Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Коагуляция в системах предварительной очистки исходных вод ТЭС. Методы увеличения технологической эффективности осветлителей 9
1.1 Классификация и методы очистки природных вод 9
1.2 Технология коагуляции вод на ТЭС. Основные примеси воды, участвующие в процессе коагуляции 17
1.3 Характеристика и применение сульфата алюминия для коагуляции воды на ТЭС 30
1.4 Критерии технологической эффективности коагуляции. Нормы качества коагулированной и осветленной вод на ТЭС 34
1.5 Осветлители воды для ТЭС. Причины ограниченной технологической эффективности осветлителей 39
1.6 Методы увеличения технологической эффективности осветлителей 53
1.7 Флокулянты. Промышленные испытания и применение флокулянтов. 58
1.8 Постановка задачи исследования 64
Глава 2 Методики исследований и обработки экспериментальных данных 66
2.1 Обоснование разделения маломутных вод на группы (типы) по составу примесей 68
2.2 Проведение пробной коагуляции 70
2.3 Выбор метода оценки эффективности флокулянта 71
2.4 Метод визуального контроля процесса хлопьеобразования 73
2.5 Методика опытно-промышленных исследований 74
2.6 Методы количественных химических анализов производственных вод 75
2.7 Методы обработки опытных данных 75
Глава 3 Лабораторные исследования коагуляции природных вод с увеличенным содержанием железоорганических примесей 76
3.1 Исследование коагуляции природных вод с увеличенным содержанием железоорганических примесей сульфатом алюминия с использованием флокулянтов 76
3.2 Лабораторные исследования коагуляции сульфатом алюминия с использованием флокулянтов воды р. Волга (филиал ОАО «ОГК-3» «Костромская ГРЭС», вода типа 2) 102
3.3 Лабораторные исследования коагуляции сульфатом алюминия с использованием флокулянтов воды р. Уводь (филиал ОАО ТГК-6 «Ивановская ТЭЦ-2», вода первого типа) 107
3.4 Выводы по главе III 114
Глава 4 Лабораторное исследование коагуляции сульфатом алюминия при воздушной барботажной дегазацииводы 117
4.1 Цель лабораторного исследования коагуляции сульфатом алюминия при воздушной барботажной дегазации воды 117
4.2 Условия и результаты лабораторных опытов по подавлению флотации шлама с использованием воздушной барботажной дегазации воды 120
4.3 Выводы по главе IV 128
Глава 5 Опытно-промышленные исследования коагуляции воды в осветлителях 130
5.1 Исследования коагуляционной обработки воды типа 2 в горизонтальных осветлителях типа SK 131
5.2 Промышленные исследования коагуляции сульфатом алюминия воды типа 3 в горизонтальном модернизированном осветлителе (вариант 2-е коллекторным вводом исходной воды, ВПУ ТЭС КБК) 154
5.3 Исследование коагуляционной обработки воды типа 1 в вертикальном осветлителе ЦНИИ-3 максимальной производительностью 450 м3/ч ХВО подпитки теплосети Ивановской ТЭЦ-2 158
5.4 Определение сорбционных характеристик шлама гидро-ксидов алюминия 163
5.5 Основные результаты опытно-промышленных исследований и выводы по ним 168
Выводы 172
Приложения 174
Список использованной литературы 206
- Классификация и методы очистки природных вод
- Исследование коагуляции природных вод с увеличенным содержанием железоорганических примесей сульфатом алюминия с использованием флокулянтов
- Условия и результаты лабораторных опытов по подавлению флотации шлама с использованием воздушной барботажной дегазации воды
- Основные результаты опытно-промышленных исследований и выводы по ним
Введение к работе
Актуальность работы. Практически все природные поверхностные источники водоснабжения ТЭС Нечерноземья и Севера России существенно загрязнены коллоидными железоорганическими соединениями. В последние годы заметно прогрессируют загрязнения подземных вод, которые проникают со сточными и производственными водами в водоносные горизонты и из них в поверхностные водотоки.
Основным технологическим приёмом удаления из воды грубодисперсных примесей, находящихся во взвешенном состоянии, и коллоидных органических загрязнений, присутствующих в воде в растворённом виде, является коагуляция, протекающая при введении в воду коагулянта.
