Исследование возможности очистки маломутных вод в условиях НФС-1 г. Самары

Аннотация

Предложена и испытана в производственных условиях технологическая схема обработки воды коагулянтом оксихлоридом алюминия в сочетании с флокулянтом Magnafloc LT20 в зимний период и во время весеннего паводка. Установлено, что качество воды по перманганатной окисляемости, остаточному алюминию, цветности, мутности улучшилось. Доказано, что эффективность обеззараживания при коагуляционной обработке оксихлоридом алюминия в 1,5–2 раза выше, чем сернокислым алюминием. Это позволяет уменьшить дозу хлора при первичном обеззараживании и соответственно снизить вероятность образования хлорорганических соединений. За счет уменьшения дозы полиоксихлорида алюминия шламообразование в очистных сооружениях снижается до 30%, что позволяет сократить сброс взвешенных веществ и остаточного алюминия со станции. Снижаются производственные расходы и потери воды, улучшаются условия дезинфекции сооружений, что гарантирует эпидемическую безопасность воды.

Ключевые слова

мутность , остаточный алюминий , сульфат алюминия , цветность , шламообразование , эпидемическая безопасность

Скачать статью в журнальной верстке (PDF)

Водоснабжение г. Самары осуществляется на 95% из Саратовского водохранилища. Вода этого поверхностного источника содержит крупнодисперсные и коллоидные примеси и классифицируется как маломутная, средней цветности. Обычно основная роль в процессе водоподготовки отводится коагуляции, в процессе которой удаляются коллоидные и взвешенные частицы, придающие ей мутность, цветность, а также неприятный вкус и запах. К сожалению, широко применяемый на предприятии в качестве коагулянта сернокислый алюминий обладает рядом существенных недостатков, основным из которых является отсутствие гарантированной стабильности процесса подготовки питьевой воды по цветности, перманганатной окисляемости, содержанию остаточного алюминия.

Так, при обработке воды с низкой температурой сернокислым алюминием скорость процессов хлопьеобразования и осаждения резко снижается, повышается вынос взвеси на фильтры, сокращается продолжительность фильтроцикла, затрудняется промывка [1; 2]. В очищаемой воде сохраняется высокая концентрация остаточного алюминия, относящегося ко второму классу опасности по санитарно-токсикологическому показателю вредности (ПДК 0,5 мг/л [3; 4]). Несмотря на относительно низкую стоимость, использование сернокислого алюминия с высокими дозами в конечном счете приводит к значительным эксплуатационным затратам. Кроме того, приготовление рабочего раствора – сложный технологический процесс, состоящий из растворения, перекачивания и дозирования с большим количеством образующегося шлама (массовая доля оксида алюминия марки Б не превышает 15–16% [2]). Эта проблема актуальна для многих водопроводных станций Среднего Поволжья.

С 2006 по 2009 годы на очистных сооружениях МП «Самараводоканал» были проведены обширные лабораторные исследования по применению коагулянтов нового поколения – полиоксихлоридов алюминия (ПОХА) или оксихлоридов алюминия (ОХА), в международной классификации – polyaluminium chlorides (PAC) [5]. Испытывались следующие коагулянты:

оксихлорид алюминия низкоосновный, среднеосновный 1, среднеосновный 2, высокоосновный (производство ЗАО «Сибресурс», г. Новосибирск);
оксихлорид алюминия «АКВА-АУРАТ™10», «АКВА-АУРАТ™18», «АКВА-АУРАТ™30» (производство ОАО «АУРАТ», Москва);
олигомерный гидроксихлорид алюминия (производство ООО «Техногаз-НК», г. Нижнекамск).

Исследования проводились в зимний период при температуре волжской воды 0,1–0,5 С и в паводковый период при температуре 1–13 С и цветности 39–84 град ПКШ. Результаты лабораторных исследований показали положительные тенденции при коагуляционной водообработке реагентом «АКВА-АУРАТ™30» в присутствии неионогенного флокулянта Magnafloc LT20 («Ciba Spezialittenchemie Lampertheim GmbH», Швейцария) и без полимера.

