Полная версия

Главная arrow БЖД arrow Водоснабжение

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Коагулирование примесей воды. Реагентное хозяйство

Примеси, находящиеся в воде, имеют весьма малые размеры, и осаждение их происходит крайне медленно, так как силы диффузии превалируют над силами тяжести.

Для ускорения процесса осаждения, фильтрования и повышения эффективности осветления и обесцвечивания воды прибегают к коагулированию. Коагулирование — это процесс укрупнения коллоидных и взвешенных частиц вследствие их слияния под действием силы молекулярного притяжения. Укрупненные агрегаты слипшихся частиц отделяются от жидкой фазы осаждением.

В качестве коагулянтов, добавляемых в воду, обычно используются соли алюминия и железа: сульфат алюминия A12(S04)3 • 18Н20, сульфат железа (II) FeS0420, сульфат железа (III) Fe2(S04)3 • 9Н20, хлорид железа (III) FeCl3, а также аллюминат натрия NaA102, оксихлорид алюминия А12(ОН)5С1 и Др.

Доза коагулянта (мл/л; г/м3) для вод разного состава не одинакова и устанавливается путем опытного (пробного) коагулирования обрабатываемой воды. Для ориентировочных подсчетов дозу коагулянта можно определить по СНиП 2.04.02-84*. Так, в пересчете на безводные FeS04, A12(S04)3, FeCl3 дозу следует принимать при обработке мутных вод (в зависимости от содержания примесей) равной 25—125 мг/л. При коагулировании воды с повышенной цветностью ориентировочная доза коагулянта находится по формуле Дк = 4л/Ц, где Ц — цветность воды, град.

Коллоидные и взвешенные частицы примесей природных вод в большинстве случаев имеют одинаковые заряды, что приводит к возникновению межмолекулярных сил отталкивания и к агрегативной устойчивости. При очистке агрегативную устойчивость стремятся нарушить, а заряд частиц снизить.

При добавлении коагулянтов нарушается агрегативная устойчивость системы, снижается заряд частиц до нуля или малых значений. Параллельно, вследствие гидролиза, образуются коллоиды, которые сорбируют частицы примесей:

Необходимым условием полного протекания гидролиза является удаление из сферы реакции ионов Н+. Ионы водорода ассоциируют с бикарбонатными ионами, присутствующими, как правило, в природных водах и определяющими ее щелочность:

Полнота гидролиза имеет большое значение для коагуляции и качества очищенной воды, так как концентрация ионов А13+ в питьевой воде строго регламентирована (А13+ <0,3 мг/л).

При недостатке щелочности исходная вода подщелачивается. С этой целью может быть использована известь СаО или кальцинированная сода Na2C03. Для интенсификации процессов коагуляции иногда применяют специальные химические реагенты — флокулянты (активная кремниевая кислота, полиакриламид и др.), способствующие образованию более крупных хлопьев.

Процесс коагулирования примесей воды можно улучшить путем удаления углекислоты из зоны реакции продувкой воздухом.

Гидроксиды железа и алюминия в воде при обычных значениях pH почти нерастворимы. Хлопья частиц гидроксила осаждаются, адсорбируя и увлекая с собой нерастворенные взвешенные частицы ила, клеток планктона, остатков растений и т. п. Это явление укрупнения частиц при столкновении их и осаждении носит название флокуляции. Гидроксиды железа и алюминия — хорошие сорбенты. Они сорбируют на своей поверхности бактерии, гуминовые вещества и даже некоторые растворенные соединения, например ионы тяжелых металлов. На поверхности гидроокисей также могут адсорбироваться растворенные органические вещества, обусловливающие привкусы и запахи.

На процесс коагуляции в свободном объеме (конвективной коагуляции) оказывают влияние следующие факторы: концентрация водородных ионов в воде, pH, анионный состав воды, правильный выбор дозы коагулянта (что видно из коагуляционной кривой на рис. 5.3), щелочность, температура воды (влияет на первый этап коагуляции — перекинетический), быстрота смешения коагулянта с водой (влияет на второй этап коагуляции — орто кинетический), содержание в воде естественных взвесей. Коагуляция в свободном объеме осуществляется в камерах хлопьеобразования.