Строительство парогазовых ТЭС, использование для получения добавочных вод противоточных ионитных фильтров и мембранных аппаратов ужесточают требования к системам предварительной очистки вод. Изменяется температурный режим водоподготовительных установок (ВПУ). Уменьшается скрытый резерв их производительности. В этих условиях традиционно применяемые технологии и режимы обработки воды являются в большинстве случаев недостаточно эффективными. Чаще всего располагаемая производительность аппаратов ВПУ, в первую очередь, осветлителей оказывается недостаточной. Нормальной работе водоподготовительных установок препятствуют участившиеся в последние годы случаи непредвиденного ухудшения качества воды вследствие аварийных ситуаций и сброса в водоёмы жидкостей, содержащих повышенные концентрации загрязнений и веществ, препятствующих процессу коагуляции.
Действующие водоподготовительные установки в этих условиях не могут обеспечить надлежащего удаления из воды химических загрязнений.
Основными причинами технологических затруднений на большинстве существующих и новых водоподготовительных установок ТЭС, помимо продолжающегося загрязнения водоисточников, являются следующие.
1. Принятая схема очистки не всегда соответствует качеству воды водо
источника. Так для обработки коагулянтом вод с увеличенным содержанием
железоорганических соединений часто применяют отстойники или осветли
тели с взвешенным осадком, в которых отстаивания воды не происходит, а
взвешенный слой не образуется, например, из-за флотации шлама. В таких
случаях только за счёт совершенствования реагентной обработки воды не
всегда удается исправить ситуацию.
2. ВПУ с большим сроком эксплуатации работают недостаточно
эффективно вследствие износа их аппаратов и несовершенства АСУ ТП.
3. Технологические процессы коагуляции вод с увеличенным
содержанием железоорганических соединений изучены недостаточно, что
обуславливает риск неэффективных действий персонала при возникновении
эксплуатационных затруднений.
Целью работы является повышение эффективности коагуляционной очистки вод с увеличенным содержанием железоорганических соединений на водоподготовительных установках ТЭС с горизонтальными и вертикальными
осветлителями путём предотвращения гидравлического и флотационного выноса шлама при использовании флокулянтов и дегазации воды.
Для достижения поставленной цели в работе сформулированы следующие задачи лабораторных и опытно-промышленных исследований.
-
Исследовать закономерности коагуляции сульфатом алюминия с использованием флокулянтов с различными знаком и плотностью заряда с целью определения области их эффективного применения для вод с увеличенным содержанием железоорганических соединений.
-
Исследовать влияние характерных признаков вод Нечерноземья и Севера России (типа исходных вод ТЭС с увеличенным содержанием железоорганических соединений по классификации МЭИ) и флокулянтов на вынос шлама. Оценить сорбционные свойства шлама в отношении органического вещества и соединений железа.
-
Исследовать эффективность аэрации воды и типового воздухоотделителя для подавления флотационного выноса шлама из осветлителей.
-
Получить оценки максимальных допустимых скоростей подъёмного движения воды в горизонтальных и вертикальных осветлителях в зависимости от их конструктивных особенностей, типа исходных вод, применяемого флокулянта.
Соответствие диссертации паспорту специальности. Диссертация соответствует паспорту специальности 05.14.14 - «Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты»:
в части формулы специальности - «Научная специальность, объединяющая... проблемы совершенствования действующих и обоснования новых технологий производства.. .во до подготовки.
В рамках специальности проводятся работы по совершенствованию действующих и обоснованию новых типов и конструкций основного и вспомогательного оборудования тепловых электрических станций.
Ведется поиск приемов и методов оптимизации рабочих режимов оборудования, разрабатываются вопросы водо использования и водных режимов...;
в части области исследования - п. 2: «Исследование...процессов, протекающих в агрегатах, системах...тепловых электростанций»; п. 3: «Разработка, исследование, совершенствование действующих и освоение новых технологий...водных и химических режимов...»; п.6: «Разработка вопросов эксплуатации систем и оборудования тепловых электростанций».
Научная новизна работы состоит в следующем:
-
Определены зависимости эффективности удаления загрязняющих веществ из воды с увеличенным содержанием железоорганических соединений при её коагуляции в осветлителях сульфатом алюминия с флокулянтами от их плотности и знака заряда.
-
Изучено влияние барботажной аэрации на декарбонизацию при коагуляции воды сульфатом алюминия в осветлителях.
