CC BY
60УДК 544.7:543.3
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ КОАГУЛЯНТОВ И ФЛОКУЛЯНТОВ ПРИ ОСВЕТЛЕНИИ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД
© 2010 г. А.В. Свиридов1, А.Ф. Никифоров2, В.А. Елизаров1, О.С. Воронина1
'Уральский государственный лесотехнический университет, г. Екатеринбург 2Уралъский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина, г. Екатеринбург
Ключевые слова: водоподготовка, коагуляция, флокуляция, фильтрование, реагенты, флокулирующие смеси, очистка питьевой воды.
Проведена сравнительная оценка различных реагентов для обработки поверхностных вод в процессах объемной и контактной коагуляции. При объемной коагуляции в условиях фильтровальной станции «Маяк» г. Полевской наиболее эффективными коагулянтами при обработке воды в паводковый период являются сульфат алюминия и алюможелезный коагулянт. Для достижения нормативных показателей очищенной воды необходимо применение флокулянтов и вспомогательных реагентов. Для контактной коагуляции целесообразно использование флокулирующих смесей.
Наибольшее распространение в процессах водоподготовки получили реагентные методы очистки питьевой воды, в частности, использование для этих целей коагулянтов и флокулянтов. На сегодняшний день промышленностью выпускается широкий спектр этих реагентов. В этой связи возникает задача сравнительной эффективности данных реагентов в различных технологических условиях.
В качестве объекта исследования выбрана фильтровальная станция «Маяк» г. Полевской. На станцию поступает поверхностная вода из р. Чусовая. В паводковый период (апрель-май) наблюдается ухудшение большинства показателей воды, в частности, цветности, мутности, содержания железа и окисляемости. Характеристика поступающей на фильтровальную станцию воды представлена в табл. 1.
Из анализа представленных данных следует, что вода р. Чусовая в паводковый период относится по классификации [1] к маломутным водам (мутность до 50 мг/дм3) со средней цветностью (35—120 градусов цветности).
В исходной воде наблюдается превышение норм СанПиН 2.1.4.107401 по цветности, мутности, железу, окисляемости и запаху.
Водное хозяйство России № 3, 2010
Водное хозяйство России
Таблица 1. Характеристика воды р. Чусовая в период паводка 2002 г.
Показатель Дата
06.05 07.05 08.05 09.05 10.05 11.05 12.05 13.05
Прозрачность, см 9 9 8 7 8 8 8 10
Цветность, градусы
цветности 90 90 85 85 80 80 80 80
рн 7,0 7,1 7,1 7,2 7,2 7,2 7,2 7,2
Мутность*, мг/дм3 21,8 20,8 22,0 22,5 24,0 23,2 23,7 19,8
Железо (общее),
мг/дм3 2,95 3,10 3,75 3,10 3,20 3,30 2,80 2,10
Окисляемость,
мгО/дм3 15,0 16,0 14,3 15,0 15,0 14,0 14,0 14,0
Щелочность,
ммоль/дм3 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,6 0,5
Температура, °С 2 2 2 3 3 8 9 9
Запах, баллы 4 4 4 4 4 4 4 4
Примечание: * — здесь и далее мутность представлена по каолиновой шкале.
В качестве исследуемых образцов реагентов были изучены:
Коагулянты:
— алюминия сульфат технический очищенный А12(804)3 18Н20 (СА), производитель — ОАО «Святогор», г. Красноуральск, Свердловская область;
— полигидрохлорид алюминия (оксихлорид алюминия) (ПГХА) «БОПАК-Е», производитель — ЗАО «Реагенты Водоканала», г. Азов, Ростовская область;
— оксихлорид алюминия, производитель (ОХА) — ЗАО «Нива», г. Новосибирск;
— полиоксихлорид алюминия «Аква-Аурат™ 30» (ПОХА), производитель — ОАО «Химический завод им. П.Л. Войкова» (ОАО «Аурат»), Москва;
— гидроксохлорид алюминия (ГХА), производитель — ОАО «Сорбент», г. Пермь;
— гидроксохлоросульфат алюминия (ГХСА), производитель — ОАО «Сорбент», г. Пермь;
— алюможелезный коагулянт (АЖК), производитель — ОАО «Сорбент», г. Пермь.