По сравнению с сернокислым алюминием оксихлорид алюминия «АКВА-АУРАТ™30» более эффективен при низких температурах, обеспечивает меньшее содержание остаточного алюминия в воде [1]. ПОХА предварительно гидролизован, вследствие чего его полный гидролиз протекает быстрее, чем при использовании сернокислого алюминия, а это в свою очередь приводит к ускорению процесса коагуляции при низких температурах. ПОХА имеет полимерную структуру, что приводит к усилению электростатических взаимодействий между его положительно заряженными молекулами и отрицательно заряженными коллоидными частицами или растворенными веществами. Он требует меньшего количества щелочи для создания оптимальной величины рН, так как является частично нейтрализованным веществом, ускоряет рост флокул и увеличивает их прочность благодаря своей полимерной структуре.

После анализа состава сооружений МП г. Самары «Самараводоканал», основных технологических процессов (в том числе реагентного хозяйства) было принято решение о проведении промышленных испытаний реагентов на НФС-1 с установленной мощностью очистных сооружений 650 тыс. м³/сут (рис. 1). На НФС-1 применяется реагентная двухступенчатая (осаждение + фильтрование) технология водоподготовки. Традиционная схема реагентной обработки речной воды включает: коагулирование, флокулирование и двухстадийное хлорирование (перед смесителями и после фильтров). В качестве коагулянта используется сульфат алюминия. Для интенсификации коагуляционной обработки воды применяется активирующий флокулянт Magnafloc LT20. Блок очистных сооружений состоит из семи идентичных технологических линий.

Испытания осуществлялись с марта по май 2009 г. на пятой технологической линии производительностью 100 тыс. м³/сут с собственным реагентным хозяйством. Это способствовало как прецизионности испытаний «АКВА-АУРАТ™30», так и сравнению полученных результатов с данными по сульфату алюминия, применяемому на других технологических линиях. В состав сооружений пятой технологической линии входят: смеситель перегородчатого типа (1 шт.); 4 камеры реакции перегородчатого типа; 8 горизонтальных отстойников; 16 скорых фильтров.

Была разработана «Программа производственного внедрения коагулянта полиоксихлорида алюминия «АКВА-АУРАТ™30» на насосно-фильтровальной станции № 1»,получено согласование Управления Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека по Самарской области. В соответствии с графиком производственного внедрения коагулянта «АКВА-АУРАТ™30»,былапроведена подготовка реагентного хозяйства пятой очереди, выполнена ревизия оборудования, составлена схема приема реагента и введения его в воду. Произведен монтаж приемного оборудования для вскрытия пакетов и введения реагента в воду. Разработана карта приготовления реагентов, проведены пробные коагуляции, определены дозы коагулянта «АКВА-АУРАТ™30», флокулянта Magnafloc LT20. Доза коагулянта была установлена по массе активной части реагента, а концентрация рабочего водного раствора принята равной 5%.

Правильный выбор рабочего диапазона дозы коагулянта, его точное и равномерное дозирование в очищаемую воду являются наиболее важными в ходе технологического процесса. При недостатке коагулянта неудовлетворительные результаты очистки воды вызваны неполной дестабилизацией коллоидных частиц загрязнений, при избытке – новой стабилизацией частиц вследствие их перезарядки.

В процессе промышленных испытаний была проведена пробная коагуляция в лабораторных условиях: интервал доз «АКВА-АУРАТ™30» 6–10,5 мг/л, доза флокулянта 0,04–0,1 мг/л. На основании проведенных исследований эффективности процессов и качественных показателей анализа воды после обработки реагентами была принята доза «АКВА-АУРАТ™30» 8 мг/л, доза флокулянта 0,05 мг/л. Проведено апробирование коагулянта в оптимальном технологическом режиме. Результаты лабораторных исследований (показатели качества фильтрата) приведены в табл. 1 и на рис. 2.

Характеристика воды реки Волги: температура 0,4–13,6 С; рН 7,67–8,08; щелочность 2,2–2,6 ммоль/л; мутность 0,56–10,21 мг/л (среднее значение 7,2 мг/л); цветность 23–42 град ПКШ, (среднее значение 37 град); алюминий

Результаты исследований, проведенных на производственных фильтрах НФС-1 (после статистической обработки при уровне значимости q = 0,05), приведены в табл. 2 (вода после отстаивания) и табл. 3, значения показателей – среднеарифметические [6].