-
Определена удельная сорбционная ёмкость шламов при коагуляции сульфатом алюминия по органическим соединениям и соединениям железа.
Практическая значимость работы заключается в следующем. При использовании результатов работы:
достигаются: 1) уменьшение поступления с коагулированной водой загрязняющих веществ на последующие стадии водообработки и увеличение располагаемой производительности осветлителей; 2) продление срока службы расходных материалов ВПУ (ионитов, мембранно-осмотических модулей);
получены оценки максимальных допустимых скоростей подъёмного движения воды в горизонтальных и вертикальных осветлителях в зависимости от их конструктивных особенностей, типа вод с увеличенным содержанием железоорганических соединений , применяемого флокулянта.
Достоверность и обоснованность результатов работы обеспечивается использованием поверенных приборов и стандартизованных методов измерений и обработки их результатов; большим объёмом опытных данных лабораторных и промышленных испытаний и сходимостью их результатов; совпадением отдельных результатов с данными других авторов.
Автор защищает:
-
Зависимость эффективности удаления железоорганических соединений из воды с их увеличенным содержанием при коагуляции в осветлителях сульфатом алюминия с применением флокулянтов от их плотности и знака заряда.
-
Зависимость остаточной концентрации свободной углекислоты в коагулированной воде от интенсивности и длительности барботажной аэрации.
-
Результаты оценки сорбционной ёмкости шламов при коагуляции сульфатом алюминия.
Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены на ТЭЦ-ПВС ЧерМК ОАО «Северсталь» при разработке мероприятий по увеличению располагаемой производительности горизонтальных осветлителей SK за счёт дегазации воды и использования флокулянта и ТЭО их реконструкции; на ТЭЦ-2 Ивановского филиала ТГК-6 для предпроектной проработки вариантов реконструкции системы предварительной очистки воды для подпитки теплосети. Результаты работы используются также в учебном процессе Ивановского государственного энергетического университета на кафедре «Химия и химические технологии в энергетике» в лабораторном практикуме и лекционном курсе «Наладка и эксплуатация водоподготовительных установок и водно-химического режима».
Личный вклад автора заключается:
в организации лабораторных и опытно-промышленных исследований коагуляции сульфатом алюминия;
в обработке опытных данных и получении научно-значимых результатов исследований;
в участии в реализации результатов работы на ТЭС.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы представлялись на следующих конференциях: Четвертая международная молодежная конференция «Тинчюринские чтения» г. Казань: «Изменение технологии предварительной обработки воды филиала ОАО «Интер РАО ЕЭС» Ивановские ПТУ»; Пятая региональная научно-техническая конференция студентов и аспирантов: «Исследование коагуляции и флокуляции на модельных рас-
творах с повышенным содержанием железоорганических веществ»; пятая международная молодежная научная конференция «Тинчуринские чтения»: «Исследование условий и подбор эффективных реагентов для коагуляции воды на ТЭЦ-ПВС ОАО «Северсталь»»; Шестнадцатая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов: «Выбор условий и эффективных реагентов для коагуляции воды на ТЭЦ-ПВС ОАО «Северсталь»»;
Публикации. Основное содержание работы отражено в 18 публикациях, в том числе, в 3 научных статьях, 4 докладах и 11 тезисах докладов.
Содержание и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, характеристики основных результатов работы и списка литературы, включающего 105 наименований и 5 приложений. Работа изложена на 212 страницах.
Классификация и методы очистки природных вод
Для нужд разработчиков технологического оборудования ВПУ и проектантов разрабатываются системы классификации природных вод и формы представления краткой характеристики их качества (индексы качества воды) [8].
Чем детальнее разрабатывались эти системы классификации, тем больше исследователи удалялись от ясности и краткости в определении качества воды. Оказалось невозможным оценить пригодность воды для питьевых, технических, других целей только на основе предложенных универсальных индексов воды. По-прежнему качество воды, пригодность её для использования оценивается по комплексу показателей, и нужно признать, что такой подход даёт лишь приблизительные знания о качестве воды. Этим, в частности, можно объяснить большое (до нескольких десятков) количество нормируемых показателей качества вод для каждого из возможных применений. Говорить о качестве воды имеет смысл лишь в связи с конкретной областью её дальнейшего использования.
Сегодня наиболее употребительны классификационные системы С.А. Щукарева, О.А. Алёкина, А.И. Перельмана, Л.А. Кульского и фирмы Rohm & Haas («Ром и Хаас», США) [8].
