Эффективность обеззараживания природных вод при коагуляционной обработке

Аннотация

Представлены результаты экспериментально-теоретических исследований коагуляционной обработки донской воды и наблюдений за сопутствующим процессом ее обеззараживания. Описан механизм выделения из воды водорослей, бактерий и вирусов за счет их сорбции на образующейся при коагуляции гидроокиси алюминия. Наилучший эффект обеззараживания воды отмечен при электрокоагуляции – 93,8%. Применение этого метода позволяет отказаться от первичного обеззараживания воды хлором, исключить крупногабаритное реагентное хозяйство, улучшить экологическую обстановку в связи с уменьшением объема образующегося осадка (отхода процесса коагуляции).

Ключевые слова

коагуляция , экология , автоматизация , электрокоагуляция , обеззараживание воды , эффективность обеззараживания

Скачать статью в журнальной верстке (PDF)

В связи с возрастанием техногенного загрязнения окружающей среды и в первую очередь природных водоемов проблема очистки и обеззараживания водопроводной воды приобрела исключительное значение. В настоящее время в централизованных системах водоснабжения обеззараживание воды осуществляется хлором и его производными. В ряде случаев современные методы обеззараживания водопроводной воды (хлорирование, озонирование, обработка ультрафиолетовым излучением и др.) оказываются недостаточно эффективными, например, при загрязнении воды различными спорообразующими бактериями, вирусами и другими категориями патогенных микроорганизмов, особенно защищенных плотной поверхностной оболочкой.

На действующих централизованных водопроводах, использующих поверхностные водоисточники, во всех случаях приходится проводить осветление и обесцвечивание воды. Таким образом, во всех технологических схемах подготовки водопроводной воды для хозяйственно-питьевых и в большинстве случаев производственных целей необходимо предусматривать осветление, обесцвечивание и обеззараживание воды.

На современных централизованных водопроводах осветление и обесцвечивание воды осуществляется путем предварительной коагуляционной обработки (укрупнение мелкодисперсных и коллоидных частиц примесей, придающих воде повышенную мутность и цветность) с последующим выделением из воды скоагулированных примесей с помощью отстаивания, осветления в слое взвешенного осадка, фильтрования, флотации и др.

Процесс химической реагентной коагуляции оказывает положительное влияние на одновременное обеззараживание воды [1–3]. То же наблюдается и при электрохимической коагуляции (электрокоагуляции) и электрофлотации c использованием электролизеров с алюминиевыми или железными электродами.

В технической литературе опубликовано крайне мало данных по устройству современных модернизированных аппаратов и установок, новым технологиям, регламентам их эксплуатации, области их рационального применения при электрокоагуляции и электрофлотации, что препятствует их широкому распространению.

В связи с вышеизложенным в лабораторно-производственных условиях водоочистной станции (ВОС-1) Новочеркасского центрального водопровода были проведены экспериментально-теоретические исследования эффективности совмещения коагуляционной и обеззараживающей обработки природных вод (реки Дона) и выбор эффективного режима водообработки. Было проведено несколько серий исследований с моделированием процесса коагуляционной обработки донской воды современными коагулянтами: сернокислым алюминием Al₂(SO₄)₃·18H₂O, полиоксихлоридом алюминия «АКВА-АУРАТ™30» и электролитически полученным алюминием Al³⁺.

Во всех случаях после коагуляционной обработки исследуемая вода отстаивалась в течение 60 минут, после чего производился отбор проб на анализ.

Основной целью проводимых исследований являлось установление наиболее эффективного режима коагуляционно-обеззараживающей обработки донской воды. Проведено три серии исследований с моделированием нескольких способов, видов коагулянтов и режимов коагуляции:

реагентная химическая коагуляция воды коагулянтом Al₂(SO₄)₃ в режиме свободного объема + отстаивание в течение 60 минут;
реагентная химическая коагуляция воды коагулянтом последнего поколения – полиоксихлоридом алюминия «АКВА-АУРАТ™30» + отстаивание в течение 60 минут;
электрокоагуляция в электролизере с алюминиевыми электродами + отстаивание в течение 60 минут.