Коагуляционная кривая

Рис. 5.3. Коагуляционная кривая:

1 — порог коагуляции; 2 — оптимальная доза; I зона — эффект осветления и обесцвечивания незначительный; II зона — увеличение дозы коагулянта приводит к резкому повышению эффекта осветления и обесцвечивания; III зона — дальнейшее увеличение дозы коагулянта не приводит к улучшению результата

Контактная коагуляция — процесс осветления и обесцвечивания воды, заключающийся в адсорбции примесей с нарушенной агрегативной устойчивостью на поверхности зерен контактной массы. Характерной особенностью контактной коагуляции является большая скорость процесса в сочетании с высоким эффектом при меньших затратах коагулянта. Интенсивность прилипания мелких примесей к относительно крупным зернам загрузки намного превосходит скорость агломерации отдельных мелких частиц в свободном объеме жидкости, так как они несут небольшие электрические заряды и значительно легче прилипают к крупным зернам, лишенным зарядов, чем друг к другу. Другими особенностями контактной коагуляции являются независимость процесса от щелочности и температуры воды, меньшее влияние pH воды и др. Контактная коагуляция происходит в осветителях со слоем взвешенного осадка, на контактных фильтрах и на контактных осветителях.

Для осуществления процесса коагулирования в воду вместо коагулянтов могут быть введены ионы тяжелых металлов, полученные электрохимическим путем. С этой целью воду пропускают через электролизер с опущенными в него электродами — анодом (из алюминия и железа) и катодом. Питание электролизера — от источника постоянного или переменного тока. Вода обогащается ионами железа или алюминия. Ионы железа (II) окисляются в трехвалентную форму. Трехвалентные ионы железа или алюминия гидролизуются с образованием гидроксидов, которые коагулируют, образуя хлопья. На процесс растворения анода влияют физико-химические, электрические и гидродинамические факторы: pH, солевой состав, температура, материал электрода, плотность тока, частота смены полярности, скорость движения воды в межэлектродном пространстве и др.

Реагенты, применяемые для очистки воды, готовят непосредственно на водоочистном комплексе. Состав и насыщенность реагентного хозяйства зависят от принятой технологии улучшения качества воды. Помимо цехов коагулирования, хлорирования, известкования могут быть цехи фторирования, углевания и др.

Хранят реагенты в сухом виде навалом, в специальной таре или в виде концентрированных растворов (коагулянт 17—24 %-ной концентрации, считая по чистому безводному продукту) в баках-хранилищах без перемешивания или продуктов, залитых водой (СНиП 2.04.02-84*). Чтобы избежать потерь коагулянта от слеживания и упростить погрузочно-разгрузочные работы, предпочтение отдают второму способу.

Склады реагентов, за исключением хлора и аммиака, размещают вблизи оборудования для приготовления их растворов или суспензий.

Хлор хранят в баллонах вместимостью до 30 до 100 кг или в бочках, рассчитанных на 700—3000 кг жидкого хлора, на расходных складах, располагаемых в пониженных точках площадки водоочистных сооружений, а хлорную известь — в деревянных бочках вместимостью 100 и 275 л и полиэтиленовых мешках объемом 75 л на отдельном складе.

Раствор (или суспензию) реагента готовят в растворных и расходных баках, число которых принимают соответственно не менее 3 и 2. Для интенсификации растворения реагентов предусматривают барботаж, механическое перемешивание или непрерывную циркуляцию раствора с помощью насоса.

При производительности водоочистных сооружений до 1000 м3/сут растворные и расходные баки совмещают, а при большей — их устанавливают отдельно и размещают в верхней части здания. Концентрация раствора коагулянта, считая по безводному продукту, принимается в растворных баках до 17 % для неочищенного, до 20 % для очищенного кускового, до 24 % для очищенного гранулированного и в расходных — до 12 %. Внутреннюю поверхность баков необходимо облицовывать кислотостойкими материалами от агрессивного воздействия растворов коагулянтов.