Практический интерес представляет фазово-дисперсная классификация примесей воды, разработанная [8] Л.А. Кульским (см. табл. 1.1).
Методы обработки воды, определённые Л.А. Кульским на основе фазово-дисперсного анализа примесей воды и распределённые по четырём группам, названы ниже.
Группа I. Воздействия на взвеси: например, седиментация, осветление во взвешенном слое, осадительное центрифугирование, центробежная сепарация в гидроциклонах; флотация; фильтрование на медленных и на скорых фильтрах по безнапорной схеме и др.
Группа II. Воздействия на коллоидные примеси, на высокомолекулярные соединения и вирусы: коагуляция; электрокоагуляция; флокуляция; электроимпульсная обработка; биохимическое разложение; адсорбция на высокодисперсных, в том числе, на глинистых минералах, ионитах; окисление (хлорирование, озонирование), воздействие ультрафиолетовым, у- и р- излучением и др.; ультразвуковая обработка; обработка ионами тяжелых металлов (меди, серебра и др.).
Группа III. Воздействия на растворенные органические вещества и газы: десорбция газов и легколетучих органических соединений путём аэрирования, термической и вакуумной отгонки; адсорбция на активных углях, природных и синтетических ионитах и других высокопористых материалах; экстракция несмешивающимися с водой органическими растворителями; эвапорация (азеотропная отгонка, пароциркуляция); пенная флотация; ректификация; окисление (жидкофазное, радиационное, электрохимическое, биологическое, парофазное, хлором, озоном, диоксидом хлора и др.).
Группа IV. Воздействия на примеси ионогенных неорганических веществ: ионный обмен; электродиализ и электродеионизация; реагентная обработка; кристаллизация.
Для задач очистки воды, эта классификация полезна тем, что, определив фазово-дисперсное состояние примесей в воде и установив её принадлежность к какой-то группе, можно предварительно выбрать комплекс методов и стадий очистки воды. При этом фазово-дисперсное состояние примесей должно устанавливаться после каждой стадии обработки воды и учитываться при проектировании всей схемы водоподготовки.
Особое внимание уделяется водам с увеличенным содержанием желе-зоорганических соединений. Это поверхностные воды северной части России - воды с примесью болотных вод, имеющие в своём составе гуминовые соединения. Они характеризуются большими значениями окисляемости (от 15 до 40 мг Ог/дм3), и массовой концентрации соединений железа (от 0,8 до 2,5 мг/дм3 в пересчете на Fe). Стоит отметить малые, как правило, значения щё-лочности данных вод от 0,15 до 1,0 мг-экв/дм . В некоторых случаях щёлочность поверхностных вод может быть увеличена за счёт подпитки водоисточников грунтовыми водами.
При дозировании сульфата алюминия общая щёлочность воды уменьшается пропорционально дозе коагулянта. Из-за этого воды с малой щёлочностью и большой окисляемостью приходится подщелачивать перед дозированием коагулянта (пример: вода Онежского озера). Это приводит к удорожанию обработанной воды. Уменьшение дозы сульфата алюминия может уменьшить эффективность удаления железоорганических соединений. Для исключения подщелачивания воды в целях уменьшения числа используемых реагентов целесообразно применять основные коагулянты, например, гидро-ксихлорид алюминия.
В [9] воды применительно к коагуляции распределены на три типа в зависимости от значений общей щёлочности (таблица 1.2).
Исследования [9] типов вод проводились применительно к ВПУ объектов энергетики и предприятий «Водоканала» с применением основного коагулянта оксихлорида алюминия (ОХА) в сравнении с сульфатом алюминия (СА). По данным лабораторных испытаний вод третьего типа [9] эффективность удаления соединений железа и алюминия больше при использовании ОХА, в то же время органические соединения лучше удаляются при использовании сульфата алюминия. При этом в конкретных случаях может потре боваться применение СА с «дозой подкисления» более общей щёлочности исходной воды и уменьшение рН, недопустимое по условию защиты трубопроводов воды от коррозии.
Иногда неплохой эффект очистки воды достижим при коагуляции с уменьшенной дозой сульфата алюминия и применении флокулянта [10]. Такое возможно при хороших коагулирующей и флокулирующей способностях реагентов. Вариант коагуляции с применением флокулянта в работе [9] не рассмотрен.
