CC BY
80
ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ОЧИСТКИ ВОДЫ В КОНТАКТНЫХ ОСВЕТЛИТЕЛЯХ
© Чудновский С.М.*, Лихачева О.И., Одинцов В.В.
Вологодский государственный университет, г. Вологда
В данной работе рассматривается новое устройство для автоматического управления процессами осветления и обесцвечивания природных вод в режиме реального времени.
Ключевые слова напорная флотация, коагуляция, контактный осветлитель.
Природные воды представляют собой сложные многокомпонентные динамические системы, содержащие газы, минеральные и органические вещества, находящиеся в разных формах: растворенном и коллоидном состоянии, ионно-молекулярном, в виде грубодисперстных взвешенных наносов. Наличие в воде механических примесей (минеральных и органических веществ), препятствует использованию ее как в хозяйственно-питьевого водоснабжении, так и техническом.
В практике подготовки воды для питьевых целей используются различные технологические приемы и методы улучшения качества воды. В настоящее время сложилось два направления: сепарационное (безреагентное) и деструкционное (реагентное).
Наиболее распространенным методом удаления мельчайшей взвеси и коллоидов из природной воды является реагентная схема дестабилизации загрязнении. Большинство таких схем водоподготовки являются громоздкими, сложными и практически неуправляемыми, отсутствует возможность следить за ходом процесса коагуляции и осаждения коагулированной взвеси в режиме реального времени, а, следовательно, невозможно обеспечить оперативное управление процессами коагуляции. В результате, себестоимость очищенной воды высокая, а качество воды низкое, в очищенной воде содержатся повышенные концентрации остаточных реагентов, что, естественно, неблагоприятно сказывается на здоровье населения. Кроме того, основными недостатками применяемых методик определения показателей качества воды при коагуляции являются:
1) большие затраты времени на проведение пробного коагулирования;
2) результаты анализа проб воды, получаемых в лаборатории, часто не соответствуют реальным условиям непосредственно в блоках сооружений;
* Доцент кафедры Комплексного использования и охраны природных ресурсов, кандидат технических наук, доцент.
3) низкая точность получаемых результатов не позволяет считать их достоверными.
Таким образом, чтобы избежать негативных последствий, требуется создание новых недорогих технологических схем водоподготовки, основанных на использовании эффективных систем контроля и управления процессами очистки природных вод.
В Вологодском государственном университете ранее был разработан принципиально новый способ осветления и обесцвечивания маломутных цветных вод, основанный на использовании предварительной напорной флотации перед подачей воды в контактные осветлители. Этот способ позволяет уменьшить расход коагулянта в 3-5 раз и в большинстве случаев отказаться от использования флокулянтов [1].
Обработка воды напорной флотацией осуществляется перед коагуляцией в течение 15 минут при содержании воздуха в водовоздушной смеси не менее 1,5 % от объема обрабатываемой воды и давлении не менее 0,6 МПа в напорной емкости, где эта смесь содержится не менее 10 минут перед подачей в обрабатываемую флотацией воду. При такой обработке воды в течение 15 минут снижается агрегативная устойчивость взвеси, что позволяет уменьшить содержание остаточного коагулянта в очищенной воде и ускорить процесс коагуляции в целом.
Кроме того, были разработаны системы гибкого управления процессами коагуляции воды [2] и управления контактными осветлителями [3] в режимах реального времени.
Таким образом, появилась возможность обеспечить полное автоматическое управление системой по способу [1]. При этом на начальной стадии обработки воды устанавливается определенная величина давления в напорном флотационном баке и, тем самым гарантируется снижение дзета-потенциала обрабатываемой воды и определение первоначальной дозы коагулянта.
Кроме того, управление процессом коагуляции можно обеспечить в зависимости от изменения агрегативной устойчивости взвеси, которое производят периодически в режиме реального времени на основе экспресс-измерения электрофоретической скорости движения частиц взвеси сверху вниз и сравнения ее с величиной электрофоретической скорости, соответствующей нижнему порогу коагуляции, а управление процессом коагуляции в стесненных условиях фильтрующей загрузки контактного осветлителя может производиться путем регулирования скорости фильтрования на основании экспресс-контроля в режиме реального времени величины остаточного коагулянта в воде, поступающей в контактный осветлитель и не менее чем в двух уровнях в объеме его фильтрующей загрузки. Переключение с режима фильтрования на режим промывки в контактном осветлителе планируется осуществлять на основе экспресс-контроля цветности, мутности и щелочности исходной воды, а также цветности и мутности воды на выходе из кон-
тактного осветлителя, а время и интенсивность промывки регулировать на основе седиментационного экспресс - анализа взвеси на выходе из контактного осветлителя.
