№7|2011

ПИТЬЕВОЕ ВОДОСНАБЖЕНИЕ

bbk 000000

УДК 628.1:628.147.22:620.197.3

Кинебас А. К., Нефедова Е. Д., Мельник Е. А., Кармазинов Ф. В., Бекренев А. В.

Выбор реагентной технологии антикоррозионной обработки воды водораспределительной сети Санкт-Петербурга

Аннотация

Вторичное загрязнение водопроводной воды Санкт-Петербурга железом обусловлено высокой коррозионной агрессивностью воды реки Невы – источника водоснабжения города. Рассмотрены методы снижения этого параметра воды. Выбрана технология нейтрализации коррозионной агрессивности, основанная на введении в обрабатываемую воду хлорида кальция и карбоната натрия. Технология стабилизационной обработки воды внедрена на Сестрорецкой и Петродворцовой водопроводных станциях Санкт-Петербурга.

Ключевые слова

, , , , ,

 

Скачать статью в журнальной верстке (PDF)

Превышение действующих нормативов по содержанию железа в питьевой воде представляет собой основную проблему, связанную с качеством услуг, предоставляемых ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» [1]. Среди всех зарегистрированных в 2010 г. в Санкт-Петербурге несоответствий показателей качества воды действующим нормативным значениям превышения норматива содержания железа в водопроводной воде города составляют 98,2%. Вторичное загрязнение водопроводной воды соединениями железа происходит вследствие внутренней коррозии стальных трубопроводов (содержание железа в воде, подаваемой в городскую распределительную сеть водопроводными станциями города, не превышает 0,1 мг/дм3). Максимальные концентрации железа регистрируются в точках зон водоснабжения, наиболее удаленных от водопроводных станций. Такими зонами, в частности, являются г. Сестрорецк, снабжаемый водой, подаваемой Северной водопроводной станцией, и г. Петродворец, водоснабжение которого обеспечивается Южной водопроводной станцией (рис. 1).

07_05_ris_01

Электрохимическая коррозия материала труб вызвана присутствием кислорода в воде и низкими показателями щелочности, жесткости и индекса насыщения карбонатом кальция воды р. Невы, которая является основным источником водоснабжения города. Концентрация ионов кальция и магния в невской воде не подвержена значительным колебаниям и составляет 8–12 и 2–3 мг/л соответственно. Индекс Ланжелье для невской воды является отрицательной величиной, составляет –2 при температуре 0 С, –1,7 при 14 С и –1,6 при 20 С. С ростом температуры индекс Ланжелье, как и скорость процесса коррозии, возрастает. Проводимая на водопроводных станциях Санкт-Петербурга коагуляционная обработка воды приводит к еще большему снижению индекса Ланжелье, который может достигать значений ниже –3. Его взаимосвязь с коррозионными свойствами воды иллюстрируется данными, приведенными на рис. 2. Коррозионно-агрессивная вода иначе именуется нестабильной.

07_05_ris_02

Под стабильностью воды понимается ее свойство не выделять и не растворять осадок карбоната кальция [2]. Вода, содержащая свободную углекислоту в концентрации, превышающей равновесную, является агрессивной (растворяющей осадок карбоната кальция), а в концентрации, совпадающей с равновесной, является стабильной.

07_05_tabl_01

Наиболее вероятными продуктами коррозии стали являются Fe2+, Fe3+, Fe(OH)2 и Fe(OH)3 [3]. В России, США и ФРГ применяют пятибалльную систему оценки общей коррозии (табл. 1) [4]. Критерием коррозионной стойкости является скорость коррозии мм/год.

Высокая коррозионная активность невской воды является основной причиной аварийности трубопроводов системы водоснабжения Санкт-Петербурга, приводящей к снижению надежности водоснабжения потребителей.

Наиболее перспективным способом защиты стальных трубопроводов от коррозионных процессов и снижения содержания железа в городской водопроводной распределительной сети является понижение агрессивности невской воды с помощью реагентной обработки. В качестве реагентов наиболее широко применяют углекислоту и известь [2; 5; 6]. Например, в Финляндии технология стабилизации питьевой воды с помощью углекислоты и извести используется на водопроводных станциях Vanhakaupunkki, Damman, Rusko, Pitkkoski. Такое же технологическое решение закладывается и при проектировании новых водоочистных сооружений в Санкт-Петербурге.

Однако внедрение метода стабилизационной обработки невской воды на действующих водопроводных станциях, на которых более 70% воды очищается по одноступенчатой технологии с совмещением процессов коагуляции и фильтрации, сопряжено с рядом сложностей:

  • дозирование извести приводит к значительному повышению рН обрабатываемой воды, что в условиях одноступенной схемы обработки возможно только при ее введении после фильтровальных сооружений (в противном случае будут нарушены условия коагуляции: гидроксид алюминия, образовавшийся в процессе коагуляции, начнет растворяться с образованием алюминат-ионов, что приведет к ухудшению качества обрабатываемой воды по перманганатной окисляемости, мутности, цветности и содержанию остаточного алюминия);
  • при введении извести после фильтровальных сооружений должно быть обеспечено очень высокое качество реагента, который в этом случае не должен содержать взвешенных веществ, поскольку обработанная таким образом вода уже не будет проходить никаких стадий очистки;
  • малая растворимость извести (известкового молока) в воде (при температуре 20 С 1,65 г/л безводного вещества [7]) обусловливает значительное увеличение площадей, занимаемых реагентным хозяйством водопроводных станций.

