Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 8
1.1. Характеристики природных источников водоснабжения 8
1.2. Органические вещества как основные загрязняющие компоненты поверхностных вод 20
1.3. Обесцвечивание природных вод с помощью гидролизующихся коагулянтов 28
1.4. Основные физико-химические закономерности процессов коагуляции и гетерокоагуляции 32
1.5. Коагулянты и свойства продуктов гидролиза 37
1.6. Теоретические основы фильтрования малоконцентрированных суспензий 46
1.7. Интенсификация контактного осветления природных вод с помощью реагентной обработки 60
2. Экспериментальная часть 67
2.1. Объекты исследования и характеристика реагентов, используемых в работе 67
2.2. Методики проведения экспериментов по определению технологических параметров процесса контактного осветления 75
2.3. Закономерности процессов контактною осветления и обесцвечивания природных вод, обработанных коагулянтами различной основности 83
2.3.1. Влияние основности солей алюминия на параметры фильтрования 83
2.3.2. Отличия в процессах обесцвечивания высокоосновными и средними солями алюминия 94
2.3.3. Влияние физико-химических свойств природных вод на эффективность выделения органических веществ коагулянтами различной основности 101
2.4. Влияние флокулянтов на изменение параметров фильтрования при контактном осветлении поверхностных вод 105
2.5. Влияние модифицированных природных алюмосиликатов на параметры фильтрования при контактном осветлении поверхностных вод 120
2.6. Закономерности процесса контактного осветления при комбинированном использовании реагентов 129
3. Технологическая часть 140
Выводы 173
Список литературы 175
- Основные физико-химические закономерности процессов коагуляции и гетерокоагуляции
- Интенсификация контактного осветления природных вод с помощью реагентной обработки
- Отличия в процессах обесцвечивания высокоосновными и средними солями алюминия
- Влияние модифицированных природных алюмосиликатов на параметры фильтрования при контактном осветлении поверхностных вод
Введение к работе
Актуальность проблемы. Фильтрация через зернистый слой при подготовке воды для питьевого водоснабжения повсеместно используется как в качестве завершающего этапа очистки, так и в качестве самосюятельною метода (контактное осветление). Эксплуатация фильтровальных сооружений является дорогостоящим и сложным процессом, в связи с чем оптимизация работы фильтров и контактных осветлителей не теряет своей значимости.
Одним из наиболее распространенных способов повышения эффективности процесса контактного осветления является применение различных коагулянтов и флокулянтов. Однако, несмотря на большую номенклатуру этих реагентов, с их помощью не всегда гарантируется успешное проведение процесса.
В соответствии с рекомендациями СНиП 2.04.02-84 применение контактного осветления для очистки маломутных цветных вод эффективно при цветности исходной воды, не превышающей 120 по шкале цветности. Однако, уже при очистке воды, обладающей цветностью более 70 - 80 градусов, грязевая нагрузка на контактные осветлители возрастает настолько, что продолжительность фильтроциклов становится недопустимо малой (менее 8 часов), и, как следствие, резко снижаются технико-экономические показатели процесса очистки. При этом не всегда достигается требуемое качество очистки воды по таким показателям, как окисляемость, мутность, остаточное содержание алюминия, железа. Особенно это характерно для периодов весеннего половодья и летней межени, в течение которых происходит значительное повышение концентрации загрязняющих веществ в воде.
Масштабы применения методов реагентной обработки увеличиваются, быстро растет ассортимент коагулянтов и флокулянтов, однако сведения об их влиянии на процессы контактного осветления малочисленны и противоречивы, а физико-химические закономерности эгих процессов изучены недостаточно. В настоящее время вопросы совершенствования технологических процессов очистки маломутных цветных вод особенно актуальны.
4 Основная цель работы. Целью данного исследования явилось оценка влияния
широкого спектра новых реагентов (коагулянтов, флокулянгов, а также коллоидных модифицированных алюмосиликатов) на параметры контактною осветления; разработка методов реагентной обработки маломутных цветных вод, обеспечивающих высокое качество получаемой питьевой воды и повышающих производительность контактных осветлителей.
