применения тонкослойных фильтров более широк, чем контактных осветлителей, так как они могут быть использованы для очистки как слабо, так и сильно загрязненных вод.
3. Задержка всех загрязнений грязевым экраном, достигаемая при правильном режиме работы фильтра, позволяет сократить высоту слоя фильт-розагрузки до 200—300 мм.
4. Схема тонкослойной фильтрации в гигиенических позиций заслуживает положительной оценки.
5. Изученная в процессе данного исследования схема с эффектом грязевого экрана может быть рекомендована для обработки питьевых вод.
ЛИТЕРАТУРА
Апельцин И. Э., Клячко В. А. Подготовка воды для городского и промышленного водоснабжения. М., 1972.
Беляев И. И. — В кн.: Всесоюзная науч. конф. по вопросам гигиены воды и санитарной охраны водоемов. Тезисы докладов. М., 1963, с. 41.
Бородавченко И., Толстихин О. — Коммунист, 1975, № 14. с. 42.
Клячко В. А., Апельцин И. Э. Очистка природных вод. М., 1971.
Колодный Ю. И. Опыт работы контактных осветлителей с
1-езгравийной загрузкой. Горький, 1963. Минц Д. М., Шуберт С. А. Фильтры АКХ и расчеты промывки скорых фильтров. М.— Л., 1951. Минц Д. М. Теоретические основы технологии очистки воды. М., 1964.
Поступал* В/Х 1979|г.
TOWARD MORE EFFICIENT TREATMENT OF NATURAL WATERS BY
FILTRATION |
An important method of increasing the quantity of safe water supplied to the population is more intensive exploitation of water-treatment facilities. A study of the filtration process has revealed a dirt screen effect which can be used
I. Beliaev, Yu. /. Kolodny
to control the filtration process. Under proper operating conditions, the height of the filter load can be decreased virtually to the height of the dirt screen, i. e., to 200-300 mm.
УДК ем.777:846.683 + 828.1.03:546.683
Г. Н. Красовский, У. И. Кенесариев, Л.Я- Васюкович,
Т. И. Бонашевская, Т. Г Соловьева, Л. Ф. Носанева
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ К ГИГИЕНИЧЕСКОМУ НОРМИРОВАНИЮ ТАЛЛИЯ В ВОДЕ ВОДОЕМОВ
Институт общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР, Москва
Таллий находит широкое применение в промышленности, в частности при производстве тяжелых жидкостей, оптических стекол, что создает условия для поступления его соединений в водоемы с производственными сточными водами. В районах месторождения таллия в подземных водах его содержание достигает 2,7 мг/л (С. Л. Шварцев и Л. Н. Гомонова). В воде и иловых отложениях рек и озер США и Западной Европы также обнаружены соединения таллия на уровне 0,7—88,2 мкг/л (Zitko и Carson).
Несмотря на значительное число исследований по оценке токсичности и опасности таллия, до сих пор отсутствуют сведения о нормировании его в воде водоемов. В связи с этим весьма актуальным является установление безвредных уровней таллия в воде с учетом его отдаленных эффектов. В эксперименте белым крысам перорально вводили карбонат таллия как наиболее токсичное соединение из 11 изученных его химических соединений (В. В. Корсунская). Карбонат таллия — углекислый закисный таллий (Т1аСОа) — кристалли-