Флокулянты:
— полиэлектролит ВПК-402 водорастворимый катионный флоку-
Водное хозяйство России № 3, 2010
Водное хозяйство России
лянт, производитель — ЗАО «Каустик», г. Стерлитамак, Республика Башкортостан;
— амиачный ПАА-полиакриламид, производитель — ФГУП «Пермский завод имени С.М. Кирова», г. Пермь;
— Праестол (Праестол 2500, 2510, 611, 650) — разновидность ПАА, производитель — ЗАО «Компания Москва—Штокхаузен—Пермь», г. Пермь.
Вспомогательные реагенты:
— реагент флокулирующий сорбент-соосадитель «Экозоль-401», производитель — ЗАО «ЭКО ПЛЮС», г. Екатеринбург;
— гашеная известь Са(ОН)2;
— кальцинированная сода Ка2С03.
Двухступенчатая схема. Оценка эффективности реагентов проведена в условиях объемной коагуляции на лабораторном флокуля-торе, оснащенном механическими мешалками. Пробы воды для проведения эксперимента отбирались непосредственно на фильтровальной станции после первичного хлорирования. Качество очищенной воды определялось по следующим показателям: цветность (методом колориметрии), мутность (в осветленной воде и фильтрате), железо (общее), алюминий, окисляемость. Анализ на алюминий (при использовании основных солей) проводился с предварительным озоле-нием пробы.
Стадии проведения экспериментов по коагуляции воды:
1. Смешение воды после первичного хлорирования с раствором коагулянта в течение 3 минут при градиенте О = 250 с-1.
2. Флокуляционное перемешивание в течение 15 минут при О = 30 с-1.
3. Отстаивание при гидравлической крупности и0 = 0,4 мм/с.
4. Фильтрование осветленной воды через кварцевый песок (поставщик — ОАО «Спецнефтематериалы» г. Волгоград), фракция 0,8— 2,0 мм, высота загрузки 200 мм.
Анализ результатов пробного коагулирования показал, что применение основных солей алюминия в данных условиях неэффективно (табл. 2). Наиболее эффективными коагулянтами для данного качества сырой воды являются средние соли — сульфат алюминия и алюмо-железный коагулянт. Они позволяют добиться наилучших показателей очистки воды, однако при этом не достигается требуемая степень очистки. При использовании средних солей происходит подкисление воды, вследствие чего наблюдается повышенная концентрация алюминия в очищенной воде и низкое значение рН (менее 6,0). Для корректировки рН при объемной коагуляции применялось известковое молоко.
Водное хозяйство России № 3, 2010
Водное хозяйство России
Таблица 2. Результаты обработки воды различными коагулянтами
Показатель очищенной воды
Доза коагулянта, мг/дм3 по А1203
3,0 4,5 6,0 7,5
9,0
Сульфат алюминия ОАО «Святогор», г. Красноуральск Свердловской обл.