Для проведения исследований была рассчитана и смонтирована лабораторная установка – электролизер.

В процессе исследований, кроме определения основных физико-химических и санитарно-бактериологических показателей воды, характеризующих мутность, цветность и ОМЧ (общее число мезофильных аэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов), определялись и другие качественные показатели, позволяющие более полно представить особенности коагуляционно-обеззараживающей обработки донской воды. Так, регулярно велись наблюдения за изменениями температуры воды, перманганатной окисляемости, рН и содержания остаточного алюминия. Результаты исследований после статистической обработки приведены в табл. 1.

По фактическим результатам исследований (табл. 1) была рассчитана реальная эффективность коагуляционно-обеззараживающей обработки донской воды при использовании различных коагулянтов и режимов коагуляции (табл. 2).

По данным табл. 1 и 2 составлен ряд коагулянтов по обеззараживающей эффективности при коагуляционной обработке донской воды в убывающем порядке: электрокоагуляция > «АКВА-АУРАТ™30» > Al₂(SO₄)₃.

Ранее была отмечена высокая эффективность обеззараживания воды при электрокоагуляции и более низких дозах коагулянта, чем при использовании обычных гидролизующихся коагулянтов [1; 4; 5]. Так, в работе [5] отмечается, что в процессе коагуляции воды сернокислым алюминием удаляются мелкие водоросли, бактерии и вирусы, однако требуемая степень обеззараживания достигается лишь с дозами Al₂(SO₄)₃ 400–500 мг/л. В нашем случае для удаления биологических загрязнений из донской воды на 93,8% потребовалась доза Al³⁺ всего 4–4,5 мг/л.

Сущность обеззараживания в процессе электрокоагуляции природных вод заключается в следующем: при переходе с электрода (анода) в воду ионы алюминия Al³⁺ подвергаются гидролизу с образованием гидроокиси алюминия, обладающей достаточно высокими сорбционными свойствами. Так, свежеобразованная гидроокись алюминия активно сорбирует на своей поверхности не только коллоидные и мелкодисперсные частицы примесей воды, но и бактерии и вирусы. Далее полученный осадок с адсорбированными на нем бактериями и вирусами задерживается в отстойниках и фильтрах. Кроме того, на присутствующие в воде бактерии и вирусы негативное влияние оказывает кислород, образующийся в электролизере.

Выводы

1. Достаточно высокая эффективность обеззараживания воды в процессе ее электрокоагуляции в сравнении с другими способами коагуляции позволяет исключить из технологической схемы первичное обеззараживание (хлорирование), благодаря чему снижается стоимость очистки, повышается качество воды и экологичность технологии.

2. Значительным преимуществом электрокоагуляции перед реагентными химическими методами очистки воды является исключение громоздких сооружений для хранения и приготовления рабочих растворов коагулянтов и вспомогательных реагентов (извести, флокулянтов, активированного угля).

3. Электрокоагуляция позволяет осуществлять обработку воды в достаточно компактных, автоматических электролизных установках, что упрощает эксплуатацию, уменьшает численность обслуживающего персонала водопроводных станций.

Список цитируемой литературы

Кульский Л. А. Теоретические основы и технология кондиционирования воды. – Киев: Наукова думка, 1980.
Бабенков Е. Д. Очистка воды коагулянтами. – М.: Наука, 1977.
Линевич С. Н., Гетманцев С. В. Коагуляционный период водообработки. Теоретические основы и практическое использование. – М.: Наука, 2007.
Доливо-Добровольский Л. Б., Кульский Л. А., Никорчевский В. Ф. Химия и микробиология воды. – Киев: Высшая школа, 1971.
Кульский Л. А., Строкач П. П., Слипченко В. А., Сайчак Е. И. Очистка воды электрокоагуляцией. – Киев: Будивельник, 1987.