VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Река Тоболявляется самым большим и многоводным притоком реки Иртыш, образуется при слиянии реки Бозбие с рекой Кокпектысай на границе восточных отрогов Южного Урала и Тургайской столовой страны. Хозяйственное значение реки велико. На Тоболе стоят промышленные города Рудный, Костанай, Лисаковск (Казахстан), Курган, Ялуторовск, Тобольск (РФ). Для обеспечения горнорудных предприятий Казахстана водой, а также для регулировки уровня воды в верховьях Тобола были сооружены несколько ГЭС, результатом постройки которых стало появления водохранилищ, среди которых самыми крупными являются Верхнетобольское и Каратомарское, оказывающие влияние на режим годового стока.

Наибольшие значения мутности наблюдаются в весенний период с апреля по май. Колебания мутности в данный период составляют от 8 мг/л до 26 мг/л со скачками до 75-100 мг/л в течение нескольких часов в отдельные годы. В июне-июле происходит постепенное снижение мутности до 4-8 мг/л. В осенний период происходит более плавное снижение мутности. К моменту начала ледостава она становится равной 3-6 мг/л и остается с этими значениями до вскрытия реки. Таким образом, можно выделить 3 сезона с разным интервалом значений по мутности (весенний – 8-26 мг/л; летне-осенний – 5-10 мг/л; зимний – 3 - 6 мг/л) (рисунок 1).

Рисунок 1 - Изменение качества воды в реке Тобол (в створе водозабора г. Курган) по периодам года

1- мутность, мг/л; 2 – цветность, град; 3 – температура, град.

Водопроводная станция города Кургана построена в семидесятых годах прошлого века по типовому проекту и предусматривает традиционную двухступенчатую технологию очистки воды (рисунок 2).

Рисунок 2 - Технологическая схема станций водоподготовки г. Курган

На станции, запроектированной в середине 70-х годов, не предусмотрена обработка промывных вод фильтров и осадка горизонтальных отстойников.

В настоящее время используется несколько способов утилизации промывных вод. Сброс промывных вод в естественную природную среду – водоемы и водотоки, естественные понижения рельефа, закачивание в подземные горизонты – приводит к загрязнению окружающей среды. Промывные воды фильтров могут быть сброшены на городские очистные сооружения канализации [6]. При этом увеличивается нагрузка на КОС, затраты на транспортировку сточных вод, так как водопроводные и канализационные очистные сооружения, как правило, располагаются на значительном расстоянии друг от друга. Нормативные документы [5] рекомендуют отстаивание промывной воды с предварительным выделением песка в песколовке и дальнейшую перекачку в начало сооружений. После доочистки на фильтрах и обеззараживания отстоянная вода может быть направлена в РЧВ [3] или использована для промывки скорых фильтров [2]. Для интенсификации процесса очистки промывной воды могут быть использованы реагенты. Для природных вод в холодные периоды года, когда из-за низкой температуры воды процесс коагулирования протекает вяло, эффективно применение оксихлорида алюминия (ОХА) или совместное применение сернокислого алюминия (СА) и оксихлорида алюминия [1]. При обработке промывных вод фильтровальных сооружений станций водоподготовки рекомендовано использовать смесь коагулянтов СА и ОХА в соотношении 2:1 по Al₂O₃ [4].

В задачу исследования входило: определение эффективности осветления воды в безреагентном режиме; выбор наиболее эффективных реагентов для обработки промывной воды и определение оптимальных доз реагентов; определение минимального необходимого времени осветления воды после обработки реагентами.

Исследовались следующие реагенты: сернокислый алюминий (СА); оксихлорид алюминия (ОХА); флокулянт ПАА; флокулянт ПРАЕСТОЛ 650; флокулянт FO4140SH (фирма SNF France) и смеси указанных реагентов. Исследования проводились непосредственно на станции водоподготовки. Показателем для контроля эффективности обработки промывных вод различными реагентами была определена мутность, определяемая прибором спектрофотометром ПЭ-5400ви «Экрос». Одновременно с определением оптимальной дозы исследовалась кинетика отстаивания промывной воды.

В зимний период (рисунок 3) при отстаивании без реагентов происходило медленное снижение мутности с незначительным эффектом осветления. При введении реагентов через 10-20 минут произошло резкое увеличение мутности воды до 14,5 мг/л. Это явление объясняется тем, что при добавлении коагулянта начинается формирование хлопьев, сопровождающееся резким увеличением мутности. На этом этапе идет процесс формирования макроструктур, состоящих из коллоидных частиц с адсорбированными на них труднорастворимыми хлопьями гидроокиси алюминия.

Рассмотрим механизм действия коагулянта на примере сернокислого алюминия (СА). Взаимодействие коагулянта с водой происходит по типу гидролиза, протекающего в 3 ступени с образованием труднорастворимой гидроокиси алюминия:

AI₂(SO₄₎₃ + 6H₂O = 2AI(OH)₃↓ + 3H₂SO₄

I AI₂(SO₄₎₃ + H₂O = (AIOH)SO₄ + H₂SO₄

II (AIOH)SO₄ + H₂O = [AI(OH)₂ ]₂SO₄ + H₂SO₄

III [AI(OH)₂ ]₂SO₄ + H₂O = AI(OH)₃↓ + H₂SO₄.