Объекты и методы исследования. Объектами исследования являлись полученные в ходе работы алюминий содержащие коагулянты различной основности и анионного состава, модифицированный природный монтмориллонит с регули-руемыми сорбционными и флоккулирующими свойствами, а также ряд синтетических флокулянтов, применяемых в практике водонодготовки. Лабораторные испытания проводились на природных водах Верх-Исетского водохранилища, реки Чусовой. При проведении исследований использовали физико-химические методы: фотоэлектроколориметрию, нефелометрию, методы аналитической химии. В работе использовался метод многофакторного планируемого эксперимента, в рамках которого проводилась сгатистическая обработка данных на ПВЭМ в программе «STATISTICA for windows г 6». Задачи исследования.
Выявить закономерности процессов контактного осветления поверхностных вод при использовании солей алюминия различной основности.
Изучить влияние флокулянтов и алюмосиликатных гидрозолей на свойства коагулированной взвеси и эффективность ее выделения методом контактного осветления.
Определить принципы выбора реагентов для повышения качества очистки воды и удлинения фильтроциклов.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- установлено влияние основности солей алюминия на параметры фильтрования и структурно-механические свойства осадка, накапливаемого в норовом пространстве фильтрующей загрузки;
установлен характер влияния природы синтетических флокулянтов и алю-мосиликатных гидрозолей на параметры фильтрования;
разработаны принципы выбора реагентов при проведении процессов контактного осветления;
разработаны методы повышения эффективности процесса контактного осветления маломутных цветных вод при совместном использовании коагулян-тов, флокулянтов и алюмосиликатных гидрозолей.
Практическая ценность работы
заключается в использовании разработанного технолоіическою регламента комбинированной реагентной обработки маломутных цветных вод, обеспечивающей проведение процесса контактного осветления с продолжительным временем фильтрования и получение стандартного качеством питьевой воды не зависимо от сезонных колебаний концентрации загрязняющих веществ в исходной воде.
Реализация результатов работы Разработанный технологический регламеш внедрен в постоянную эксплуатацию на фильтровальной станции «Маяк» г. Полевской. Изменение технологического режима позволило довести производительность блоков контактного осветления на станции до проекшых значений. В период весеннего половодья и летней межени качество очищенной воды с запасом соответствует требованиям нормативных документов. На стадии рабочего проектирования находится технология очистки воды Верхне-Выйского водохранилища для нужд питьевого водоснабжения г. Нижний Тагил. Положения, выносимые на защиту.
закономерности процесса контактного осветления малому гных, цветных вод, коагулированных солями алюминия различной основности;
принцип определения доз реагентов, позволяющих изменять свойства коагулята для обеспечения равенства времени защитного действии фильтрующей загрузки продолжительности исчерпания располагаемого напора;
- метод реагентной обработки маломутных цветных вод, позволяющий получать коагулят с заданными свойствами и обеспечивающий нормативное качество питьевой воды. Публикации и апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на научно-практической конференции «Промышленная экология» (г. Челябинск, 2000 г.), на VI международном симпозиуме-выставке «Чистая вода России 2001» (г. Екатеринбург, 2001 г.), на VII международном симпозиуме-выставке «Чистая вода России 2003» (г. Екатеринбург, 2003 г.) По теме работы опубликовано 5 статей и 6 тезисов. Структура и объем диссертации.
Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы из 138 наименований и 3 приложений. Материал работы изложен на 206 страницах машинописного текста, содержит 53 рисунка, 31 таблицы.
Во введении дано обоснование актуальности диссертационной работы, изложены научная новизна и практическая значимость работы, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.
Первая глава представляет собой обзор литературы, в котором приведены сведения о характеристиках источников питьевого водоснабжения, классификации загрязнений природных вод, об их компонентном и фазово-дисперсном составе. Описаны процессы гидролиза, коагуляции, гегерокоагуляции и взаимодействия коагулянтов с органическими веществами поверхностных вод. Рассмотрены теоретические основы процесса контактного осветления, а также известные способы его интенсификации.
Во второй главе приведено описание свойств, используемых в работе реагентов, представлены результаты экспериментальных исследований, направленные на разработку методов интенсификации процессов контактного осветления маломутных цветных вод.
В третьей главе (технологическая часть) дано описание технических решений по реагентной обработке маломутных цветных иод, позволяющих достичь продолжительных фильтроциклов с обеспечением высокого качества фильтрата
7 при контактном осветлении в неблагоприятные периоды года по качеству исходной воды.
Приведены результаты опытно-промышленных испытаний на контактных осветлителях фильтровальной станции «Маяк» (г. Полевской).