Схема предлагаемого устройства для осуществления гибкого управления процессами очистки воды в технологической схеме с предварительной напорной флотацией и контактными осветлителями представлена на рис. 1.
Рис. 1. Схема гибкого управления процессами очистки воды при технологической схеме с предварительной напорной флотацией и контактными осветлителями
Схема содержит датчик давления 1, трубопровод подачи исходной воды с расположенными на нем датчиками мутности 2, цветности 3, щелочности 4 и электрофоретической скорости 5, трубу подачи очищаемой воды 6 с расположенными на ней датчиками коагулянта 7, электрофоретической скорости 8, трубопровод подачи промывной воды 9. Устройство также содержит контактный осветлитель, который состоит из нижнего кармана, поддерживающего слоя, внутри которого расположена распределительная система из перфорированных труб 10, фильтрующего слоя 11, к которому подсоединены датчики остаточного коагулянта 12 и 13, расположенные в двух уровнях, переливной желоб, к которому подсоединен седиментометр 14 и верхний карман, соединенный с трубопроводом отвода очищенной воды 15, на котором расположены датчик мутности 17 и датчик цветности 18. Кроме того, верхний карман соединен с трубопроводом отвода промывной воды 16. В состав устройства входят также дозатор коагулянта и блок автоматического управления, соединенный проводниками со всеми датчиками, электрифицированными задвижками и дозатором коагулянта.
Таким образом, данная схема обеспечит гибкое автоматическое управление всеми технологическими процессами в режимах реального времени, повышение надежности очистки воды; повышение производительности сооружений; гарантированное уменьшение содержания остаточных коагулянтов в очищенной воде; значительное сокращение эксплуатационных затрат.
10
В процессе исследований было установлено, что продолжительность фильтроцикла (промежуток времени между промывками) находилась в пределах от 27 до 52 часов. Существующий традиционный технологический регламент предусматривает проведение промывок 1 раз в сутки, а в отдельные периоды - 2 раза в сутки. Таким образом, предложенная нами технология позволяет значительно увеличить производительность очистных сооружений за счет увеличения продолжительности фильтроцикла и сокращения количества промывок.
Регулирование времени и интенсивности промывки фильтрующей загрузки на основе седиментационного экспресс - анализа взвеси на выходе из контактного осветлителя в режиме реального времени позволяет обеспечить практически полную очистку фильтрующей загрузки от задержанной взвеси. Это, в свою очередь, дает возможность повысить надежность работы сооружений и обеспечит условия, при которых не потребуется сбрасывать первый фильтрат в канализацию. Следовательно, этот фактор также способствует увеличению производительности сооружений. Результаты всех исследований показали, что продолжительность промывки во всех случаях была менее 8 минут.
Список литературы:
1. Патент 2142419 Российская Федерация, Способ очистки маломутных цветных вод / С.М. Чудновский, Н.Л. Миронова; заявитель и патентообладатель Вологодский гос. тех.ун-т. - Опубл. 10.12.1999. - Бюл. № 23. - С. 6.
2. Патент 2415814 Российская Федерация, Способ регулирования процесса коагуляции воды / С.М. Чудновский, Е.А. Жирихина, Н.Г Жаравина; заявитель и патентообладатель Вологодский гос. тех. ун-т. - Опубл. 10.04.2011. - Бюл. № 10. - С. 9.
3. Патент 2471719 Российская Федерация. Способ регулирования процессов очистки воды в контактных осветлителях и устройство для его осуществления / С.М. Чудновский, Н.А. Кузнецова; заявитель и патентообладатель Вологодский гос.тех.ун-т. - Опубл. 10.01.2013. - Бюл. № 1. - С. 11.
