CC BY
12
Л А. КУЛЬСКИЙ и А. М. КОГАНОВСКИЙ
Применение смешанных коагулянтов для очистки питьевых вод
Из Института общей и неорганической химии Академии наук УССР
Интенсификация процессов коагуляции коллоидов в питьевых водах может быть осуществлена в нескольких направлениях, а именно: ускорение хлопьеобразования и уменьшение времени седиментации хлопьев коагулянта, а также уменьшение расхода коагулянта.
Цель настоящей работы заключалась в изучении возможности ус- ■ корения коагуляции и уменьшения расхода алюминиевого коагулянта путем добавления активирующих процесс веществ.
При ознакомлении с современными литературными научными и патентными данными мы убедились, что этот принцип интенсификации в последние годы начинает применяться в Европе и США.
Из отечественны? трудов в работе Додонова упоминается об ускорении коагуляции при использовании смеси железных и алюминиевых солей.
Применению железного коагулянта на наших водопроводах посвящен ряд работ, в которых, наряду с положительными результатами, были отмеченьь и отдельные неудачи, особенно при очистке вод, богатых гуминовыми веществами и отличающихся низкой жесткостью и щелочностью. Однако не исключено, что частичная замена алюминиевого коагулянта железным может расширить область применения последнего для гуминовых вод и в то же время позволит снизить расход алюминиевого коагулянта.
В наших опытах мы пользовались препаратами Al2(S04)s-18H20 Гос-лаборсбыта и химически чистым хлорным железом. Чистые препараты вместо технических коагулянтов были выбраны с той целью, чтобы избежать искажающего влияния на эффект коагуляции случайных посторонних примесей, находящихся в технических продуктах.
Из этих солей были приготовлены титрованные растворы, которые затем в определенных количествах прибавлялись к пробам осветляемой воды.
Испытывался эффект доз коагулянта в 90, 60 й 40 мг/л общего количества смешанного коагулянта, которые значительно ниже обычно применяющихся 100—150 мг/'л. Для каждой дозы смешанного коагулянта было изучено действие смесей различного состава. Опыты, в которых осветление сопровождалось резким падением рН ниже нормы, а также заметным остатком в воде растворенного железа и алюминия, считались давшими отрицательный результат даже при наличии достаточного обесцвечивания. Ниже приводятся основные данные, характеризующие возможность частичной или даже полной замены алюминиевого коагулянта железным для мягкой гуминовой воды при различных дозах коагулянта.
Остаточная цветность воды после коагуляции показана в табл. 1.
Как видно из табл. 1, цветность очищенной воды несколько возрастает с уменьшением дозы коагулянта, но не превышает практически требуемой нормы. Колебания в цветности указывают на оптимальный состав смеси коагулянтов сульфата алюминия и хлорного железа, отвечающей соотношению 50:50 и 25:75.,
Анализ содержания гуминов в воде после коагуляции показал, что 90—95% гуминов из воды удаляется при применении смешанных коагулянтов и что во всяком случае частичная замена сульфата алю-
Таблица 1. Остаточная цветность воды после применения смешанных железо-алюминиевых коагулянтов. Исходная цветность 219°
Соотношение А12(504)з:РеС1з в г на 100 г Остаточная цветность при дозе коагулянта
90 мг/л 60 мг/л 40 мг/л
100:0 12,3 16,5 20,2
75:25 19,3 18,4 18,5
50:50 10,5 19,5 19,2
40:60 12,0 _ —
25:75 13,2 16,5 16,5
0:100 12,3 18,2 20,0
миния хлорным железом при условии применения оптимального состава коагулянта повышает процент удаления гуминов из очищаемой воды.
В табл. 2 приведены данные о зависимости времени хлопьеобразо-вания от состава смеси коагулянтов. . —.
Таблица 2. Зависимость времени хлопьеобразования от состава с мешанных железо-алюминиевых коагулянтов. Доза коагулянта 90 мг/л
Соотношение Время *
с: А12(504)3: чхлопьеобразо- Примечание
РеС13 в г на 100 г
% вания
1 100:0 7 мин. 00 сек. Хлопья мелкие, не оседающие в течение 15 минут
2 75:25 5 • 00 . Хлопья крупные, но агрегации незаметно
3 50:50 0 » 08 . Хлопья крупные, быстро оседающие в течение 2 минут
4 40:60 0 • 09 . Хлопья менее крупные, оседают медленнее, чем в № 3
5 25:75 0 09 . Хлопья менее крупные, оседают медленнее, чем в № 4
6 0:1С0 \ 6 » 00 . Хлопья мелкие, не оседающие в течение 15 минут
Из приведенных данных видно, что при составе от 50:50 до 25:75 А12(504)3:РеС13 наблюдается резкое ускорение хлопьеобразования. Если учесть, что качество воды при этом нисколько не снижается, то практическое значение этого явления становится очевидным.
