Повышение эффективности реагентной обработки поверхностных природных вод алюмосодержащими коагулянтами

В настоящее время более двенадцати тысяч городов и населенных пунктов РФ имеют централизованные системы коммунального водоснабжения общей мощностью более 50 млн. м /сут. Источниками водоснабжения, в основном, являются поверхностные воды, доля которых в общем объеме водозабора составляет 68%, при этом около 30% воды, забираемой из рек и водохранилищ, подвергается реагентной обработке в целях её очистки от различных примесей.

Для удаления из воды грубодисперсных и коллоидных минеральных примесей, а также значительной части органических и микробиологических загрязнений используются коагулянты. Наиболее распространенным коагулянтом, применяемым на водоочистных станциях (ВОС) населенных пунктов, расположенных в бассейне р. Волги, является сернокислый алюминий (СА), обеспечивающий достаточно стабильные показатели очищенной воды при невысоких эксплуатационных затратах. Однако, данный реагент имеет ряд недостатков, в частности, наблюдается его повышенная чувствительность к колебаниям рН воды, резкое снижение скорости процессов хлопьеобразования при низких’температурах в водоисточнике, повышенные концентрации остаточного алюминия в очищенной воде во время паводка.

С 90-х годов 20 века на российском рынке получили распространение новые коагулянты — полиоксихлориды алюминия (ПОХА), обладающие определенными преимуществами по сравнению с СА — более широкой областью применения в интервале рН, возможностью использования при низких температурах воды, меньшими дозами при обработке и, соответственно, меньшими остаточными концентрациями алюминия в очищенной воде. С другой стороны, широкое применение ПОХА на водоочистных станциях сдерживается их весьма высокой стоимостью (в 4−6 раз выше, чем СА).

Совместное применение в практике водоподготовки коагулянтов СА и ПОХА при условии нахождения их оптимальных соотношений, режимов ввода и перемешивания с обрабатываемой водой позволяет в наибольшей степени использовать преимущества каждого реагента при одновременном обеспечении технико-экономической эффективности процесса очистки. Важной задачей при совместном использовании алюмосодержащих коагулянтов является снижение их доз в процессе обработки воды, которое может быть достигнуто применением различных методов интенсификации коагуляции. К числу наиболее перспективных относятся безреагентные методы концентрированного коагулирования и аэрации, не требующие, как правило, больших эксплуатационных затрат и сложного оборудования.

Таким образом, разработка новой реагентосберегающей технологии очистки воды поверхностных источников с комплексным использованием коагулянтов ПОХА и СА и применением эффективных методов интенсификации процессов коагуляции является актуальной задачей, решение которой позволит сократить эксплуатационные затраты на водоподготовку при обеспечении высоких качественных показателей очищенной воды.

Данная диссертация выполнялась в рамках «Программы социально-экономического развития Пензенской области на 2002;2010 гг.», в которой важное место отведено совершенствованию работы водопроводных очистных сооружений централизованных систем водоснабжения.

Целью диссертации является разработка и исследование реагентосберегающей технологии очистки природных поверхностных вод алюмосодер-жащими коагулянтами с применением безреагентных методов интенсификации процессов коагуляции.

Научная новизна работы заключается в следующем:

— теоретически и экспериментально обосновано применение нового способа ступенчатого высокоградиентного перемешивания воды с алюмосодер-жащими коагулянтами и воздухом для интенсификации процесса концентрированного коагулирования природной воды;

— определено влияние технологических характеристик предложенного способа обработки воды (относительного объема вспомогательного потока, степени воздухонасыщения воды, весового соотношения коагулянтов ПОХА и СА, режимов их перемешивания с водовоздушной смесью) на эффективность последующей очистки природной воды и выбор оптимальных доз данных реагентов при их совместном или самостоятельном использовании;

— получены аналитические зависимости для определения доз алюмосо-держащих реагентов при обработке природной воды с применением предложенного способа интенсификации процесса коагуляции в различные периоды года.

Практическая значимость.

Предложена и апробирована в промышленных условиях новая реаген-тосберегающая технология обработки сурской воды с применением алюмосо-держащих коагулянтов, обеспечивающая высокое качество водоподготовки при существенном снижении эксплуатационных затрат. Разработаны рекомендации к расчету устройств и оборудования, входящих в состав технологической схемы очистки воды с использованием реагентов ПОХА и СА.

Практическая реализация.

Предложенная технология концентрированного коагулирования с высокоградиентным перемешиванием воды с алюмосодержащими коагулянтами и воздухом внедрена на блоке водопроводных очистных сооружений пл. «Подгорная» г. Пензы производительностью 30 тыс. м /сут. Годовой экономический эффект от внедрения составил более 350 тыс. руб. в ценах 2010 года.

Апробация работы и публикации.

По материалам диссертации опубликованы 12 работ, в том числе две статьи в журналах, рекомендованных ВАК. Получено положительное решение по заявке на патент № 2 010 106 679/20 (9 395) от 24.02.10 «Смеситель». Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 8 региональных, всероссийских и международных конференциях в г. Москве, Пензе, Казани и Тюмени в 2008;2010 г.