В заключении приведены выводы по всем разделам экспериментальной и технологической части данной работы.
Основные физико-химические закономерности процессов коагуляции и гетерокоагуляции
Процесс укрупнения дисперсных частиц за счет их взаимодействия и объединения в агрегаты называется коагуляцией [9]. Вещества, способные вызывать коагуляцию в водоподготовке называют коаіулянтами. Коагулянты представляют собой соединения, гидролизующиеся в воде с образованием различных коагуляционных структур, обладающие высокими адсорбционными и адгезионными свойствами [2]. Последние не только вызывают коагуляцию частиц загрязнений, но и образуют, гидролизуясь, малорастворимые продукты, способные объединяться в крупные хлопья. Обработка воды коагулированием производится добавлением к ней минеральных солей с гидролизующимися катионами, анодным растворением металлов или простым изменением рН среды, если в обрабатываемой воде (сточной жидкости) уже содержится в достаточном количестве катионы, способные образовывать при гидролизе малорастворимые соединения.
При растворении в воде коагулянтов образуются коллоидные растворы гидроокисей соответствующих металлов. Современные представления о строении коллоидных частиц основываются на адсорбционном механизме возникновения коллоидных мицелл, а также на учете возможных химических взаимодействий при их формировании. Возникновению коллоидных частиц предшествует формирование агрегатов (зародышей) из молекул, атомов или ионов вещества, составляющего дисперсную фазу. На поверхности зародышей адсорбируются ионы, способные достраивать его кристаллическую решетку - иоген-циалопределяющие ионы. Агрегат молекул вместе с потенциалопределяющими ионами составляет электрически заряженное ядро мицеллы. К заряженному ядру из окружающего раствора притягиваются ионы противоположного знака, компенсирующие заряд иотенциалопределяющих ионов. На поверхности твердой фазы формируется двойной электрический слой (ДЭС), внутреннюю об 33 кладку которого составляют потенциалопределяющие ионы, а внешнюю - про тивоионы. В целом электронейтральный комплекс называется мицеллой.
Из строения мицелл следует, что коагулирующим действием обладают ге ионы, заряд которых противоположен заряду частиц (коагулирующие ионы). Чтобы вызвать коагуляцию золя, необходимо превысить некоторую концен грацию ионов-коагуляторов - порог коагуляции. Согласно экспериментальным данным, величина порога зависит от концентрации золя и некоторых других условий. Например, чем выше концентрация золей А1{ОН)г и Я (Ш),, тем выше и порог их коагуляции. Теоретически обосновано уменьшение пороговой концентрации с увеличением радиуса частиц коллоидной системы при значениях дзета-потенциала 25 мВ [54]. Поэтому значение порога коагуляции служит лишь относительной характеристикой эффективности коагулирующих ионов по отношению к данному золю.
Согласно правилу Шульце - Гарди, обоснованному теоретически Деря-гиным, коагулирующая сила иона тем больше, чем выше его валентность. 11о экспериментальным данным, собранным Овербеком, соотношение пороговых концентраций одно-, двух-, трех- и четырехвалентных анионов для золя А1(ОН)ъ составляет 1 : 0,012 : 0,0015 : 0,0010, а одно- и двухвалентных анионов для золя Fe(OH)3-\ :0,018.
В настоящее время общепринята физическая теория коагуляции лиофоб-ных золей Дерягина - Ландау - Фервея - Овербека [55, 56], в которой степень устойчивости системы определяется из баланса молекулярных и электростатических сил. Данная теория позволила объяснить целый ряд коллоидно-химических явлений.
Физическая теория различает два типа коагуляции: концентрационную, при которой потеря устойчивости частиц связана со сжатием двойного электрического слоя; неитрализационную, когда наряду со сжатием двойного слоя уменьшается потенциал Штерна ц
Концентрационная коагуляция характерна для сильно заряженных частиц и высоких концентраций электролита. Чтобы объяснить механизм концентра 34 ционной коагуляции, нужно помнить, что чем выше потенциал р\, тем сильнее противоионы притягиваются к поверхности частиц и своим присутствием экранируют рост электрического поля. Поэтому при высоких значениях (р\ силы электростатического оггалкивания между частицами не возрастают безгранично, а стремятся к некоторому конечному пределу. Этот предел достигается при ср\ более 250 мВ. Отсюда следует, что взаимодействие часгиц с высоким ф\ не зависит от величины этого потенциала, а определяется только концентрацией и зарядом противоионов.
