№8|2011

ПИТЬЕВОЕ ВОДОСНАБЖЕНИЕ

bbk 000000

УДК 628.16.065.2

Алексеева Л. П.

Влияние условий образования и состава промывных вод фильтров на процесс их очистки

Аннотация

Приводятся результаты исследований по очистке промывных вод фильтров на различных водопроводных станциях. Проведенные исследования и предпроектные технологические изыскания позволили установить, что состав и свойства промывных вод на разных водопроводных станциях существенно различаются и зависят от качества исходной воды, которое может изменяться по сезонам года, а также от технологии ее очистки (вида и доз реагентов, режима работы и состояния очистных сооружений). Установлено, что эффективность безреагентного осветления промывных вод различного типа зависит от содержания в них минеральных веществ. В зависимости от типа промывных вод при их глубокой реагентной очистке могут использоваться как флокулянты, так и коагулянты совместно с флокулянтами.

Ключевые слова

, , , , ,

 

Скачать статью в журнальной верстке (PDF)

В настоящее время проблема очистки и повторного использования промывных вод фильтров весьма актуальна, особенно на водопроводных станциях большой производительности, где количество промывных вод достигает 30–60 тыс. м3/сут. В ряде случаев приходится сбрасывать такие воды в источники, используемые для питьевого водоснабжения. Разработка проектов и строительство сооружений для очистки промывных вод с целью дальнейшего их применения связаны со значительными капитальными затратами, которые не всегда оправданы. К сожалению, опыт создания необоснованных проектов, разработанных без проведения технологических изысканий, существует.

Многочисленные работы, проведенные НИИ КВОВ на водопроводных станциях, использующих различные источники водоснабжения, показывают, что оптимальные проектные решения с экономической и технологической точек зрения в каждом конкретном случае могут существенно отличаться друг от друга. Поэтому нельзя предлагать типовые или непроверенные проекты и технологические решения без учета качества исходной воды, технологии ее обработки, условий образования промывных вод и других особенностей конкретного объекта.

При разработке технологии очистки и использования промывных вод от фильтров в первую очередь следует определить возможность их обработки совместно с исходной водой на водопроводной станции или необходимую степень очистки перед повторным использованием в системе водоснабжения.

Проведенные исследования и предпроектные технологические изыскания позволили установить, что состав и свойства промывных вод на разных водопроводных станциях существенно различаются и зависят от качества исходной воды, которое может изменяться по сезонам года, а также от технологии ее очистки (вида и доз реагентов, режима работы и состояния очистных сооружений).

08_04_tabl_01

В табл. 1 представлены основные показатели качества исходной воды и технологические особенности ряда водопроводных станций, влияющие на состав промывных вод.

08_04_ris_01

Как видно из приведенных данных, вода реки Иртыша характеризуется средней мутностью и малой цветностью, реки Оки – средней мутностью и цветностью, а реки Вятки – высокой цветностью и небольшой мутностью. Мутность отстоянной воды из Иртыша и Оки примерно одинаковая и составляет в основном 5–6 мг/л. Максимальные значения мутности отстоянной воды (до 9–9,5 мг/л) отмечаются в весенний и осенний периоды при ухудшении качества исходной воды и низкой ее температуре, когда процесс коагуляции протекает хуже. В это время продолжительность фильтроциклов уменьшается с 24 ч до 17 и 12 ч соответственно. При очистке высокоцветной воды реки Вятки с использованием повышенных доз реагентов мутность воды после отстойников достигает 7–10 мг/л, а в паводок – 15,4 мг/л, при этом повышается нагрузка на фильтры, продолжительность фильтроцикла уменьшается до 8–12 ч. Продолжительность фильтроцикла в данном случае может быть меньше из-за того, что хлопья, образующиеся при очистке цветных вод, более мелкие и плохо задерживаются при фильтровании.

Содержание взвешенных веществ в промывной воде изменяется в широких пределах в зависимости от периода года, грязевой нагрузки на фильтры (мутности отстоянной воды) и продолжительности фильтроцикла. Максимальные их концентрации примерно одинаковы во всех рассматриваемых случаях, так как ограничиваются удельной грязеемкостью загрузки фильтров. Состав и свойства взвешенных веществ промывных вод зависят от качества исходной воды, вида и доз реагентов.

Для очистки воды реки Вятки используются сульфат алюминия (от 5 до 17 мг/л) и флокулянт (0,1–0,25 мг/л). Дозы реагентов изменяются в зависимости от цветности речной воды. Количество взвешенных веществ в промывной воде зависит в основном от этих показателей. Максимальное содержание взвешенных веществ (до 125 мг/л) достигается в периоды весеннего и осеннего паводков при максимальной цветности воды и соответственно наибольшей дозе коагулянта, минимальное (30–40 мг/л) – зимой и летом (рис. 1, а). При этом доля взвешенных и коллоидных соединений гидроокиси алюминия примерно в 2–6 раз больше, чем содержание взвешенных минеральных частиц в речной воде.