Исследования по разработке технологии снижения коррозионной агрессивности воды, выполненные в Водоканале Санкт-Петербурга в 2007–2009 годах, показали, что для насыщения обрабатываемой воды ионами кальция и карбонат-ионами могут быть использованы хлорид кальция и карбонат натрия (кальцинированная сода). Эти реагенты характеризуются высокой растворимостью в воде (табл. 2), что делает их удобными для применения на водопроводных очистных сооружениях. Разработанная технология предусматривает раздельный ввод реагентов. Ввод раствора хлорида кальция осуществляется в исходную воду перед ее коагуляционной очисткой. Вводимый перед процессом коагуляции хлорид кальция не изменяет значение водородного показателя рН и не влияет на условия протекания процесса коагуляции загрязняющих веществ сульфатом алюминия.

07_05_tabl_02

Раствор карбоната натрия подается в очищенную воду после фильтровальных сооружений. Раздельный ввод реагентов для стабилизации воды позволяет предотвратить преждевременное осаждение карбоната кальция в водоочистных сооружениях вследствие возможного создания местных пересыщений по ионам кальция и карбонат-ионам из-за неравномерного дозирования и перемешивания. Дозы реагентов, используемых для антикоррозионной обработки воды (хлорида кальция и карбоната натрия), рассчитываются совместно, исходя из параметров воды (температуры, рН, щелочности, общего солесодержания, содержания ионов кальция, хлорид-ионов, сульфат-ионов) и доз реагентов (сульфата алюминия, гипохлорита натрия), используемых в технологии доочистки воды.

В 2010 г. технология антикоррозионной обработки воды с использованием хлорида кальция и кальцинированной соды была внедрена на Петродворцовой и Сестрорецкой пригородных водопроводных станциях Санкт-Петербурга, на которых предусмотрена доочистка воды от железа коагуляцией с использованием сульфата алюминия и последующая фильтрация воды в контактных осветлителях. Это позволяло снижать содержание железа в обработанной воде до значений менее 0,1 мг/л.

В качестве реагентов использовались 32-процентный водный раствор хлорида кальция (кальций хлористый кальцинированный гранулированный UniPell, ГОСТ 450-77) и порошкообразная кальцинированная сода марки Б (ГОСТ 5199-85). Реагентное хозяйство состоит из узлов приема, хранения, растворения и дозирования реагентов. Товарный 32-процентный раствор хлорида кальция, поставляемый в автоцистернах, насосом перекачивается в емкости хранения. Далее раствор насосом подается в систему приготовления рабочего раствора (5–8%). Разбавление товарного продукта водой осуществляется в статическом смесителе, из которого смесь поступает в емкость, где перемешивается мешалкой до однородного раствора заданной концентрации. Приготовленный таким образом раствор при помощи системы дозирования подается в очищаемую воду.

Карбонат натрия (мешки по 50 кг) доставляется в помещение реагентного хозяйства автотранспортом и складируется рядом с установкой приготовления раствора карбоната натрия. Из загрузочного бункера реагент подается загрузочным шнеком в приемный короб с рыхлителем и далее дозирующим шнеком – в емкость рабочего раствора соды. Одновременно с подачей карбоната натрия в эту же емкость дозированно подается водопроводная вода для приготовления рабочего раствора концентрацией 4–6%, гомогенность которого обеспечивается непрерывно работающей механической мешалкой. Из емкости рабочий раствор подается насосом перекачки в промежуточную емкость и далее – к точкам ввода при помощи насосов-дозаторов, осуществляющих дозирование пропорционально расходу хлорида кальция.

Дозы реагентов (в расчете на твердую соль, в зависимости от температуры обрабатываемой воды): хлористый кальций – 28–38 мг/л; кальцинированная сода – 28–33 мг/л.

Выбранный технологический режим позволяет получить воду с рН 8–8,5 и индексом Ланжелье от –1 до 0. Хотя данные параметры воды и не обеспечивают образование пленки карбоната кальция на внутренних стенках трубопроводов, достижение значений рН обрабатываемой воды выше 8 приводит к значительному замедлению коррозионных процессов из-за пассивации стали и, как следствие, к снижению вторичного загрязнения воды соединениями железа.

Выводы

Технология стабилизационной обработки воды для устранения ее коррозионной агрессивности основана на введении в обрабатываемую воду хлорида кальция и карбоната натрия. Технология внедрена на Сестрорецкой и Петродворцовой водопроводных станциях Санкт-Петербурга, работающих в режиме доочистки водопроводной воды от железа.

 

Список цитируемой литературы

  1. Нефедова Е. Д., Бекренев А. В. Разработка технологий антикоррозионной обработки воды на водопроводных станциях Санкт-Петербурга // Инженерные системы. 2008. № 1.
  2. Журба М. Г., Говорова Ж. М. Водоснабжение. Т. 2. Улучшение качества воды: Учебник для вузов. – М.: Изд-во АСВ, 2010.
  3. Андреев И. Н. Введение в коррозиологию: Учеб. пособие. – Казань: Изд-во Казанского государственного технологического университета, 2004.
  4. Металлы и сплавы: Справочник / Под ред. Ю. П. Солнцева. – СПб: Профессионал; СПб: Мир и семья, 2003.
  5. Фрог Б. Н., Левченко А. П. Водоподготовка: Учеб. пособие для вузов. – М.: Изд-во МГУ, 1996.
  6. СНиП 2.04.02-84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. – М.: Стройиздат, 1985.
  7. Лурье Ю. Ю. Справочник по аналитической химии. – М.: Химия, 1989.
 

Российская ассоциация водоснабжения и водоотведения

wastetech 150 100

Banner konferentciia itog 200x100

VAK2

Трубопроводная арматура АБРАДОКС, АБРА, ABRADOX, ABRA

Авторизация

Внимание! Рекомендуется просматривать сайт максимально свежими версиями браузеров. Некоторые устаревшие версии (IE 8) не смогут корректно скачать материалы номеров журнала.