Проведенные производственные испытания полностью подтвердили результаты, полученные в лабораторных условиях. По данным контроля качества воды в отстойниках, фильтрах и резервуарах чистой воды доза флокулянта Magnafloc LT20 была снижена с 0,1 до 0,05 мг/л, а доза хлора – с 3 до 2,5 мг/л, проведена корректировка технологических параметров работы фильтровальных сооружений пятой очереди. В результате качество обработанной воды соответствовало требованиям СанПиН [3] по показателям мутности, цветности, остаточного алюминия, перманганатной окисляемости.

На основании данных, полученных при производственном внедрении коагулянта «АКВА-АУРАТ™30», было введено постоянное коагулирование на пятой технологической линии НФС-1 с 1 июня 2009 г., а на шестой линии – с 1 октября 2009 г. Общая производительность этих технологических линий составляет ≈ 220 тыс. м³/ сут. На седьмой технологической линии коагулирование по-прежнему осуществляется сульфатом алюминия.

Сравнительный анализ исследуемых показателей воды после коагулирования «АКВА-АУРАТ™30» и сульфатом алюминия, с корректировкой доз в соответствии с качеством исходной воды источника (период низких температур и паводка), приведены в табл. 3.Установлено, что при уровне значимости 0,05 характеристики воды после обработки коагулянтом «АКВА-АУРАТ™30» лучше, чем после обработки сульфатом алюминия.

Контроль за качеством питьевой воды на НФС-1 осуществляется в соответствии с рабочей программой производственного лабораторного контроля качества воды на головных сооружениях и распределительной сети водопровода МП г. Самары «Самараводоканал», разработанной на основании нормативных требований [3; 4; 7].

Выводы

Предложена и испытана в производственных условиях технологическая схема обработки воды коагулянтом «АКВА-АУРАТ™30» в зимний период и во время весеннего паводка дозой 6–9 мг/л в сочетании с флокулянтом Magnafloc дозой 0,05 мг/л. Установлено, что качество воды по перманганатной окисляемости, остаточному алюминию, цветности и мутности улучшилось. Аналогичные показатели достигаются при использовании сульфата алюминия дозой 60 мг/л и флокулянта дозой 0,1–0,2 мг/л. Доказано, что эффективность обеззараживания при коагуляционной обработке с применением «АКВА-АУРАТ™30» в 1,5–2 раза выше, чем с сульфатом алюминия, что позволяет уменьшить дозу хлора при первичном обеззараживании. Кроме того, при использовании полиоксихлорида алюминия за счет уменьшения дозы реагента шламообразование в очистных сооружениях снижается до 30%. Это позволяет сократить производственные расходы и потери воды, а также улучшить условия дезинфекции сооружений, что гарантирует эпидемическую безопасность воды. Повышаются технико-экономические показатели работы сооружений за счет упрощения реагентного хозяйства, высвобождается техника и механизмы, улучшаются условия труда. Применение комбинированной схемы водоподготовки с использованием сульфата алюминия и полиоксихлорида алюминия «АКВА-АУРАТ™30» повышает стабильность процесса реагентной очистки маломутных вод Саратовского водохранилища.

Список цитируемой литературы

Линевич С. Н., Гетманцев С. В. Коагуляционный метод водообработки: теоретические основы и практическое использование. – М.: Наука, 2007.
Кичигин В. И. Водоотводящие системы промышленных предприятий: Учеб. пособие. – М.: Издательство АСВ, 2011.
СанПиН 2.1.4.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. – М., 2002.
СанПиН 2.1.5.980-00. Гигиенические требования к охране поверхностных вод. – М., 2000.
Романико А. Н., Егорова Ю. А., Ерчев В. Н. и др. Совершенствование реагентного метода обработки воды коагулянтами на МП г. Самары «Самараводоканал» // Водоснабжение и сан. техника. 2009. № 9.
Кичигин В. И. Моделирование процессов очистки воды: Учеб. пособие. – М.: Изд-во АСВ, 2003.
ГОСТ Р 51232-98. Вода питьевая. Общие требования к организации и методам контроля качества.