Важной характеристикой промывных вод является концентрация алюминия, которая также меняется по сезонам года (от 0,7 до 19,2 мг/л) и зависит от количества взвешенных веществ и доз коагулянта. Минимальное содержание алюминия отмечается в зимний период, когда для очистки воды применяются небольшие дозы реагентов, а максимальное – в паводковый период при повышенных дозах реагентов (рис. 1, б).

Совершенно другой характер изменения содержания взвешенных веществ в промывной воде по сезонам года наблюдается при очистке воды Иртыша с использованием оксихлорида алюминия и органического коагулянта в небольших дозах – 0,5–1,5 и 0,06–0,5 мг/л соответственно. Так, в периоды очистки воды с малой мутностью (зимой) применяются небольшие дозы реагентов, и осветление воды проходит в режиме контактной коагуляции в основном на фильтровальных сооружениях. В другие периоды при очистке воды с большей мутностью дозы реагентов незначительно повышаются, процесс осветления воды проходит и в отстойниках, и на фильтрах. Поэтому нагрузка на фильтры примерно такая же, как и в зимний период. В паводок нагрузка на сооружения увеличивается, но при этом уменьшается продолжительность фильтроцикла. Поэтому содержание взвешенных веществ в промывной воде в течение года изменяется незначительно (рис. 2) – в пределах 89–109 мг/л (2008 г.) и 88,6–114,6 мг/л (2009 г.).

Концентрация алюминия в промывной воде не превышает 0,1–1,2 мг/л. Мутность промывной воды в основном обусловлена наличием природных взвешенных веществ, присутствующих в исходной воде. Доля взвешенных и коллоидных соединений гидроокиси алюминия значительно меньше.

Исследования по очистке промывных вод проводили по разным направлениям без применения реагентов и с реагентами. На рис. 3 представлены результаты безреагентного осветления промывных вод в различные сезоны года.

Максимальная мутность промывной воды 55 мг/л отмечалась в период весеннего паводка, в остальное время она изменялась в пределах 10–26 мг/л. При этом эффективность безреагентного осветления воды при отстаивании во все периоды года была достаточно высокой. После отстаивания в течение одного часа мутность воды не превышала 0,5–1,5 мг/л (в летний, зимний и весенний периоды) независимо от начальной мутности исходной воды. Причем основное количество загрязняющих веществ выпадало в осадок в течение 10–20 мин. Мутность осветленной промывной воды составляла 0,35–1,2 мг/л, содержание алюминия – 0,04–0,12 мг/л. Это свидетельствует о том, что процесс коагуляционной очистки воды на станции проводится в оптимальных условиях. Средний расход флокулянта составлял 0,006–0,01 мг/мг мутности.

08_04_ris_02

В осенний период при сравнительно небольшой мутности (10–16 мг/л) для очистки воды применяли повышенные дозы флокулянта (средний расход 0,015–0,02 мг/мг мутности). В результате мутность промывной воды после отстаивания составляла 3,19 мг/л. В данном случае при осветлении промывной воды явно не хватало минеральных частиц, способствующих образованию более плотных и тяжелых хлопьев, быстро оседающих при отстаивании. Сравнительные результаты исследований по безреагентному осветлению промывных вод фильтров на трех различных объектах в летний период представлены на рис. 4 и в табл. 2.

08_04_ris_03

Как видно из рис. 4, мутность осветленной воды различна и зависит от состава и свойств присутствующих в ней взвешенных веществ. На состав образовавшихся взвешенных веществ влияют наличие в исходной воде минеральных частиц, обусловливающих ее мутность, концентрация органических веществ, а также вид и дозы реагентов. При очистке воды реки Иртыша используются небольшие дозы реагентов, а взвешенные вещества в промывной воде в основном представлены минеральными частицами. Отношение количества природных взвешенных веществ в исходной воде к образовавшемуся при коагулировании количеству гидроокиси алюминия (М/ГА) составляет 11–22,5. Эффективность осветления таких вод достаточно высокая, мутность отстоянной воды составляет ~ 1,2 мг/л.