рН 5,5 5,1 5,0 4,9 4,9
Мутность осветленной воды, мг/дм3 19,0 20,6 20,2 22,9 21,6
Мутность фильтрата, мг/дм3 13,5 12,4 5,0 3,4 3,5
Цветность фильтрата, градусы цветности 107 49 58 33 27
Алюминий в фильтрате, мг/дм3 1,2 1,0 0,7 1,3 0,9
Железо (общее) в фильтрате, мг/дм3 1,6 1,3 0,6 0,5 0,5
Гидроксохлоросульфат алюминия ОАО «Сорбент», г. Пермь
рН 6,6 6,2 6,0 6,1 5,9
Мутность осветленной воды, мг/дм3 22,1 15,2 13,4 15,2 17,0
Мутность фильтрата, мг/дм3 16,6 10,2 8,0 5,7 8,7
Цветность фильтрата, градусы цветности 170 81 39 33 28
Окисляемость фильтрата, мгО/дм3 13,7 11,3 8,5 8,6 8,3
Алюминий в фильтрате, мг/дм3 1,5 1,1 1,1 0,9 1,1
Железо (общее) в фильтрате, мг/дм3 2,1 1,4 0,9 0,7 0,8
Алюможелезный коагулянт ОАО «Сорбент», г. Пермь
рН 6,1 5,6 5,3 5,1 5,0
Мутность осветленной воды, мг/дм3 17,5 16,6 17,3 15,8 13,9
Мутность фильтрата, мг/дм3 16,0 10,3 9,3 7,0 6,3
Цветность фильтрата, градусы цветности 215 68 38 40 36
Окисляемость фильтрата, мгО/дм3 14,5 10,8 8,3 8,6 8,0
Алюминий в фильтрате, мг/дм3 1,8 1,4 1,2 0,9 0,9
Железо (общее) в фильтрате, мг/дм3 2,7 1,7 1,4 1,1 1,1
Оксихлорид алюминия марки «БОПАК-Е», г. Екатеринбург
рН 6,9 6,9 6,9 6,9 6,9
Мутность осветленной воды, мг/дм3 17,4 17,2 18,8 20,7 23,7
Мутность фильтрата, мг/дм3 16,2 16,4 18,8 19,3 20,1
Цветность фильтрата, градусы цветности 189 184 160 132 66
Гидроксихлорид алюминия производства ОАО «Сорбент», г. Пермь
рН 6,8 6,7 6,7 6,8 6,8
Мутность осветленной воды, мг/дм3 17,1 19,3 22,3 23,1 24,5
Мутность фильтрата, мг/дм3 15,2 16,8 18,9 21,3 21,7
Цветность фильтрата, градусы цветности 185 200 165 75 38
Водное хозяйство России № 3, 2010
Водное хозяйство России
Окончание таблицы 2.
Показатель очищенной воды
Доза коагулянта, мг/дм3 по А1203
3,0 4,5 6,0 7,5
9,0
Оксихлорид алюминия производства ЗАО «Нива», г. Новосибирск
рН 6,8 6,8 6,8 6,8 6,8
Мутность осветленной воды, мг/дм3 18,9 17,1 22,7 23,3 26,2
Мутность фильтрата, мг/дм3 17,4 15,9 20,3 18,0 19,3
Цветность фильтрата, градусы цветности 185 200 138 119 59
Полиоксихлорид алюминия марки «Аква-Аурат™ 30» ОАО «Аурат», Москва
рН 6,6 6,6 6,5 6,5 6,5
Мутность осветленной воды, мг/дм3 17,5 16,7 18,3 21,3 28,1
Мутность фильтрата, мг/дм3 16,1 16,5 17,3 19,7 24,7
Цветность фильтрата, градусы цветности 179 200 200 200 160
Далее были проведены эксперименты по определению оптимальной дозы извести по следующим стадиям:
1. Смешение воды после первичного хлорирования с раствором коагулянта в течение 5—10 секунд при градиенте О = 250 с-1.
2. Смешение воды с раствором извести (рабочая концентрация 22,4 г/дм3 по Са(ОН)2) в течение 3 минут при О = 250 с-1.
3. Флокуляционное перемешивание в течение 15 минут при О = 30 с-1.
4. Отстаивание при гидравлической крупности и0 = 0,4 мм/с.
5. Фильтрование осветленной воды через кварцевый песок, высота загрузки 200 мм.
