Пресса о нас

Технология контактного осветления воды в условиях Волжского водозабора г. Казани

П. А. РАФФ, А. В. СЕЛЮКОВ, И. С. БАЙКОВА

Источником водоснабжения г. Казани является река Волга. Волжский водозабор включает сооружения разной производительности (шесть очередей). На водопроводной станции принята типовая двухступенчатая технологическая схема: осветление, коагулирование сульфатом алюминия, обеззараживание жидким хлором. Для интенсификации процесса коагулирования вода обрабатывается флокулянтом Праестол 650. В настоящее время производится проектирование очистных сооружений новой очереди производительностью 125 тыс. м3/сут.

06_06_ris_01
Рис. 1. Изменение качественных показателей речной воды Волжского водозабора (2007–2009 годы)
а – мутность; б – цветность; в – железо; г – перманганатная окисляемость

Качество речной воды (рис. 1) характеризуется средней цветностью – 47–67 град, изменяющейся от 30 до 110 град. Пик цветности (70–110 град) был зафиксирован в летний период 2008 г. Средние значения мутности составляют 1,4–1,6 мг/л, в паводок мутность возрастает до 4–6 мг/л. Перманганатная окисляемость изменяется в пределах 6–11,5 мг/л. Концентрация алюминия составляет менее 0,04 мг/л, щелочность в среднем 2,3–2,4 мг-экв/л, рН 7,8. Вода также имеет повышенное содержание железа (в среднем 0,5–0,55 мг/л), в паводок его концентрация достигает 0,85–0,95 мг/л.

Качество очищенной на водопроводной станции воды соответствует нормативным требованиям. Цветность питьевой воды в среднем составляет 11–13 град, мутность – 0,58–0,71 мг/л, концентрация железа – 0,17–0,18 мг/л. Микробиологические показатели питьевой воды соответствуют нормативам. Средняя концентрация остаточного алюминия составляет 0,22–0,32 мг/л и повышается в холодное время года до 0,5 мг/л. Учитывая повышение требований к содержанию в питьевой воде остаточного алюминия до 0,2 мг/л, необходимо предусмотреть меры по нормализации этого показателя. Перманганатная окисляемость в отдельные периоды составляет 4,7–4,8 мг/л, что практически находится на пределе ПДК.

Исследования эффективности использования различных реагентов при очистке воды реки Волги отражены в работах многих авторов. При этом отмечено, что основная нагрузка по осветлению и обесцвечиванию воды в самое холодное время года перераспределена на фильтровальную загрузку, в которой очистка воды протекает по типу контактной коагуляции.

Производственные испытания полиоксихлорида алюминия «АКВА-АУРАТТМ30» для очистки волжской воды на двух водоочистных блоках Казанского водозабора показали, что в зимнее время его использование совместно с флокулянтом Праестол 650 улучшает показатели качества воды по мутности и содержанию остаточного алюминия при меньших дозах оксихлорида алюминия по сравнению с сульфатом алюминия.

В работах сообщается, что наибольшая эффективность коагулирования воды в зимний и летний периоды достигается при использовании оксихлорида алюминия. Особенно ощутимое преимущество оксихлорида алюминия отмечается в зимний период при низкой температуре воды, когда степень гидролиза сульфата алюминия снижается. Для повышения скорости коагуляции необходимо повышать дозу коагулянта, а при дефицитной дозе коагулянта процесс хлопьеобразования протекает вяло.

Опыт применения сульфата алюминия и оксихлорида алюминия на Восточной и Северной станциях водоподготовки Москвы для очистки волжской воды показал, что введение оксихлорида алюминия целесообразно при сравнительно низких значениях перманганатной окисляемости (до 12 мг/л). При этом его доза может быть уменьшена по сравнению с дозой сульфата алюминия в среднем на 15–20% при одинаковом качестве очищенной воды. При повышенных значениях перманганатной окисляемости речной воды увеличивается необходимая доза реагентов, и в этом случае более эффективным является сульфат алюминия.

При обосновании выбора технологической схемы очистки воды для сооружений новой очереди Волжского водозабора следует также обратить внимание на указания нормативных документов, согласно которым для очистки воды с мутностью до 120 мг/л и цветностью до 120 град БКШ в качестве основных сооружений могут быть приняты контактные осветлители. Такое решение позволит значительно сократить как капитальные, так и эксплуатационные затраты на очистку воды. А для объективной оценки эффективности применения различных реагентов необходимо проведение технологических исследований во все периоды года, особенно в паводок.

Лабораторные исследования проводились летом и в осенний паводок 2010 г. в условиях Волжского водозабора. Пробное коагулирование выполнялось по общепринятой методике на флокуляторе ПЭ-0244 с использованием коагулянта сульфата алюминия (доза 30–50 мг/л, т. е. 9–15 мг/л по Al2O3) и флокулянта Праестол 650 TR, а также других реагентов: полиоксихлорида алюминия («АКВА-АУРАТ™30), сульфата железа, полиоксисульфата железа и др. (табл. 1). Качественные показатели речной и очищенной на водопроводной станции воды в оба периода исследований приведены в табл. 2.