По мере увеличения концентрации электролита величина \ снижается, а ср\ практически сохраняет свое значение. Соответствие между степенью устойчивости и отсутствует. Если концентрация электролита мала, на результирующей кривой энергии взаимодействия частиц имеется высокий энергетический барьер. По мере повышения концентрации электролита происходит сжатие ДЭС и радиус действия сил электростатического оггалкивания постепенно уменьшается до области, где уже достаточно велики силы притяжения и может произойти коагуляция частиц. Теория дает следующую величину порога концентрационной коагуляции: где: Ск - константа, слабо зависящая от отношения зарядов катиона и аниона электролита; с - диэлектрическая проницаемость среды раствора; А - константа, характеризующая молекулярное притяжение частиц; е - заряд электрона; z, -валентность противоиона. При малых концентрациях электролита, когда толщина диффузного слоя велика, значения р\] и близки. Поэтому значение при нейтрализационной коагуляции достаточно характеризует степень устойчивости золя.
Интенсификация контактного осветления природных вод с помощью реагентной обработки
Представленные данные свидетельствуют о том, что степень полимеризации алюминия в растворах основных хлоридов и сульфатов алюминия значительно увеличивается с ростом основности коагулянтов и снижением концентрации их растворов. Природа аниона играет значительную роль, поскольку даже в растворах коагулянтов близких модулей основности при одинаковых величинах рН системы и содержания в ней алюминия максимальное количество высокомолекулярных комплексов наблюдается в случае основных хлоридов алюминия.
Параметры частиц и их агрегатов, формирующихся в воде при внесении в нее гидролизующихся коагулянтов, в значительной степени зависят от предис-тории, формы нахождения алюминия в рабочих растворах коагулянтов [83]. Уменьшение концентрации рабочих растворов основных солей алюминия способствует увеличению электрокинетического потенциала продуктов гидролиза, а в случае применения в качестве коагулянта сульфата алюминия заряд частиц гидроокиси от концентрации не зависит. Существенным образом на величину - потенциала продуктов гидролиза основных солей влияет рН системы [52, 84, 85]. Увеличение рН приводит к снижению - потенциала продукюв гидролиза основных сульфатов и хлоридов алюминия с перезарядкой в области рН 10,75 - 11,25 и 10,25 - 10,75 соответственно. Обнаружено также, что повышение щелочности приводит к снижению - потенциала частиц продуктов гидролиза основных солей алюминия вплоть до перезарядки при щелочное і и более 4 ммоль/дм3.
Увеличение основности солей алюминия приводит к образованию потен-циалоиределяющих катионов алюминия с большим положительным зарядом и большим количеством структурной воды. Хемосорбция последних на поверхности частиц гидроксида приводит не только к увеличению - потенциала, но и к увеличению гидрофильных центров на их поверхности. В работе [83] показано, что с ростом основности сульфатов и хлоридов алюминия количество структурной воды в составе осаждаемых гидроксидов возрастает. Количество связанной воды в продуктах гидролиза также возрастает с уменьшением концентрации рабочих растворов основных солей алюминия, а гакже с увеличением рН системы. Увеличение ионной силы раствора способствует уменьшению гидратации последних.
Методом определения величины адсорбции метиленового голубою на поверхности частиц гидроокиси установлено, чго увеличение основности солей алюминия способствует образованию первичных агрегатов меньших размеров и соответственно увеличению удельной поверхности продуктов гидролиза [86 - 88]. Используя метод нелинейной лазерной диагностики, авторы оценили влияние основности солей алюминия на плотность образующихся агрегатов, которая возрастает с уменьшением основности.
Экспериментально полученные закономерности изменения электрокинетического потенциала, гидратации и размеров первичных часгиц и агрегатов продуктов гидролиза солей алюминия от условий их формирования позволили изучить механизм их взаимодействия в процессе коагуляции. Протекание процесса коагуляции [89] происходит в две стадии: вначале - агрегация первичных частиц, составляющих единицы нанометров, а затем - первичных агрегатов радиусом в несколько микрон. Из рассчитанных потенциальных кривых парного взаимодействия первичных частиц, формирующихся в различных условиях, следует, что процесс коагуляции происходит в результате ближнего взаимодействия и является необратимым. Кривые взаимодействия характеризуются небольшим потенциальным барьером ( 2,5 кТ), глубоким первичным минимумом, достигающим нескольких кТ, и отсутствием вторичного минимума. Отличительной чертой взаимодействия первичных агрегатов является наличие довольно глубокого вторичного минимума ( 4 - 15 кТ) и высокого потенциального барьера. Поэтому наиболее вероятным в данном случае является процесс коагуляции в дальнем потенциальном минимуме по безбарьерному механизму [89].