Результаты обработки воды представлены в табл. 3. В ходе проведенных экспериментов было установлено, что оптимальная доза известкового молока соответствует значению рН в диапазоне 5,9—6,0 и составляет 7—9 мг/дм3 по Са(ОН)2. При более низком значении рН наблюдается повышенное содержание алюминия (особенно растворимых форм) и железа. При рН > 6,0 увеличивается степень диссоциации органических соединений, что приводит к образованию растворимых металл-органических комплексов и увеличение в очищенной воде цветности, концентраций железа и алюминия.
Для получения воды более высокого качества исследовалось применение флокулянтов и вспомогательных реагентов, позволяющих увеличить гидравлическую крупность образуемых хлопьев и повысить их адгезию к фильтрующей загрузке. Обработка воды с использованием по-
Водное хозяйство России № 3, 2010
Водное хозяйство России
Таблица 3. Результаты обработки воды сульфатом алюминия (доза 8,2 мг/дм3) и известью
Показатель очищенной воды
Доза извести, мг/дм3 по Са(ОН)2
рН 5,2 5,9 6,0 6,6 6,7
Мутность осветленной воды, мг/дм3 18,0 17,5 19,3 16,3 17,7
Мутность фильтрата, мг/дм3 6,0 11,0 12,5 11,4 10,0
Цветность фильтрата, градусы цветности 30 25 25 35 48
Алюминий в фильтрате, мг/дм3 1,6 0,9 1,0 1,8 2,4
Алюминий в фугате*, мг/дм3 0,80 0,09 0,07 0,15 0,60
Железо (общее) в фильтрате, мг/дм3 1,1 0,6 0,7 1,0 1,2
Примечание: * — условия центрифугирования: продолжительность 5 мин, п = 8000 об/мин.
лиакриламидных флокулянтов серии Праестол и ПАА проводилась в следующем порядке:
1. Смешение воды после первичного хлорирования с раствором коагулянта в течение 5—10 секунд при градиенте О = 250 с-1.
2. Смешение воды с раствором извести (рабочая концентрация 22,4 г/дм3 по Са(ОН)2) в течение 3 минут при О = 250 с-1.
3. Смешение воды с раствором флокулянта в течение 30 секунд при О = 250 с-1.
4. Флокуляционное перемешивание в течение 15 минут при О = 30 с-1.
5. Отстаивание при и0 = 0,4 мм/с.
6. Фильтрование осветленной воды через кварцевый песок, высота загрузки 200 мм.
Результаты обработки воды представлены в табл. 4 и 5. Представленные данные свидетельствуют о том, что при совместном использовании сульфата алюминия, известкового молока и флокулянтов серии Праестол 2500, 2510, 611, 650, а также ПАА достигается качество очистки воды до нормативных показателей. При этом эффективная доза флокулянтов серии Праестол в 4 раза ниже, чем эффективная доза ПАА при одинаковом качестве очистки воды.
С другой стороны, при совместном использовании алюможелезного коагулянта, известкового молока и флокулянтов серии Праестол 2500, 611 достигается качество очистки воды до нормативных показателей, сопоставимых с аналогичными показателями при использовании сульфата алюминия. При этом окисляемость очищенной воды ниже, чем при использовании сульфата алюминия.