Данные о седиментации осадков приведены в табл. 3. Эти данные также говорят о существенном ускорении процесса при использовании смесей коагулянтов.
Снижение дозы до 60 мг нэ 1 л также ускоряет образование мути, но эффект последнего по сравнению с дозой 90 мг/л значительно слабее.
Снижение дозы до 40 мг/л, по нашим данным, приводит еще к большему замедлению образования мути в случае применения смешанных коагулянтов. Возможно, что изучение хода этого процесса при повышенной жесткости воды или с предварительным хлорированием изменило бы отрицательный результат.
Анализ данных по хлопьеобразованию и седиментации дозами в 60 и 40 мг/л показывает, что при использовании таких уменьшенных доз применение смешанных коагулянтов не дает ускорения процесса коагуляции и потому не может быть признано рациональным.
Данные о зависимости седиментадионного объема от состава коагулянта приведены в табл. 4.
Таблица 3. Зависимость времени седиментации хлопьев от состава коагулянта при общей дозе 90 мг/л
Таблица 4. Высота осадка при применении смешанных коагулянтов различного состава
Соотношение A1,(S04)s : FeCl3 в г на 100 г Время седиментации в минутах
100:0 100
75:25 45
50:50 15
25:75 25
0:100 120
Доза коагулянта в мг/л Соотношение A1«(S04)3: FeCls в г на 100 г Высота осадка в мм
90 100:0 10
90 75:25 12
90 50:50 37
90 40:60 38
90 25:75 40
90 15:85 18
90 0:100
Как-видно из табл. 4, оптимальному составу коагулянта соответствует и наибольший седиментационный объем, что обеспечивает высокую сорбционную способность коагулянта и его хорошие обесцвечивающие качества.
Приведенный в настоящей статье материал указывает на несомненный практический интерес, который представляет применение смешанных алюминиево-железных коагулянтов. Очевидно, что выяснение причин ускорения коагуляции может определить границы применимости этого метода интенсификации коагуляции. Если отдельные наблюдения об ускорении коагуляции в случаях применения смеси алюминиевых и железных солей или гидроокисей были известны по литературным источникам, то теоретическая сторона явления не получала освещения.
Для того чтобы выяснить, какую роль в ускорении коагуляции играет взаимная коагуляция противоположно заряженных коллоидов, необходимо определить, во-первых, имеет ли место ускорение коагуляции в тех случаях, когда в воде отсутствуют отрицательно заряженные коллоиды. В исследованной нами воде таким коллоидом являлись гумины. В связи с этим мы провели коагуляцию в воде, не содержащей, гуминов или других каких-либо коллоидов, кроме гидроокисей железа и алюминия, образующихся в воде при прибавлении к ней их солей.
Как видно из табл. 5, гумины не играют почти никакой роли в ускорении осаждения смеси гидроокисей алюминия и железа.
Таблица 5. Скорость коагуляции железо-алюминиевых смесей в отсутствие гуминов в воде
I 1оказатели воды до обработки Соотношение A1,(S04)3: FeCl3 в г на 100 г / Время до начала хлопьеоб-разования Время до начала седиментации Время до конца седиментации
Содержание гуминов = 0 мг/л рН - 7,6........... Щелочность — 5°....... 0:100. 25: 75 50: 50 75: 25 100: 0 Муть не образовалась через 19 часов 14 мин. 16 мин. I 19 мин. 13 . 18 , 22 17 . 21 . 1 70 . 79 . 83 . 185 ,
Из табл. видно, что ускорение коагуляции имеет место в широких границах рН=4,5—7,6, т. е. в той зоне, где безусловно оба золя А1 (ОН)3 и Ре (ОН)3 обладают е-потенциалом одного знака и, следовательно, друг друга коагулировать не могут. Это подтверждается и тем, что в дестиллированной воде смесь диализированных золей А1 (ОН)3 и Ре(ОН)3, как показали наши опыты, также не коагулирует.
При проведении опытов по приготовлению смесей диализированных золей нами было замечено, что и смесь недиализированных золей А1(ОН)3 и Ре(ОН)3, приготовленных по методу гидролиза, не коагулировала в том случае, если эти золи получались из хлоридов и вводились в воду, не содержащую бикарбонатов, сульфатов или других многовалентных анионбв.
Таблица 6. Зависимость эффекта взаимного ускорения коагуляции от рН обрабатываемой воды. Общая доза коагулянта 100 мг/л
X Время до начала хлопьеобразования Время до конца хлопьеобразования Время до конца седиментации
о о со о 1Л сч •о •а О (Л п л . т ^ О сп 09 -—ч л
"Г О от <. о 4» и- V и от < а V Ь 01 3 и от < и ' в Ь, а я и
7,3 27 мин. — 2 мин. 45 мин. 60 мин. 6 мин. 103 мин. 115 мин. 15 мин.