Уменьшить число признаков групп (типов) вод можно, используя взаимосвязи значений параметров качества. Справочные данные [11] о качестве поверхностных вод рек Нечерноземья и Севера России свидетельствуют о положительной корреляции (см. рис. 1.1, 1.2):
их общей щёлочности и сухого остатка (следовательно, и солесо-держания);
их окисляемости и массовой концентрации соединений железа в пересчёте на Fe.
Исследование коагуляции природных вод с увеличенным содержанием железоорганических примесей сульфатом алюминия с использованием флокулянтов
Основной целью данных исследований являлось определение диапазона значений доз сульфата алюминия и рНг5 воды для её эффективной коагуляции с использованием флокулянтов, при которых наблюдается уменьшение, соответствующее требованиям [51], концентрации примесей (прежде всего органических соединений и соединений железа), находящихся в исходной воде, то есть получение качественно осветленной воды.
3.1.1 Лабораторные исследования коагуляции сульфатом алюминия с использованием флокулянтов на модельных растворах, имитирующих воды с увеличенным содержанием железоорганических соединений Показатели качества модельных растворов, использованных в лабораторных опытах, приведены в таблице 3.1. Модельный раствор относился по принятой классификации к водам второго типа.
Модельные растворы готовились путём настаивания водопроводной воды на торфе. Такое настаивание используется для приготовления вод, имитирующих поверхностные воды с увеличенным содержанием «гуматнои» железоорганики. Коагуляция проводилась в следующих условиях: температура обрабатываемой воды при термостатировании - (30±1) С; продолжительность коагуляции до отбора пробы - 60 минут; дозы коагулянта сульфата алюминия - 1,0; 1,3; 1,6; 1,9; 2,2; 2,5 мг-экв/дм3; доза флокулянта - 0,2 мг/дм3. Отбор проб коагулированной воды из мерных цилиндров вместимостью 1000 см 3производился с глубины 5 см с помощью сифона.
Значения рН25 коагулированной воды, равные 5,5±0,1 и 6,9±0,1, устанавливались при подборе доз корректирующих реагентов (серной кислоты или гидроксида натрия). Значение pH25 коагулированной воды, равное 6,9±0,1, соответствует условию уменьшения коррозионной опасности для тракта коагулированной воды. Значение рН25 коагулированной воды, равное 5,5±0,1, находится в середине диапазона значений рН25, рекомендованных [10] для коагуляции маломинерализованных природных вод с большим содержанием органики.
В испытаниях использованы флокулянты фирмы General Elektric, имеющие характеристики, приведённые в таблице 3.2.
На рисунках 3.1-3.5 приведены показатели качества коагулированной воды, полученной в результате лабораторной обработки исходной воды (см. таблицу 3.1) с окисляемостью 23,4±1,4 мг О2/ДМ3 сульфатом алюминия без флокулянта и с различными флокулянтами.
Средние эффективности удаления соединений железа и органических соединений при коагуляции сульфатом алюминия с дозами 1,0; 1,3; 1,6; 1,9; 2,2; 2,5 мг-экв/дм3 при использовании флокулянтов (доза флокулянта 0,2 мг/дм ) с различными знаком и относительной плотностью заряда при рН25 коагулированной воды, равном 6,9 (при коагуляции в аналогичных условиях без флокулянта эффективность уменьшения окисляемости составила 42 %, а эффективность уменьшения концентрации соединений железа - 44 %. Данные рис.3.1 позволяют заключить, что:
коагуляция модельной воды при дозе сульфата алюминия более 1,5 мг-экв/дм нецелесообразна. Увеличение этой дозы более 1,5 мг-экв/дм не приводит к улучшению качества коагулированной воды;
уменьшение рН25 коагулированной воды от 6,9 до 5,5 существенно увеличивает эффективность её коагуляции (по окисляемости не менее, чем на 25 %). Подкисление серной кислотой воды для коагуляции в практических условиях может оказаться экономически оправданным: в настоящее время рыночная цена серной кислоты меньше рыночной цены сульфата алюминия.