С целью уменьшения доз коагулянта и извести, а также повышения качества очищенной воды был апробирован вариант с использованием
водное хо;
Водное хозяйство России
Таблица 4. Результаты обработки воды сульфатом алюминия (доза 8,2 мг/дм3), известью (доза 9 мг/дм3) и флокулянтами
Марка флокулянта
Показатели Праестол ПАА
2500 2510 2540 611 650
Доза флокулянта, мг/дм3 0,1 0,4 0,1 0,4 0,4 0,1 0,4 0,1 0,4 0,1 0,4
pH 6,0 6,1 6,0 6,1 6,1 6,0 6,1 6,0 6,1 6,0 6,1
Мутность осветлен-
ной воды, мг/дм3 1,8 2,3 2,3 1,5 12,8 3,5 2,4 3,9 1,9 8,7 6,1
Мутность фильтрата,
мг/дм3 1,0 0,75 1,2 0,90 5,8 1,0 0,75 1,0 0,70 2,3 1,2
Цветность фильтрата
градусы цветности 25 15 17 19 21 17 16 15 16 36 19
Окисляемость филь-
трата, мг02/дм3 3,9 5,0 3,9 4,7 4,8 4,6 4,6 3,8 5,0 3,9 3,9
Алюминий в филь-
трате, мг/дм3 0,12 0,13 0,15 0,11 0,88 0,16 0,14 0,18 0,16 0,36 0,12
Железо (общее) в
фильтрате, мг/дм3 0,09 0,08 0,09 0,10 0,47 0,07 0,10 0,06 0,10 0,16 0,06
Таблица 5. Результаты обработки воды алюможелезным коагулянтом (доза 8,2 мг/дм3), известью и флокулянтами (доза 0,1 мг/дм3)
Показатели Марка флокулянта Праестол
2500 2510 611
Доза извести, мг/дм3 по Са(0Н)2 7 9 9 7 9 9
pH 5,5 6,3 6,3 5,5 6,2 6,2
Мутность осветленной воды, мг/дм3 4,1 3,0 3,5 1,7 2,0 2,0
Мутность фильтрата, мг/дм3 1,2 0,3 0,9 0,5 0,5 0,2
Цветность фильтрата,
градусы цветности 20 15 16 16 16 16
Окисляемость фильтрата, мг02/дм3 4,1 3,6 3,8 3,6 3,4 3,3
Алюминий в фильтрате, мг/дм3 0,62 0,15 0,24 0,19 0,15 0,24
Железо (общее) в фильтрате, мг/дм3 0,17 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01
Водное хозяйство России № 3, 2010
Водное хозяйство России
вспомогательных реагентов ВПК-402 и «Экозоль-401». Обработка воды с этими реагентами проводилась по следующей методике:
1. Смешение воды с раствором извести (рабочая концентрация 22,4 г/дм3 по Са(ОН)2) в течение 5—10 секунд при О = 250 с-1.
2. Смешение сырой воды после первичного хлорирования с раствором коагулянта (доза 4,5 мг/дм3 по А1203, концентрация рабочего раствора 32,3 г/дм3 по А1203) в течение 3 минут при градиенте О = 250 с-1.
3. Смешение воды с раствором ВПК-402 (доза 1,5 мг/дм3, рабочая концентрация 10 г/дм3) в течение 5—10 секунд при О = 250 с-1.
4. Смешение воды с реагентом «Экозоль-401» (доза 5 мг/дм3, рабочая концентрация 50 г/дм3) в течение 5—10 секунд при О = 250 с-1.
5. Флокуляционное перемешивание в течение 15 минут при О = 30 с-1.
6. Отстаивание при и0 = 0,4 мм/с.
7. Фильтрование осветленной воды через кварцевый песок, высота загрузки 200 мм.
Результаты обработки воды представлены в табл. 6.
Данный вариант реагентной обработки воды позволяет снизить дозу коагулянта до 4,5 мг/дм3 по А1203 и известкового молока до 2 мг/дм3 по Са(ОН)2, при этом в очищенной воде снижается остаточное содержание алюминия и железа. Однако наблюдается высокая мутность осветленной воды.
С целью интенсификации процессов хлопьеобразования и осаждения было рассмотрено влияние добавок высокомолекулярных флоку-лянтов серии Праестол (0,05 мг/дм3) к раствору ВПК-402. Результаты экспериментов приведены в табл. 7.