Фильтрация суспензий через пористую среду особенно часто используеі-ся в технике для отделения твердых частиц от жидкости с целью очистки растворов. Технологический процесс разделения твердой и жидкой фазы на фильтрах называется фильтрованием. Различают фильтрование с образованием осадка и без образования осадка на поверхности пористой среды. Первый вид фильтрования характерен для концентрированных суспензий, а второй для малоконцентрированных. В практике водоподготовки при очистке воды от взвешенных веществ фильтрование осуществляют через слой зернистого материала с накоплением осадка в поровом пространстве. Осветление воды путем фильтрования является основным рабочим процессом фильтров и контактных осветлителей. Осветление воды при фильтровании имеет физико-химическую природу и объясняется прилипанием взвешенных частиц к зернам загрузки и ранее прилипшим частицам под действием молекулярных сил притяжения Ван-дер-Ваальса [90].
Прилипание мельчайших дестабилизированных частиц, присутствующих в воде, к поверхности фильтрующего материала без предварительной агрегации твердой фазы получило наименование контактной коагуляции. Этим термином подчеркивается то, что процесс коагуляции протекает на макроповерхности зернистого материала. Аппараты, для очистки воды с использованием явления контактной коагуляции, называются контактными осветлителями.
В контактных осветлителях вода, обработанная коагулянтом, поступает на фильтрование, не подвергаясь флокуляционному перемешиванию. За короткий промежуток времени между обработкой воды и ее поступлением в контактные осветлители успевают образовываться только микрохлопья. В дальнейшем коагуляция дисперсной фазы происходит в фильтрующей загрузке. Поступающие в зернистую загрузку микрохлопья интенсивно прилипают к макроповерхности, образуя осадок в поровом пространстве.
Отличия в процессах обесцвечивания высокоосновными и средними солями алюминия
В случае применения минеральных коагулянтов интересным является прерывистое коагулирование. Эффективность метода обусловлена более полным использованием адсорбционной емкости продуктов гидролиза коагулянтов. Потребность в коагулянтах снижается в 1,3 - 2 раза, увеличивается продолжительность фильтроцикла, снижается расход промывных вод [118, 119].
Большое значение в процессе фильтрования имеют структурно механические свойства осадка, образующегося в поровом пространстве [120]. Применение флокулянтов позволяет в значительной степени изменять эти свойства. Силы адгезии полимеров с твердыми частицами значительно больше сил Ван-дер-Ваальса, обуславливающих прилипание частиц друг к другу. Поэтому образующийся в поровом пространстве и содержащий полимер осадок является более прочным и труднее разрушается гидродинамическими силами потока воды, и, следовательно, медленнее продвигается в толщу фильтрующей загрузки [121]. Изучение динамики фильтрования на фильтрах большой высоты показало, что введение флокулянтов помимо улучшения качества фильтрата приводит, с одной стороны, к увеличению грязеемкость загрузки и времени защитного действия, а с другой - к возрастанию темпа прироста потери напора и сокращению времени достижения предельной потери напора [122].
С целью повышения эффективности работы контактных осветлителей место вводы флокулянтов необходимо выбирать по возможности ближе к фильтрующей загрузке. Разрыв во времени ввода коагулянтов и флокулянтов должен составлять 2-3 минуты в зависимости от температуры очищаемой воды.
Особое влияние на динамику фильтрования оказывает условия смешения флокулянта с водой. Максимальное время защитного действия фильтрующей загрузки наблюдалось при внесении ПАА непосредственно перед загрузкой, когда процесс образования хлопьев происходил внутри загрузки с образованием наиболее прочного осадка. Предварительное хлопьеобразование отрицательно сказывается на продолжительности времени защитного действия фильтрующей загрузки [123]. В работе [124] показано, что режим перемешивания воды с реагентами оказывает существенное влияние на динамику контактного осветления. Усыновлено, что при увеличении среднего градиента скорости перемешивания интенсивность прилипания коагулированной взвеси сначала возрастает, а заіем уменьшается. Скорость продвижения осадка вглубь загрузки наоборот, сначала уменьшается, а при дальнейшем увеличении интенсивности предварительного перемешивания увеличивается. Оптимальная интенсивность перемешивания воды с реагентами соответствует среднему градиенту скорости перемешивания в диапазоне 60 - 80 с"1.