Из анализа данных (рис. 3.2, 3.3 и 3.6) следует, что требуемое [51] уменьшение окисляемости воды, характеризующей загрязнённость воды органическими примесями, достигается в лабораторных условиях при её коагулировании сульфатом алюминия при рНг5, равном 6,9, со всеми рассмотрен ными флокулянтами. В наибольшей степени содержание органических соединений в воде уменьшается при использовании катионоактивных и анио-ноактивных флокулянтов с относительной плотностью заряда от 30 до 50 %. Вероятной причиной этого при малых относительных плотностях заряда может являться их недостаток, а при больших плотностях заряда - избыток этих зарядов, приводящий к смещению потенциалов коллоидных частиц.
Практическая симбатность зависисимостей (рис. 3.5) эффективности коагуляции воды, определённой по уменьшению окисляемости и концентрации соединений железа, от относительной плотности зарядов флокулянтов указывает на преобладающее присутствие последних в виде железоорганиче-ских комплексов.
Из анализа данных рис. 3.2-3.6 следует, что при использовании анио-нактивных флокулянтов эффективность обезжелезивания воды, настоянной на торфе, более, чем при использовании катионоактивных флокулянтов. Наибольшие значения этой эффективности достигаются при относительной плотности заряда в диапазоне от 30 до 50 % и составляют для анионактивных и катионактивных флокулянтов, соответственно, 70 и 60 %.
Эффективность удаления соединений железа, входящих в состав гу-матных коллоидов с отрицательным потенциалом, уменьшена при малой относительной плотности заряда флокулянта. Избыточная относительная плотность заряда флокулянта приводит к уменьшению эффективности удаления соединений железа. Особо малоэффективно применение катионоактивных флокулянтов с большой относительной плотностью заряда, причём наихудший результат коагуляции получен при использовании катионоактивного флокулянта СР 1157.
Применение неионогенного флокулянта оказалось малоэффективным: в сравнении с коагуляцией без такого флокулянта эффективность удаления органических соединений больше, но эффективность удаления соединений железа меньше.
Условия и результаты лабораторных опытов по подавлению флотации шлама с использованием воздушной барботажной дегазации воды
Условия и результаты опытов по подавлению флотации шлама с использованием воздушной барботажной дегазации воды при коагуляции соответствуют условиям коагуляции в осветлителе типа SK (Германия), не имеющем конструктивно выделенного элемента с функцией водухоотделения, и приведены в приложении П 4 (табл. П.4.1).
Исходной водой для проведения испытаний являлась вода р. Шексна (тип 2) после:
- ввода сульфата алюминия, отобранная на входе в осветлитель. Доза сульфата алюминия является его эксплуатационной дозой и равна 0,85 ±0,10 мг-экв/дм ;
- ввода сульфата алюминия и флокулянтов: катионактивного Праестол 853 ВС или анионактивного Праестол 2530 TR, отобранная на входе в осветлитель (о подборе флокулянтов см. главу 3. Доза флокулянта 0,2 мг/дм3);
- исходная вода с дозировкой в цилиндр (имитатор осветлителя) сульфата алюминия и флокулянтов Праестол 853 ВС или Праестол 2530 TR.
На основании данных, представленных в таблице П 4.1, определено влияние продолжительности воздушного барботажа на массовую концентрацию свободной углекислоты в пробе. Длительность барботажной обработки воды ограничена реальными возможностями технологической схемы предварительной очистки воды на ТЭЦ-ПВС ОАО «Северсталь». Результаты исследований приведены на рис. 4.4.
На основании опытных данных (рис. 4.4) установлено, что:
при увеличении продолжительности воздушной барботажной аэрации воды, предварительно обработанной сульфатом алюминия, и удельного расхода воздуха на неё происходит двух-трёх-кратное уменьшение массовой концентрации в воде свободной углекислоты. В опытных условиях не достигнуто уменьшение массовой концентрации в воде свободной углекислоты до равновесного значения (см. рис. 4.7);
при вводе коагулянта одновременно с началом воздушного барботажа относительное (по отношению к исходной концентрации) значение эффекта удаления свободной углекислоты из воды уменьшается примерно на 121 %. Это обусловлено незавершённостью процесса гидролиза коагулянта и газовыделения свободной углекислоты.
