Очистка и обеззараживание донской воды на контактных фильтрах с использованием коагулянта последнего поколения «СКИФ™180»

Аннотация

На основании проведенных экспериментально-теоретических исследований разработана высокоэффективная компактная технологическая схема очистки и обеззараживания воды р. Дон. При этом из схемы исключаются смесители, камеры хлопьеобразования, осветлители со слоем взвешенного осадка или отстойники. Применение метода контактной коагуляции с высокоэффективным коагулянтом марки «СКИФ™180» позволяет сократить расход реагента на 65–70%, исключить необходимость первичного обеззараживания воды хлором или снизить расход хлора до минимума, обеспечить остаточное содержание алюминия в воде в пределах ПДК, придать режиму водообработки стабильность и значительно сократить стоимость очистки воды.

Ключевые слова

питьевая вода , обеззараживание , мутность , цветность , коагуляция , хлопьеобразование , водоочистная станция , контактный фильтр

Скачать статью в журнальной верстке PDF

В настоящее время на водоочистных станциях коммунальных и производственных водопроводов широко используются сложные технологические схемы очистки и обеззараживания воды (коагуляция, флокуляция, отстаивание или осветление в слое взвешенного осадка, фильтрация на скорых зернистых фильтрах, первичное и вторичное обеззараживание). Сооружения в таких технологических схемах, особенно на водопроводах большой производительности, отличаются крупными габаритами, сложностью эксплуатации, большими капитальными и эксплуатационными затратами, под их размещение требуются значительные земельные участки. На основании проведенных экспериментально-теоретических исследований разработана современная одноступенчатая компактная высокоэффективная технологическая схема очистки и обеззараживания воды р. Дон.

Существует целый ряд методов коагуляционной водообработки: коагуляция в свободном объеме, контактная коагуляция, электрохимическая коагуляция, гальванокоагуляция, коагуляция под воздействием электрических или магнитных полей. В технологии удаления из природных вод мелкодисперсных и коллоидных частиц применяются отстойники, осветлители и фильтры, микрофильтры, гидроциклоны и др. В процессе коагуляционной обработки воды используются различные виды коагулянтов – Al₂(SO₄)₃, Fe₂(SO₄)₃, NaAlO₂ и т. д. В последнее время получили распространение новые коагулянты оксихлоридной группы Al(OН)_aCl_b. К этой группе относится и коагулянт «СКИФ™180».

При разработке новой технологии после соответствующего теоретического анализа и патентных исследований было принято решение использовать метод контактной коагуляции, скорые контактные фильтры и в качестве реагента – новый высокоэффективный коагулянт «СКИФ™180».

Для проверки эффективности и получения технологических параметров эксплуатации разработанной и предлагаемой технологической схемы были проведены экспериментальные исследования на водоочистной станции ВОС-1 Новочеркасского центрального городского водопровода, водоисточником для которого служит р. Дон. С этой целью на ВОС-1 была собрана экспериментальная установка, моделирующая высокопроизводительный контактный фильтр. Установка представляет собой прозрачную колонку из органического стекла диаметром 6,5 см и высотой 1,6 м. Колонка загружается кварцевым песком крупностью 1–1,6 мм, высотой слоя 0,8 м. Колонка оборудована подводящими и отводящими трубопроводами с запорно-регулирующей арматурой, обеспечивающими эксплуатационные параметры (производительность, дозирование раствора коагулянта, переключение режимов работы: рабочего, регенерационного и др.). Для получения сравнительной характеристики эффективности исследуемой технологии одновременно проводились опыты по контактной коагуляции и по коагуляции в свободном объеме с использованием «СКИФ™180» и Al₂(SO₄)₃∙18Н₂О.