Из полученных данных видно, что небольшие добавки (0,05 мг/дм3) флокулянтов серии Праестол позволяют значительно интенсифициро-
Таблица 6. Влияние дозы извести на качество очистки воды в присутствии вспомогательных реагентов
Показатель Доза извести, мг/дм3 по Са(ОН)2
рн 5,7 6,5 6,7
Мутность осветленной воды, мг/дм3 16,5 4,9 4,8
Мутность фильтрата, мг/дм3 0,7 1,3 1,3
Цветность фильтрата, градусы цветности 16 24 29
Окисляемость фильтрата, мгО/дм3 4,2 5,8 7,9
Алюминий в фильтрате, мг/дм3 0,05 0,15 0,19
Железо (общее) в фильтрате, мг/дм3 0,03 0,12 0,13
Водное хозяйство России
Таблица 7. Влияние добавки флокулянтов серии Праестол на качество очищенной воды
Показатель Марка флокулянта Праестол
2500 611 650
рн 6,3 6,3 6,3
Мутность осветленной воды, мг/дм3 4,4 3,0 2,8
Мутность фильтрата, мг/дм3 0,3 0,4 0,2
Цветность фильтрата, градусы цветности 21 19 23
Окисляемость фильтрата, мгО/дм3 4,3 4,2 4,4
Алюминий в фильтрате, мг/дм3 0,13 0,13 0,16
Железо (общее) в фильтрате, мг/дм3 0,01 0,01 0,01
вать процессы хлопьеобразования и осаждения. Наиболее эффективно проявили себя катионные Праестолы 611 и 650, они позволили снизить мутность осветленной воды с 16,5 мг/дм3 до 3,0 мг/дм3.
Для повышения технологичности процесса реагентной обработки воды (при использовании сульфата алюминия и реагента «Экозоль-401») проводились эксперименты с коагулирующей смесью, которая была получена путем смешения концентрированного раствора сульфата алюминия и суспензии реагента «Экозоль-401». Для интенсификации процессов хлопьеобразования и осаждения применялись флокулянты серии Праестол и ПАА.
Обработка воды с использованием коагулирующей смеси проводилась по следующей схеме:
1. Смешение сырой воды после первичного хлорирования с раствором коагулирующей смеси в течение 5—10 секунд при градиенте в = 250 с-1.
2. Смешение воды с раствором извести (рабочая концентрация 22,4 г/дм3 по Са(ОН)2) в течение 3 минут при в = 250 с-1.
3. Смешение воды с раствором флокулянта в течение 30 секунд при в = 250 с-1.
4. Флокуляционное перемешивание в течение 15 минут при в = = 30 с-1.
5. Отстаивание при и0 = 0,4 мм/с.
6. Фильтрование осветленной воды через кварцевый песок, высота загрузки 200 мм.
Результаты обработки воды представлены в табл. 8. Использование коагулирующей смеси упрощает процесс дозирования реагентов с сохранением высокого качества очистки воды.
Водное хозяйство России № 3, 2010
Водное хозяйство России
Таблица 8. Результаты обработки воды коагулирующей смесью (доза 8,2 мг/дм3 по А1203), известью и флокулянтами
Марка флокулянта
Показатель ПАА Праестол
2500 2510 2540 611 650
Доза флокулянта, мг/дм3 0,4 0,4 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1
Доза извести, мг/дм3 по Са(ОН)2 0 6,7 6,7 6,7 6,7 6,7 6,7
рн 5,0 6,0 6,1 6,1 6,1 6,1 6,1
Мутность осветленной воды,
мг/дм3 10,2 3,0 3,8 10,6 26,2 2,8 2,1
Мутность фильтрата, мг/дм3 1,2 0,3 0,5 3,6 17,9 1,0 0,5
Цветность фильтрата, градусы
цветности 22 24 22 19 17 16 20
Окисляемость фильтрата, мгО/дм3 4,8 4,6 4,7 4,8 4,4 4,4 4,5
Алюминий в фильтрате, мг/дм3 0,61 0,18 0,10 0,70 0,90 0,14 0,12
Железо (общее) в фильтрате,
мг/дм3 0,09 0,01 0,01 0,15 0,22 0,04 0,01
Одноступенчатая схема. Для проведения исследований отбирались пробы сырой воды после первичного хлорирования. Исследования технологических процессов водоподготовки по одноступенчатой схеме проводили на стендовой установке, состоящей из набора колонок с различной высотой фильтрующего слоя и стенда с пьезодатчиками. Площадь фильтрования 0,00314 м2, скорость фильтрования 6,4 м/ч, направление движения воды снизу вверх, высота фильтрующего слоя 0,445; 0,270; 0,075 м. В качестве фильтрующего материала использовался кварцевый песок (поставщик — ОАО «Спецнефтематериалы», г. Волгоград), фракция 0,8—2,0 мм. Колонка с высотой фильтрующего слоя 0,445 м была оборудована пьезометрами для измерения потери напора по высоте загрузки. В ходе проведения экспериментов определялось качество фильтрата (по мутности) и замерялись потери напора по высоте фильтрующей загрузки. Расчет скорости проникновения хлопьев вглубь загрузки и скорости потери напора проводился по методике технологического моделирования [1, 2].