Условия коагуляции и барботажной обработки воды воздухом описаны в приложении П 4 табл. П 4.1. На рис. 4.5 и 4.6 представлены зависимости объёмов образующегося осевшего и всплывшего (при его наличии) шлама от времени отстаивания пробы при различной продолжительности барботажной обработки проб воды воздухом. В первом случае (см. рис. 4.5) барботажный воздух подавался в пробу воды, содержащей коагулянт и отобранной из трубопровода подачи воды в осветлитель. Таким образом, в данном случае бар-ботаж осуществлялся практически после завершения гидролиза коагулянта. Во втором случае (см. рис. 4.6) барботаж был начат одновременно с вводом коагулянта в цилиндр. На рис. 4.5, 4.6 указана последовательность и длительность операций:
15П означает 15-секундное перемешивание пробы воды в цилиндре;
15Б, ЗОБ, 45Б, 60Б, 90 Б означают 15-, 30-, 45-, 60-, 90-секундный воздушный барботаж;
ТСА - дозирование сульфата алюминия в трубопровод исходной воды;
ЦСА - дозирование сульфата алюминия в цилиндр с исходной водой;
АФЛ — дозирование анионактивного флокулянта;
КФЛ - дозирование катионактивного флокулянта.
Момент начала отстаивания совпадал с моментом прекращения всех операций обработки воды: ввода коагулянта, барботажа, ввода флокулянта, перемешивания.
Примечание к рис. 4.5
1 При коагуляции воды в отсутствие флокулянта (нижняя кривая) и малом времени барботажа воздуха объём осевшего шлама мал. В объёме воды над осевшим шламом содержится много мелких частиц неосевшего шлама.
2 При коагуляции воды в присутствии флокулянта (верхние кривые) в осадок переходит весь шлам. В объеме воды над осевшим шламом отсутствуют видимые частицы неосевшего шлама.
3 Объёмная доля шлама, отстоявшегося в цилиндре с водой, составляет от 7,5 до 10 % от начального объёма воды в цилиндре в зависимости от длительности барботажа.
Зависимость объёма шлама (см ) от режимов реагентной обработки, воздушного барботажа (начало ввода коагулянта, и начало барботажа совпадают во времени) и длительности отстаивания воды Примечание к рис. 4.6
1 При коагуляции воды в отсутствие флокулянта и при малом времени барботажа 15 с (нижние кривые) объём осевшего шлама мал. В объёме воды над осевшим шламом содержится много мелких частиц неосевшего шлама.
2 При коагуляции воды в присутствии флокулянта (верхние кривые) и при увеличенном времени барботажа (не менее 30 с) в осадок переходит весь шлам. В объёме воды над осевшим шламом отсутствуют видимые частицы неосевшего шлама.
3 Объёмная доля шлама, отстоявшегося в цилиндре с водой, составляет от 7,5 до 10 % от начального объёма воды в цилиндре и не зависит от длительности барботажа.
Графические данные рис. 4.5 и 4.6 показывают, что:
барботажная дегазация воды при удельном расходе воздуха не менее 1,5 м /м (длительность барботажа не менее 30 с) обеспечивает подавление флотации шлама. Для практических условий целесообразно принять увеличенные в запас надёжности длительность барботажа 45 с и удельный расход воздуха на барботаж 2,25 м /м . Данная рекомендация согласуется с выводами [10] о преимущественном влиянии на осветление воды интенсивности аэрирования а не его длительности. Эффективная дегазации воды создаёт условия для лучшего её осветления;
при начале барботажа одновременно с вводом коагулянта (раннее начало барботажа) достигается позднее осаждение шлама, что может быть объяснено преобладанием скорости зарождения флоккул над скоростью их роста.
При начале барботажа после завершения ввода коагулянта (позднее начало барботажа) достигается раннее осаждение шлама:
объёмная доля уплотнённого шлама в случае с ранним началом барботажа несколько больше, чем в случае с поздним началом барботажа;
больше шлама образуется при продолжительности барботажа 45 сек.
При барботаже воздухом 15 сек. и при его отсутствии завершение осаждения шлама наступает позднее, спустя 15 минут от начала отстаивания, что на 5 минут больше, чем при более длительном времени барботажа.
При определении условий дегазации (декарбонизации) воды любым методом, в общем случае, и барботажной дегазации, в частности, приходится учитывать её влияние на рН воды и, следовательно, на коагуляцию, на размеры флоккул, частиц шлама. При декарбонизации и увеличении рН воды увеличивается скорость зарождения частиц шлама и уменьшаются их геометрические размеры (см. выше и [10]). Негативное влияние измельчения частиц шлама на результат коагуляции в осветлителе вследствие барботажной декарбонизации воды устранимо применением флокулянта, а положительный эффект декарбонизации - подавление флотации шлама - неоспорим.