Оптимизация режима смешивания воды с реагентами позволяет увеличить время защитного действия контактных осветлителей на 50 - 60% и снизить расход коагулянта 30% [124].
Усиление структурно-механических свойств осадка вследствие применения высокомолекулярных флокулянтов позволяет использовать в качестве фильтрующей загрузки крупнозернистые материалы. Увеличение объема пор фильтрующего слоя приводит к снижению темпов прироста потери напора и удлинению времени защитного действия фильтров и контактных осветлителей [125].
В настоящее время для очистки воды предлагается большое количество различных коагулянтов и флокулянтов отечественного и зарубежного производства, однако сведения об их эффективности противоречивы. Так, из результатов моделирования процесса контактного осветления воды р. Невы с применением коагулянтов различной основности следует, что в сравнении с традиционным коагулянтом (сульфатом алюминия) наиболее зффекіивно использование оксихлоридов алюминия низкой основности, которые обеспечивают высокое качество очистки и максимальную продолжительность фильтроциклов [71]. По мнению других исследователей [73] именно сульфат алюминия обеспечивает максимальную продолжительность фильтроциклов по качеству фильтрата. В статье [73] отмечается, что флокулянты серии «Магнофлок» и «Супер-флок» с достаточно высокой молекулярной массой и различной величиной анионного и катионного заряда наиболее эффективны в качестве микродобавок к оптимальной дозе коагулянта в количествах 0,01 - 0,1 мг/дм3.
Флокулянты катионного типа со средним значением молекулярной массы полимера (300 000 у. е.) и большой величиной заряда могут быть использованы полностью или частично вместо коагулянта. К такому типу флокулянтов относятся отечественные «ВПК-402», «КФ-91» и зарубежные - «Магнофлок LT-31» и «Суиерфлок С-573». Применение этих флокулянтов позволяет увеличить продолжительность фильтроциклов контактных осветлителей на 30% [126]. Предполагается, что это связано с изменением структуры хлопьев и скоростью их проникновения вглубь загрузки.
К методам интенсификации работы фильтров и контактных осветлителей с помощью реагентов относят также периодическую обработку растворимыми реагентами фильтрующего слоя с целью изменения поверхностной струкгуры загрузки. Путем модификации поверхности зерен фильтрующей загрузки с помощью растворов Al2(S04\, Са(ОН\, FeS04, «ПАА» удается увеличить гря зеемкость загрузки. Обработка загрузки только флокулянтами часто бывает эффективной при очистке высокомутных вод.
Делаются попытки разработки методов очистки маломутных цветных вод без применения коагулянтов [127]. Очистку воды предлагается осуществлять через загрузку из гранулированных материалов, синтезированные на основе природных глин с различными активирующими добавками, позволяющими воздействовать на содержание в воде примесей, исключив коагулянты из технологического процесса. Наибольшая обесцвечивающая способность достигается при использовании зернистого материала, полученного на основе каолина с добавкой 15% природного доломита. В качестве вещества для модификации используется сульфат магния. Установлено, что активность фильтрующего материала по отношению к гумусовым веществам определяется способностью катионов Mg2 десорбироваться с поверхности гранул в фильтруемую воду и принимать участие в реакции обмена с водородом карбоксильных и фенолгидроксидных групп гумусовых вещее IB с образованием малорастворимых гуматов магния коллоидной структуры. Положительный заряд поверхности гранул материала, большая удельная поверхность определяют значительную задерживающую способность слоя фильтрующего материала по отношению к образующимся гуматам.