08_04_ris_04

Эффективность осветления промывных вод, образующихся при очистке воды реки Оки, ниже, так как исходная вода характеризуется меньшим количеством природных взвешенных веществ, но большим содержанием органических веществ (согласно показателям цветности и перманганатной окисляемости), что требует применения более высоких доз реагентов. В данном случае отношение М/ГА составляет 2,1–5,9. Еще хуже проходит процесс осветления промывных вод, образующихся при обработке высокоцветной маломутной воды реки Вятки большими дозами коагулянта. В этом случае отношение М/ГА меньше единицы (0,5–0,56), т. е. в промывной воде преобладают взвешенные и коллоидные соединения гидроокиси алюминия.

08_04_tabl_02

Таким образом, на процесс осветления промывных вод при отстаивании влияет количество в их составе минеральных взвешенных веществ. Эффективность безреагентного осветления тем выше, чем больше отношение М/ГА. В данном случае это промывные воды, образующиеся при очистке воды реки Иртыша. Однако чаще для осветления промывных вод необходимо применять реагентные методы обработки воды. Вид и дозы реагентов также необходимо подбирать в зависимости от свойств и состава промывных вод.

08_04_tabl_03

В табл. 3 представлены результаты исследований по влиянию вида и доз реагентов на качество отстоянных промывных вод в разные периоды года (река Ока).

Полученные результаты показывают, что мутность осветленной промывной воды при одинаковых условиях ее обработки тем меньше, чем больше величина отношения М/ГА. Более эффективно осветление воды проходит с катионным флокулянтом Феннопол К-211. Для достижения более глубокого осветления воды необходимо использовать коагулянт совместно с флокулянтом. На рис. 5 представлено изменение качества очищенной фильтрованной промывной воды в зависимости от вида реагента.

В других условиях проходит очистка промывных вод, в которых большая часть взвешенных веществ – это хлопья гидроокиси алюминия, и отношение М/ГА составляет меньше единицы. Так, при очистке воды реки Вятки в паводковый период (мутность 16,4–18 мг/л, цветность 112–128 град) применяли сульфат алюминия дозой 12–14 мг/л. Отношение М/ГА было меньше единицы и в среднем составляло 0,83.

Промывная вода от фильтров в этот период характеризовалась высоким содержанием взвешенных веществ – 107,1–124,6 мг/л, которые быстро осаждались при отстаивании. Так, после отстаивания в течение одного часа количество взвешенных веществ уменьшалось с 109,7 до 15,4–16,2 мг/л, концентрация остаточного алюминия в промывной воде отмечалась на уровне 18,621 мг/л, а после осветления составляла 1,42,26 мг/л.

08_04_ris_05

С целью повышения глубины очистки промывных вод была исследована эффективность различных флокулянтов анионного типа Praestol 2540, Flopam AN-923, AN-945 и катионного типа – Flopam 4240, PolyDADMAC FL-4540. Результаты исследований показали, что вид флокулянта практически не влияет на цветность очищенной воды (она изменялась в пределах 12–14 град, что соответствовало цветности очищенной воды на станции). На рис. 6 показано изменение мутности отстоянной промывной воды в зависимости от вида и дозы флокулянта.

08_04_ris_06

Наиболее глубокое осветление воды при отстаивании проходит при оптимальной дозе 0,1 мг/л с анионными флокулянтами Flopam AN-923 и AN-945, причем, чем меньше плотность заряда флокулянта (AN-923), тем глубже осветление воды.

Концентрация остаточного алюминия в отстоянной воде (рис. 7, а) зависит от остаточной мутности, и минимальные ее значения также достигаются при использовании анионного флокулянта AN-923. В то же время концентрация растворенного алюминия в фильтрате при нулевой мутности воды (рис. 7, б) меньше при использовании анионного флокулянта AN-945 и катионного флокулянта FO-4240.

08_04_ris_07

Исследования показали, что в зависимости от технологии обработки и дальнейшего использования промывной воды на водопроводной станции необходимо для осветления тщательно подбирать эффективные реагенты. В данном случае, если промывные воды подвергаются только отстаиванию, то целесообразно использовать анионный флокулянт AN-923, при полной очистке воды с отстаиванием и фильтрованием – анионный флокулянт AN-945 или катионный FO-4240.

Выводы

В настоящее время предлагаются различные варианты очистки и повторного использования промывных вод фильтров на водопроводных станциях: возврат в голову очистных сооружений без очистки; предварительная очистка промывных вод и возврат в голову очистных сооружений; полная очистка промывных вод и их использование для нужд станции.

Выбор того или иного варианта зависит от свойств промывных вод, качества исходной и очищенной воды и технологии ее обработки. Определяется вариант на основании технологических изысканий, основной задачей которых является разработка технологии очистки и повторного использования промывных вод с наименьшими затратами и без нарушения основного технологического процесса, а также определения условий совместной обработки исходной и промывной воды и при этом улучшения качества питьевой воды.

 

 

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.