Основные результаты опытно-промышленных исследований и выводы по ним
На основании результатов опытно-промышленных исследований коагуляции вод с увеличенным железосодержанием типов 1, 2, 3 сульфатом алюминия в горизонтальных осветлителях SK и вертикальных осветлителях ЦНИИ-3 получены зависимости показателей эффективности коагуляции от её режимов.
Зависимость массовых долей выноса шлама, определённых по окисляе-мости вод и концентрации соединений железа и алюминия, от скорости подъёмного движения воды в зоне взвешенного шлама представлена на рис. 5.20,5.21,5.22.
Зависимость массовой доли выноса шлама от скорости подъёмного движения воды для горизонтальных осветлителей SK и вертикальных осветлителей ЦНИИ-3 (расчёт по
Зависимость максимальной допустимой скорости подъёмного движения воды в зоне взвешенного шлама от типа вод с увеличенным железосодержа-нием приведена на рис. 5.23.
Вертикальный осветлитель ЦНИИ-3 без тонкослойного сепаратора Горизонтальные осветлители типа SK с ш тонкослойным сегаратором
Максимальные допустимые скорости подъёмного движения воды в горизонтальных осветлителях SK и вертикальных осветлителях ЦНИИ-3 5.5.2 В опытно-промышленных исследованиях установлено следующее.
5.5.2.1 Основной причиной ухудшения качества коагулированной воды является вынос шлама: гидравлический и флотационный. Это подтверждается симбатностью зависимостей окисляемости, концентраций соединений железа и алюминия от факторов выноса шлама.
5.5.2.2 При коагуляционной обработке маломинерализованных вод типа З в отсутствие флокулянта несмотря на отсутствие флотации шлама увеличен его гидравлический вынос из-за малых линейных размеров флоккул даже при рН25 воды в интервале от 5,0 до 6,0. При этом МД СПДВ составляет 1,6 м/ч. Для увеличения МД СПДВ и располагаемой производительности осветлителя требуется использование флокулянта.
5.5.2.3 При коагуляционной обработке вод типа 2 без применения флокулянта реконструкция осветлителя с установкой системы сбора всплывшего шлама увеличивает его МД СПДВ от 2,3 до 3,4 м/с (увеличение располагаемой производительности на 48 %).
Использование подбираемого опытным путём флокулянта обеспечивает дополнительное увеличение МД СПДВ реконструированного осветлителя от 3,4 до 4 м/ч, что соответствует дополнительному увеличению его располагаемой производительности на 18 %).
5.5.2.4 Для подавления флотационного выноса шлама из горизональных осветлителей наряду с другим способом эффективной дегазации может быть использована аэрация воды с интенсивностью подачи воздуха в барботажную зону до 2,25 дм3/(ч дм3) в течение 90 с.
5.2 При коагуляционной обработке вод типа 1 в вертикальном осветлителе без тонкослойного сепаратора:
перенос штуцера ввода коагулянта в точку на трубопроводе исходной воды за 50-60 м перед воздухоотделителем позволит существенно уменьшить риск флотации шлама и обеспечит получение коагулированной воды надлежащего качества;
применение флокулянта при условии переноса штуцера ввода коагулянта позволит увеличить МД СПДВ и располагаемую производительность осветлителя на 30 %.
5.2 Оптимальные значения доз сульфата алюминия при коагуляции:
маломинерализованных вод типа 3 менее рекомендуемых ориентировочно (0,07 Ок), что подтверждается большим значением удельной сорбционной ёмкости шлама 2,24 г/г по органической массе;
вод типов 2 и 1 более рекомендуемых ориентировочно (0,07 Ок), что подтверждается меньшим значением удельной сорбционной ёмкости шлама от 1,3 - 1,5 до 0,7 - 1,0 г/г по органической массе.
Потребность в сульфате алюминия при коагуляционной обработке вод типов 2 и 1 можно уменьшить при использовании серной кислоты. Дозу серной кислоты принять приблизительно равной разности между оптимальной дозой сульфата алюминия для режима без подкисления и рекомендуемой ориентировочно дозой (0,07 Ок) и уточнить в лабораторном и промышленном эксперименте.