6,7 38 . 24 мин. 5 „ 50 , 30 9 . 115 . 70 . 19 .
4,5 _ 1 - _1 12 час. _1 ■ # _1 15 час. — 1 _1 17 час.
Т
Отсюда можно было сделать вывод, чго в данном случае существенную роль играет электролитная коагуляция.
Проведенные нами опыты показали, что коагулирующая концентрация БО^ и НСОд-ионов меньше для смеси гидроокисей, чем для каждой гидроокиси в отдельности. Следовательно, при смешении двух одноименно заряженных золей гидро<?киси железа и алюминия они взаимно сенсибилизируются по отношению к электролитам.
О сути этой сенсибилизации можно высказать следующее предположение: поскольку при совместном выпадении гидроокисей наступает их взаимная адсорбция, можно допустить, что увеличение размеров частиц вследствие их адсорбционного сращивания при очень низком потенциале гидроокисей в присутствии многовалентных анионов повышает критическое значение потенциала, при котором наступает коагуляция, и тем снижает необходимую коагулирующую концентрацию электролитов.
^ Выводы
1. Изучена коагуляция гуминовых вод смешанными железо-алюминиевыми коагулянтами, содержащими сульфат алюминия и хлорид железа в различных соотношениях. Исследование проведено с целью выяснения возможности частичной замены алюминиевого коагулянта железным в гуминовых высокоцветных водах без ухудшения .качества очистки, а также с целью ускорения процесса коагуляции и снижения расхода коагулянта.
2. Установлено, что при применении смешанного железо-алюми-ниевого коагулянта качество осветляемой и обесцвечиваемой воды
1 В течение 17 часов хлопьеобразование отсутствует.
2 Гигиена и санитария, № 6
не только не ухудшается, но даже улучшается при условии применения оптимального состава смеси коагулирующих реагентов.
3. Смешанный коагулянт значительно ускоряет хлопьеобразование и седиментацию осадка.
4. Наиболее развита поверхность коагулянта при применении оптимальной смеси коагулянтов, что обеспечивает хорошие сорбирующие свойства таких осадков.
5. Все полученные данные указывают на существенный практический интерес изученных явлений, но для ^внедрения в производство требуется постановка предварительных укрупненных опытов.
. ' , Р. Д. ГАБОВИЧ
I
Хлорирование воды в колодцах
Из кафедры общей гигиены Киевского медицинского института
Среди гигиенических мероприятий, имевших самое широкое распространение в армии во время Отечественной войны, одно из первых мест занимало хлорирование воды в . колодцах. Однако как раз в отношении целесообразности этого мероприятия имелись и имеются самые противоречивые мнения.
Еще в январе 1915 г., во время первой мировой войны, когда положение с питьевой водой на Западном фронте было признано критическим, была созвана комиссия из специалистов, санитарных врачей и инженеров, которая в результате обследования вынесла постановление о мерах по улучшению водоснабжения войск. Однако комиссия признала невозможны^ вести хлорирование воды непосредственно в колодцах и рекомендовала обеззараживать только в резервуарах. В результате такого решения вода фактически не хлорировалась ни в колодцах, ни в резервуарах, которых было мало.
После* первой мировой войны в печати появляются лишь весьма редкие сообщения по вопросу о хлорировании воды в колодцах. В 1934 г. проф. Лось производит экспериментальное хлорирование воды в колодце большими дозами хлора, а затем дехлорирует воду также в колодце сернистым ангидридом. Из его работы явствует, что это процедура не простая и не доступная для массового применения.
В более поздние годы дезинфекцию воды в колодцах изучали Бартос и другие венгерские исследователи, которые после многочисленных экспериментов пришли к выводу, что „инфицированную воду или воду из подозрительных колодцев можно лишь тогда сделать годной для питья, если ее набрать в резервуар и прохлорировать".
В инструкциях других армий этому вопросу не уделяется внимания. В американской армии рекомендуется хлорировать воду лишь в резервуарах — так называемых мешках Листера, которые имеются даже в небольших подразделениях. ,
В наших же условиях многомиллионной армии, действовавшей на территории, где основными источниками водоснабжения являлись десятки тысяч колодцев, при нехватке резервуаров, особенно при быстрых передвижениях войск в маневренные фазы войны, хлорирование воды в колодцах явилось необходимостью и в самый короткий срок получило широкое распространение.
По данным генерал-майора мед. службы проф. Ф. Г. Кроткова, в начале 1944 г. на всех фронтах было зарегистрировано 29 229 ис-
ю