Образовавшиеся хлопья гидроокиси алюминия, адсорбируясь на коллоидных частицах, утяжеляют их и выводят в осадок.

	б)
а)	в)

Рисунок 3 - Влияние вида и дозы реагентов на эффективность осветления промывной воды в зимний период

1 – без реагентов; 2 – FO4140SH; 3 – ПАА; 4 – ОХА

Анализы и визуальные наблюдения показали, что лучший результат дает оксихлорид алюминия. При использовании ОХА образовались мелкие белые хлопья (рисунок 3 б). При введении флокулянтов хлопьев не наблюдалось, так как идет обычное осаждение, флокулянт увлекает за собой частицы за счет разности зарядов, осадок на дне имел вид скрученных жгутов (рисунок 3 в).

В летний период исследовалась кинетика отстаивания промывной воды с добавлением реагентов, используемых на станции: коагулянт сернокислый алюминий (СА); анионный флокулянт ПРАЕСТОЛ 650 (аналог ПАА); смесь СА и ПРАЕСТОЛа 650 (рисунок 4).

При добавлении коагулянта и флокулянтов уже через 10 минут отстаивания мутность резко снижается. Самые крупные хлопья и плотный осадок дал флокулянт ПРАЕСТОЛ 650. Осадок, полученный при введении ОХА, был менее плотным, чем при введении флокулянта. Оптимальной дозой флокулянта ПРАЕСТОЛ 650 является 0,2 мг/л, так как при этой дозе образуется малый объемом осадка с плотными и крупными хлопьями и наблюдается хороший эффект осветления.

а)	б)

Рисунок 4 - Влияние вида и дозы реагентов на эффективность осветления промывной воды в летний период

а) 1 – без реагентов; 2 – СА (40 мг/л); 3 -ПРАЕСТОЛ 650 (0,8 мг/л);

4 - СА (20 мг/л)+ ПРАЕСТОЛ 650 (0,2 мг/л);

б) внешний вид осадка при введении праестола 650.

Анализ опытных данных показал, что функция изменения мутности в заданные промежутки времени при различных дозах реагентов является убывающей степенной функцией 3-го порядка и адекватно описывает кинетику отстаивания промывных вод скорых фильтров.

а)	б)

Рисунок 5 - Кинетика отстаивания промывной воды в летний период при добавлении

а) ПРАЕСТОЛа 650 с дозой 0,8 мг/л; б) при добавлении смеси реагентов с дозами СА 20 мг/л и ПРАЕСТОЛа 650 0,2 мг/л

1 – опытные данные; 2 – линия тренда

В целом введение реагентов в промывную воду фильтров приводило к снижению мутности. Вид реагента и его дозы должны выбираться на основании предварительных испытаний, проведенных в характерные периоды года.

Введение в технологическую схему обработки промывных вод фильтров позволит исключить сброс в водные объекты промывных вод, содержащих нехарактерные для природных водоемов загрязнения, сократить объемы воды, используемые для собственных нужд станции, и уменьшить дозы вводимых реагентов, так как очищенная промывная вода содержит остаточные реагенты. Уменьшение количества воды на собственные нужды (на 40-50 %) в свою очередь сокращает объемы речной воды, поступающей на очистку, что ведет к уменьшению подачи насосной станции первого подъема и экономии электроэнергии, а также к сокращению изъятия из водных объектов водных ресурсов.

Библиографический список

1. Драгинский, В.Л. Особенности применения коагулянтов для очистки природных цветных вод/ В.Л.Драгинский, Л. П. Алексеева// Водоснабжение и санитарная техника. – 2008. – № 1. – С. 9–15.

2. Жагин, В.А. Обработка промывных вод водопроводных станций зарегулированных источников/ В.А.Жагин, А.Н.Шоколов, М.И.Урванцева, Н.Д.Артеменок// Водоснабжение и санитарная техника.–2009. – № 3. – С.24–29.

3. Пазенко, Т.Я. Обработка промывных вод фильтров водоподготовки/ Т.Я.Пазенко, А.Ф.Колова// Известия вузов. Строительство. – 2010. – № 9. – С. 65 – 68.

4. Пат. 2372297, РФ. МПК С 02 F 1/52. Способ осветления и утилизации промывных вод фильтровальных сооружений станций водоподготовки/ Е.Л.Войтов, Ю.Л.Сколубович, А.Ю.Сколубович.

5. СП 30.13330.2012. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.04.02-84*.

6. Хамидов, М.Г. Опыт обработки водопроводных осадков на канализационных очистных сооружениях/ М.Г.Хамидов// Водоснабжение и санитарная техника.–2007. – № 3. –С.41 – 44.

Код для цитирования: Скопировать