Одним из наиболее распространенных на практике методов снижения содержания взвеси в поверхностной воде является седиментация под действием сил тяжести. Частицы этих взвесей отличаются малыми размерами, что обуславливает их крайне низкую скорость осаждения, так как силы диффузии, действующие на частицы, превалируют над силами тяжести. Так же процесс седиментации усложняет наличие примесей коллоидного характера. Для улучшения процессов осветления, обесцвечивания, удаления из воды коллоидно-дисперсных примесей широкое распространение в практике водоподготовки получил метод коагуляции, который основан на использовании соответствующих реагентов-коагулянтов и флокулянтов, что позволяет укрупнить и перевести в осадок коллоидно-дисперсные примеси загрязняющие воду [1, 2]
В данной статье приведены результаты экспериментальной работы по установлению оптимального интервала времени между вводом коагулянта и флокулянта в исследуемую воду для снижения степени мутности, с целью дальнейшего внедрения в технологическую линию очистки воды на водоочистной станции.
Для проведения эксперимента использовали рабочий раствор (с мутностью 250 NTU, рН раствора сдвинута в щелочную область) на основе дистиллированной воды и глины взятой из р.Урал с концентрацией взвешенных частиц 1000мг/л. В качестве коагулянта использовали жидкий полиалюминий хлорид с концентрацией 5г/м3 (торговая марка PAX-18), коагулянт на основе многозарядных ионов алюминия, в качестве флокулянта – полиакриламид (ПАА), полиэлектролит, диссоциирующий в воде на высокомолекулярный поливалентный анион и катионы. Выбор в качестве флокулянта ПАА обусловлен тем, что при его добавлении в воду, в которой уже возникли хлопья коагулянта, происходит их укрупнение и утяжеление, что ускоряет процесс осаждения взвеси. Такое действие флокулянта объясняется нитевидным строением молекул ПАА, которые адсорбируются частицами осадка, оказываясь при этом «сшитыми». Такой «сшитый» комплекс компактен, тяжелее разрозненных частиц и осаждается значительно быстрее. Более подробно процесс взаимодействия коагулянта и флокулянта в данной статье рассматриваться не будет, так как хорошо описан в литературных источниках [1, 3, 4].
В таблице 1 приведены усредненные результаты по осветлению воды с использованием различных концентраций коагулянта. Как видно из таблицы, увеличение концентрации коагулянта в воде приводит к ухудшению процесса осветления, что объясняется стабилизацией системы. На графике 1 приведены кривые зависимости мутности раствора с коагулянтом от введения ПАА через определенные интервалы времени. Как видно из графика, наилучший результат, по скорости осаждения взвешенных частиц достигнут при введении ПАА в раствор с коагулянтом через две минуты. Такое влияние интервала между моментом введения коагулянта и полиэлектролита ПАА на степень мутности воды объясняется, очевидно, более полной сорбцией взвешенных веществ частицами PAX-18 и последующей сорбции флокулянта..
График 1. Зависимость параметра NTU рабочего раствора с РАХ-18 от времени введения ПАА.
При исследовании влияния увеличения концентрации ПАА на мутность раствора (график 2) обнаружено, что увеличение концентрации ПАА до 0,5 мг/л в конкретном случае не приводит к ожидаемому снижению общей мутности, что связано с обратным процессом – стабилизацией дисперсной системы [4].
График 2. Зависимость параметра NTU рабочего раствора с РАХ-18 от концентрации ПАА
Таким образом, полученные экспериментальные данные хорошо согласуются с литературными данными и успешно внедрены на станции очистки, осветления и обеззараживания поверхностной воды.
Описание технологической линии:
В магистраль исходной воды перед резервуаром отстойником была сделана врезка для попеременного дозирования коагулянта и флокулянта с интервалом между дозированием две минуты. Концентрация рабочего раствора коагулянта – 5г/м3, концентрация рабочего раствора флокулянта – 0,3%. Флокулянт готовили в горячей воде при температуре 55 – 600С в емкости с электрической мешалкой.
Предварительно отстоянная и осветленная вода после резервуара отстойника насосами подается через гидроциклоны на две линии фильтров осветлителей со специальной загрузкой (порог отсева 5 мкм) и далее через две линии фильтров с активированным углем (АУ) поступает в резервуар чистой воды (РЧВ). На выходе из фильтров с АУ для обеззараживания воды осуществляется дозирование гипохлорита натрия (получают на месте электролизом водного раствора поваренной соли).
Для фильтров осветлителей и фильтров с активированным углем подобраны оптимальные количество и режим промывок с помощью индивидуальных автоматических блоков управления на каждом фильтре.
Ниже, в таблице 1 приведены усредненные данные значений мутности за 30 дней после отладки всех рабочих режимов технологического оборудования:
Таблица 1. Результаты по осветлению воды.
Следует отметить, что промывка одного фильтра осветлителя начинается после очистки им 90 м3 воды, после чего, блоком управления подается сигнал на блок управления следующего в линии фильтра осветлителя и так по очереди. Замеры мутности в линии канализации промывной воды в момент промывки фильтра осветлителя проводились на 2ой, 5ой минуте и в конце промывки. Судя по замерам мутности, можно сказать, что вымывание осадка из фильтрующей загрузки в процессе промывки идет неравномерно, что видно из данных таблицы 1. По-видимому, это связано с неравномерным заполнением объема фильтрующей среды частицами коагулированной глины и другими механическими примесями, присутствующими в исходной воде. Фильтр с загрузкой активированным углем выходит в режим промывки после очистки им 130м3 воды, после чего, как и у фильтров осветлителей, блоком управления так же подается сигнал на блок управления следующего в линии фильтра. Замеры мутности промывной воды фильтра с активированным углем показали такую же тенденцию к вымыванию частично «проскочившего» осадка в объеме фильтрующей загрузки.
Резюмируя выше приведенный материал, видно, что сочетание методов реагентной обработки воды с последующим отстаиванием и фильтрацией на засыпных фильтрах позволило очистить воду для конкретного примера до норм соответствующих СанПиН РК-3.02.002.04 и требованиям приказа МЗ РК от 18.04.2012 года №104 «Вода питьевая».
Литература:
1. С.Н. Линевич, С.В. Гетманцев «Коагуляционный метод водообработки: теоретические основы и практическое использование», Москва 2007
2. Г.И. Николадзе «Водоснабжение», Москва1989
3. Ф.И. Белан «Водоподготовка», Москва 1963
4. Е.Д. Бабенков «Очистка воды коагулянтами», Москва 1977