Раствор (полиакриламида) ПААОД—1,0 %-ной концентрации из гелеобразного или сухого технического продукта готовят в баках с механическими лопастными мешалками (частота вращения вала 800—1000 мин-1) или гидравлической циркуляцией. Производительность аппарата принимают с учетом времени полного цикла приготовления раствора из сухого или гелеобразного ПАА, равного соответственно 2 ч и 25—40 мин. Число мешалок и объем расходных баков определяют исходя из срока хранения запасов раствора ПАА (до 15 сут). Схемы приготовления растворов коагулянта и флокулянта представлены на рис. 5.4.

Схемы приготовления растворов коагулянта (а) и флокулянта (б)

Рис. 5.4. Схемы приготовления растворов коагулянта (а) и флокулянта (б):

PI, Р2 — трубопроводы раствора коагулянта и флокулянта; АО — воздухопровод; 1, 2 — растворные баки коагулянта и флокулянта; 3, 4 — насосы перекачки растворов коагулянта и флокулянта; 5 — бак-хранилище; 6, 7 — расходные баки коагулянта и флокулянта; 8, 9 — насосы- дозаторы; 10 — воздуходувка

Схема двухкамерного сатуратора «Струя»

Рис. 5.5. Схема двухкамерного сатуратора «Струя»:

1,2 — зоны насыщения и осветления нижней и верхней камер сатуратора; 3 — ввод в сатуратор известкового молока; 4, 5 — трубы для передачи известкового раствора из нижней камеры аппарата в верхнюю; 6 — удаление воздуха; 7 — кольцевой сборный желоб готового раствора; 8 — подача воды; 9 — клапан перепуска известкового молока из верхней в нижнюю камеру; 10 — выпуск осадка; 11 — отвод

насыщенного раствора

Технология известкования воды зависит от назначения, места ввода, количества реагента и вида заводского продукта. Так, при суточном расходе извести до 50 кг (по СаО) разрешается схема с использованием известкового раствора, предусматривающая склад мокрого хранения, устройство для отбора теста, вертикальный отстойник или гидроциклон для осветления известкового молока, сатуратор двойного насыщения (рис. 5.5) и дозатор. При большем расходе извести известковое молоко или раствор готовят в баках, число которых принимают не менее двух. Они должны иметь конические днища с наклоном не менее 45 град и сбросные трубы диаметром не менее 100 мм. Концентрация известкового молока в расходных баках должна быть не более 5 %, считая по СаО. Известковое молоко перемешивают циркуляционным насосом или механической мешалкой.

Содовый раствор концентрацией 5—8 % делают в специальных баках. Угольную пульпу для углевания готовят в баках с гидравлическим или механическим перемешиванием путем замачивания угля в течение 1 часа. Концентрацию пульпы принимают 5—10 %, скорость ее движения в трубопроводах — не менее 1,5 м/с.

Дозаторы растворов коагулянта и других реагентов бывают трех видов: дозаторы постоянной дозы; пропорциональные дозаторы, которые автоматически меняют дозу в соответствии с изменяющимся расходом воды; насосы-дозаторы.

К автоматически действующим относится дозатор, предложенный В.Л. Чейшвили и И.Л. Крымским. Его действие основано на использовании разности электропроводности еще не коагулированной воды и этой же воды после введения в нее коагулянта.

К вышеуказанным дозаторам относятся также разработанные ВНИИ ВОДГЕО дозаторы типа ДИМБА (дозатор известкового молока бункерный автоматический). Они регулируют подачу реагента (поддерживая заданное значение pH) пропорционально расходу воды. Их можно использовать и для дозирования раствора коагулянта. Широко применяются насосы-дозаторы. Их подача меняется в широких пределах.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>