Влияние модифицированных природных алюмосиликатов на параметры фильтрования при контактном осветлении поверхностных вод
Применение в процессах водоподготовки синтетических флокулянтов повышает эффективность выделения коагулированной взвеси. Вследствие специфичности взаимодействия флокулянтов с первичными коагуляционными структурами интенсифицируется процесс хлопьеобразования. В случае фильтрования и контактного осветления происходит увеличение продолжительности времени защитного действия фильтрующей загрузки. Кроме этого при очистке маломутных, цветных вод применение катионных флокулянтов способствует повышению качества очищенной воды, что отражается на снижении концентрации остаточного алюминия и перманганатной окисляемости. Однако необходимо отметить, что повышение качества очистки происходит при достаточно высоких дозах флокулянтов (0,3 - I мг/дм ). При этом адгезионные свойства коагулированной взвеси возрастают настолько, что при контактном осветлении, обработанной воды, скорость изменения потери напора значительно превышает скорость проникновения хлопьев вглубь загрузки. Процесс очистки протекает в неоптималыюм режиме. Длительность фильтроциклов ограничивается продолжительностью исчерпания располагаемого напора. Кроме того, избыточная адгезия частиц коагулированной взвеси приводит к закупориванию порового пространства фильтрующего слоя и необратимому склеиванию зерен песка с высокой вероятностью последующей кольматации загрузки. По этому для предотвращения этих негативных проявлений возникает необходимость в регулировании свойств коагулированной взвеси.
В работах [132, 133] показан положительный опыт применения твердофазных алюмосиликатов при очистке природных маломутных цветных вод методом отстаивания. Целью данного этапа работы являлось изучение влияние модифицированного монтмориллонита на параметры фильтрования при очистке поверхностных вод методом контактного осветления.
Объектом исследования служила вода поверхностного источника, обладающая: цветностью 93 по шкале цветности, перманганатной окисляемостью - 22,3 мгО/дм , величиной рН - 7,12, щелочностью - 1,74 ммоль/дм И содержанием железа общего - 2,6 мг/дм3. В качестве реагентов использовались: коагулянт - сульфат алюминия Al2(S04)3, катионный флокулянт - «Праесгол 650TR», а также реагент «Экозоль-401», представляющий собой природный модифицированный гидрофильными веществами алюмосиликат (монтмориллонит) и обладающий многофункциональным действием при очистке природных вод [134].
Доза коагулянта была определенна по результатам пробной коагуляции и составляла 12 мг/дм3 по АІ2О3. Выбранная доза коагулянта позволяла обесцвечивать исходную воду до 15 градусов по шкале цветности. Доза флокулянта «Праестол 650TR» - 0,5 мг/дм3. Дозы реагента «Экозоль-401» варьировались от 3 до 12 мг/дм .
В ходе выполнения экспериментов определялось влияние последовательности обработки воды и дозы реагента «Экозоль-401» на изменение адгезионных свойств коагулированной взвеси, которые оценивались через параметр фильтрования Ъ и отношение параметров а/Ь.
Дополнительно к этому в ходе экспериментов оценивалось влияние реа гентной обработки на оптимальность протекания процесса контактного осветления по величине отношения VJVh
Эксперименты по определению параметров фильтрования, скоростей Vc и Vh были проведены по методике технологического моделирования описанной в пункте 2.2. Смешивание воды с реагентами осуществлялось в динамических смесителях. Последовательность обработки воды реагентами осуществлялась по двум вариантам: A12(S04)3 — Праестол 650TR —» «Экозоль-401»; A12(S04)3 — «Экозоль-401» — Праестол 650TR.
Выбор последовательности обработки воды базировался на результатах пробной коагуляции. Принятые схемы дозирования реагентов позволяли достичь максимального эффекта осветления. На рисунках 2.35, 2.36 представлены зависимости влияния дозы твердофазного реагента на параметр фильтрования Ъ и отношение параметров а/Ь.
Полученные зависимости свидетельствуют о том, что применение твердофазного реагента, для обоих вариантов последовательности обработки воды, приводит к изменению свойств коагулята. Однако влияние реагента на параметры фильтрования неоднозначно. Порядок ввода реагентов оказывает определяющее значение. Несмотря на то, что в обоих случаях с увеличением дозы твердофазного реагента происходит снижение интенсивности прилипания коагулированной взвеси, (рис. 2.35), в случае введения твердофазного реагента в последнюю очередь уменьшение параметра Ь происходит более интенсивно. Аналогичное влияние оказывает порядок ввода реагентов и на отношение параметров - а/Ъ. Дозирование твердофазного реагента после флокулянта в большей степени снижает прочность накапливаемого в поровом пространстве осадка, о чем свидетельствует изменения параметра фильтрования а/Ъ (рис. 2.36).