В процессе исследований дозы коагулянтов выбирались с учетом ранее проведенных испытаний – от 5 до 11 мг/л. Каждая серия опытов повторялась 2–3 раза. Результаты исследований после соответствующей статистической обработки и обобщений представлены в табл. 1 и на рис. 1. Анализ результатов проведенных исследований по эффективности обработки донской воды контактной коагуляцией с использованием в качестве коагулянта Al₂(SO₄)₃∙18Н₂О (табл. 1) показал, что:

доза коагулянта в 1,3 раза меньше, чем при коагуляции в свободном объеме;
снижение мутности и цветности происходит более эффективно, чем при коагуляции в свободном объеме;
увеличения остаточного алюминия не наблюдается, в то время как при коагуляции в свободном объеме остаточный алюминий в обработанной воде повышается в среднем в 1,3 раза;
достигается более высокая эффективность по микробиологическому показателю – общему микробному числу.

Результаты исследований по эффективности обработки донской воды методами коагуляции в свободном объеме и контактной коагуляции с использованием «СКИФ^тм180» приведены в табл. 2 и на рис. 2.

На графиках (рис. 1 и 2) достаточно наглядно выделяются две зоны, характеризующие динамику процесса:

при коагуляции в свободном объеме

1 зона – после ввода коагулянта происходит интенсивная дестабилизация коллоидных и дисперсных частиц примесей воды. За счет интенсивного снижения электрокинетического потенциала начинается процесс хлопьеобразования и осаждение наиболее крупных хлопьев;

2 зона – дальнейшее, но менее активное хлопьеобразование. Частицы примесей воды еще обладают небольшим электрокинетическим потенциалом, который препятствует быстрой коагуляции. Процесс хлопьеобразования продолжается, но очень медленно. Продолжается и осаждение хлопьев, но в замедленном режиме;

при контактной коагуляции

1 зона– более быстрая дестабилизация частиц примесей воды за счет воздействия зерен контактной загрузки. Происходит прилипание (адгезия и аутогезия) дестабилизированных частиц к зернам загрузки;

2 зона – процесс коагуляции за счет прилипания частиц примесей воды к зернам загрузки несколько замедляется в результате ее насыщения. Процесс удаления из воды коллоидно-дисперсных частиц продолжается более интенсивно, чем при режиме отстаивания в свободном объеме.

Анализ результатов исследований по эффективности обработки донской воды в режиме контактной коагуляции с использованием коагулянта «СКИФ™180»показал, что:

отмечены более высокие контролируемые показатели качества воды, чем при коагуляции ее с использованием Al₂(SO₄)₃∙18Н₂О (табл. 1, 2);

эффективность снижения мутности воды составляет 90–92% при дозе коагулянта 3–4 мг/л, в то время как в режиме коагуляции в свободном объеме достаточно эффективный результат получен при дозе 8–9 мг/л;

эффективность обеззараживания (по ОМЧ) составляет 85–96%, при использовании коагулянта Al₂(SO₄)₃∙18Н₂О – не более 76–80%;

в результате дополнительных сравнительных расчетов установлена возможность сокращения расхода коагулянта при переходе с коагуляции в свободном объеме на режим контактной коагуляции: Al₂(SO₄)₃∙18Н₂О – на 32%, «СКИФ™180» – на 67%.

На основании проведенных исследований была разработана высокоэффективная, компактная технологическая схема очистки и обеззараживания донской воды (рис. 3). В контактном фильтре происходят следующие процессы: равномерное распределение и перемешивание обрабатываемой воды с вводимым коагулянтом; хлопьеобразование в верхних слоях загрузки; удаление из воды скоагулированных, загрязняющих воду примесей. При этом из технологической схемы исключаются смесители, камеры хлопьеобразования, осветлители со слоем взвешенного осадка или отстойники.

Выводы

Применение в технологической схеме метода контактной коагуляции с использованием высокоэффективного коагулянта марки «СКИФ™180» позволит сократить расход реагента на 65–70%, исключить необходимость первичного обеззараживания воды хлором или снизить расход хлора до минимума, обеспечить остаточное содержание алюминия в воде в пределах ПДК, придать режиму водообработки стабильность и значительно сократить стоимость очистки воды.