Качество очищенной воды определялось по следующим показателям: цветность (методом колориметрии), мутность, железо (общее), алюминий, окисляемость.
На первом этапе были проведены эксперименты по выбору оптимальных условий очистки воды при ее обработке коагулянтами, флоку-
Водное хозяйство России № 3, 2010
Водное хозяйство России
Таблица 9. Выбор доз реагентов для базового варианта
№ цикла Наименование и доза реагента, мг/дм3 Продолжительность фильтроцикла, ч
Сода СА ВПК-402 Экозоль-401
1 3 3,6 1,5 2 0 (низкое качество
фильтрата)
2 — 3,6 1,5 2 0,875
3 — 3,0 1,5 2 0 (низкое качество
фильтрата)
4 — 4,5 1,5 2 0,375
5 — 3,6 2,0 2 0,375
Примечание: * высота загрузки 0,445 м.
лянтами и вспомогательными реагентами. Результаты представлены в табл. 9.
В ходе экспериментов было установлено, что введение соды ухудшает процесс контактного осветления (снижает адгезию хлопьев к загрузке). Мутность фильтрата превышает нормативное значение 1,5 мг/дм3. Оптимальная доза коагулянта 3,6 мг/дм3 по А1203, снижение дозы коагулянта (до 3,0 мг/дм3) вызывает ухудшение качества фильтрата. При увеличении дозы до 4,5 мг/дм3 уменьшается продолжительность фильтро-цикла. Повышение дозы флокулянта ВПК-402 (с 1,5 до 2,0 мг/дм3) также вызывает снижение продолжительности фильтроцикла, что связано с изменением адгезионных свойств образуемой взвеси.
С целью увеличения продолжительности фильтроциклов рассмотрен вариант обработки воды с использованием флокулирующих смесей, состоящих из двух компонентов — флокулянтов ВПК-402 и серии Пра-естол. При обработке воды флокулирующими смесями доза коагулянта составляла 3,6 мг/дм3 по А1203, доза ВПК-402 — 1,5 мг/дм3, доза флокулянтов серии Праестол варьировалась в пределах от 0,02 до 0,05 мг/дм3, доза реагента «Экозоль-401» — 2 мг/дм3. Результаты экспериментов представлены в табл. 10.
Результаты экспериментов показали, что в качестве добавок к ВПК-402 наиболее эффективны катионные флокулянты Праестол 611 ТИ и 650 ТИ. На основании полученных данных определены скорость проникновения хлопьев вглубь загрузки и скорость потери напора в зависимости от дозы флокулянтов и скорости фильтрования г>ф) (табл. 11).
Оптимальным условием работы контактных осветлителей является равенство продолжительности фильтроциклов по качеству фильтрата и продолжительности исчерпания располагаемого напора. При условии
Водное хозяйство России № 3, 2010
Водное хозяйство России
Таблица 10. Результаты обработки воды флокулирующими смесями
Флокулянты Доза (мг/дм3) Продолжительность фильтроцикла, ч
по Праестолу Н = 0,445 м Н = 0,270 м
Праестол 2500 + ВПК-402 0,020 0 0
0,040 0,38 0
Праестол 611 ТЯ +ВПК-402 0,025 1,25 —
0,040 1,63 1,04
0,050 2,38 1,13
Праестол 650 ТЯ + ВПК-402 0,020 0,88 0
0,040 1,88 1,13
Примечание: Н — высота фильтрующего слоя.
Таблица 11. Влияние добавок катионных флокулянтов серии Праестол на параметры фильтрования
Флокулянт Доза, мг/дм3 Скорость проникновения хлопьев вглубь загрузки, м/ч Скорость потери напора, м/ч
V, = 6,4* V,ф = 3,0** V, = 6,4 V, = 3,0
Базовый вариант СА + ПАА — 0,95 0,26 0,08 0,01
СА + Праестол 611 ТЯ 0,025 0,68 0,19 0,11 0,01
0,040 0,51 0,14 0,20 0,08
0,050 0,34 0,09 0,34 0,13
СА + Праестол 650 ТЯ 0,020 0,95 0,26 0,06 0,01
0,040 0,46 0,13 0,37 0,16
Примечания: * — скорость фильтрования на модели контактного осветлителя; ** — проектная скорость фильтрования на контактных осветлителях блока № 3.
равенства высоты фильтрующей загрузки и высоты располагаемого напора, что в основном практикуется на сооружениях водоподготовки, оптимальность реагентной обработки определяется равенством скорости проникновения хлопьев вглубь загрузки и скорости потери напора. Определены оптимальные количества флокулянтов, при которых достигалось равенство указанных выше скоростей.
Установлено, что оптимальная доза флокулянта Праестол 611 ТЯ больше, чем Праестол 650 ТЯ. Полученные данные позволили рассчи-
Водное хозяйство России
Таблица 12. Прогнозируемая продолжительность фильтроциклов при базовом и предлагаемых вариантах обработки воды
Флокулянт Продолжителъностъ филътроцикла, ч
H = 1,8 м H = 2,0 м
Базовый вариант 7 8
Праестол 611 TR 16 18
Праестол 650 TR 12 14
Примечание: H — высота фильтрующего слоя.
тать продолжительность фильтроциклов для оптимальных доз флокулянтов по сравнению с базовым вариантом при разных высотах загрузки. Результаты расчетов представлены в табл. 12.
Использование флокулирующей смеси позволяет в 1,7—2,3 раза увеличить продолжительность фильтроцикла по сравнению с базовым вариантом.
Таким образом, найдены оптимальные условия объемной и контактной коагуляции воды из поверхностных источников с получением воды высокого качества.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Минц Д.М. Теоретические основы технологии очистки воды. М.: Стройиздат, 1964.
156 с.
2. Мелъцер В.З. Фильтровальные сооружения в коммунальном водоснабжении. М.:
Стройиздат, 1995. 176 с.
Сведения об авторах:
Свиридов Алексей Владиславович, к. т. н, доцент кафедры физической, органической химии и нанодисперсных технологий Уральского государственного лесотехнического университета (УГЛТУ), 620032, Россия, г. Екатеринбург, Сибирский тракт, 37; e-mail: acv1972@mail.ru;
Никифоров Александр Федорович, д. х. н., профессор кафедры водного хозяйства и технологии воды Уральского федерального университета имени первого Президента России Б.Н.Ельцина, 620002, Россия, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19; e-mail: vypper@ram-bler.ru;
Елизаров Валерий Анатольевич, аспирант кафедры физической, органической химии и нанодисперсных технологий УГЛТУ, г. Екатеринбург, e-mail: acv1972@mail.ru;
Воронина Оксана Сергеевна, студентка пятого курса инженерно-экологического факультета УГЛТУ, г. Екатеринбург, e-mail: acv1972@mail.ru.
Водное хозяйство России № 3, 2010
Водное хозяйство России