Таблица 1

Флокулянт Фирма-производитель
Анионный Праестол 2540 ЗАО «MSP», Россия
Катионный Праестол 650, Праестол 611 ЗАО «MSP», Россия
FO 4140, FO 4240 «SNF FLOERGER», Франция
Magnafloc LT 22 «BASF», Германия


Таблица 2

Показатель Исходная вода Очищенная вода
лето осень лето осень
Температура, 0С 20-23 4,2-5,1 20-23 4-5
Мутность, мг/л 1,4-2,6 0,7-2 0,5 0,5
Цветность, град 6-80 33-50 8-10 8-11
Щелочность, мг-экв/л 2-2,16 2,3-2,55 1,4-1,6 2,1-2,4
Перманганатная окисляемость, мг/л 8,6-10 6-8,8 3,2-4,9 3-4,4
Железо, мг/л 0,6-0,7 0,6-0,8 0,1-0,25 0,14
Алюминий, мг/л 0,04 0,03 0,15-0,4 0,15-0,3
pH 7,8-8 7,87-7,97 6,8-7 7-7,4


На рис. 2 представлено сравнение эффективности нескольких коагулянтов дозой 15 мг/л. При применении железосодержащих коагулянтов в летний период резко возрастают значения цветности и концентрации железа. Вероятно, это связано с образованием высокоцветных комплексов с гуминовыми кислотами. Концентрация остаточного алюминия при применении алюмосодержащих коагулянтов повышается до нормируемых значений. Исходя из этого, в дальнейших исследованиях сопоставлена эффективность применения сульфата алюминия и полиоксихлорида алюминия. Сравнение этих реагентов, представленное в табл. 3, свидетельствует о том, что использование дефицитных доз сульфата алюминия не позволяет получить воду нормативного качества по основным показателям.

Таблица 3

Показатель Исход-
ная
вода
Доза реагента, мг/л
8 10 12 13 14
СА ПОХА СА ПОХА СА ПОХА СА ПОХА СА ПОХА
Мутность, мг/л 2,55 0,66 0,66 0,83 0,44 0,5 0,22 0,33 0,33 0,28 0,33
Цветность, град 52 25 24 24 19 20 17 15 13 13,5 12
Перманганатная
окисляемость, мг/л
9,4 6,74 6,97 6,5 6,1 5,35 4,8 5,2 4,64 4,71 4,41
Алюминий, мг/л 0,04 0,13 0,065 0,37 0,08 0,3 0,02 0,13 0,12 0,12 0,09
Железо, мг/л 0,56 0,23 0,22 0,22 0,17 0,13 0,14 0,12 0,12 0,09 0,1
pH 7,7 7 7,23 6,9 7,14 6,84 7,07 6,82 7 6,78 6,98

* Примечание. СА – сульфат алюминия, ПОХА – полиоксихлорид алюминия.

Оптимальная доза сульфата алюминия составила 14 мг/л, тогда как при дозе полиоксихлорида алюминия 12 мг/л было получено качество воды, отвечающее нормативным требованиям. При меньших дозах полиоксихлорида алюминия не достигается норматив по перманганатной окисляемости.

Сравнение эффективности применения флокулянтов совместно с коагулянтами (рис. 3) показало, что с помощью катионных флокулянтов можно интенсифицировать процесс очистки воды. Наиболее эффективными реагентами оказались флокулянты Magnafloc LT 22 и FO 4140, которые характеризуются низкой плотностью заряда.

06_06_ris_02
Рис. 2. Зависимость качества очищенной воды в летний период от использования различных видов коагулянтов (доза 15 мг/л)
а – мутность; б – цветность; в – алюминий; г – pH; 1 – исходная вода; 2 – сульфат железа; 3 – полиоксисульфат железа; 4 – сульфат алюминия; 5 – полиоксихлорид алюминия

06_06_ris_03
Рис. 3. Сравнение эффективности совместного применения флокулянтов (доза 0,1 мг/л) и коагулянтов (доза 12 мг/л)
а – мутность; б – цветность; в – остаточный алюминий; г – железо; д – перманганатная окисляемость; 1 – исходная вода; 2 – без флокулянта; 3 – Праестол 2540; 4 – Праестол 650; 5 – Magnafloc LT 22; 6 – FO 4240; 7 – FO 4140; blue сульфат алюминия; pink полиоксихлорид алюминия

При дефицитной дозе коагулянта 10 мг/л глубокая очистка воды происходит при использовании сульфата алюминия и флокулянта FO 4140, однако не была достигнута ПДК по перманганатной окисляемости. С повышением доз коагулянтов до 12 мг/л получено необходимое качество воды при совместном применении полиоксихлорида алюминия и флокулянта FO 4140. Установлено также, что применение флокулянта Magnafloc LT 22 с сульфатом алюминия (доза 14 мг/л) обеспечило глубокое удаление остаточного алюминия, но показатель перманганатной окисляемости находился на пределе ПДК. Более эффективным в отношении удаления органических загрязнений оказался флокулянт FO 4140.

06_06_ris_04
Рис. 4. Влияние различных флокулянтов на качество очищенной воды (доза коагулянтов 5 мг/л, доза флокулянтов 0,1 мг/л)
а – цветность; б – остаточный алюминий; в – перманганатная окисляемость;
1 – исходная вода; 2 – без флокулянта; 3 – Праестол 650; 4 – Праестол 2500; 5 – Magnafloc LT 22; 6 – FO 4140; 7 – FO 4240;
blue сульфат алюминия; pinkполиоксихлорид алюминия («АКВА-АУРАТ™30»); lgreen РАС-2

Пробная реагентная обработка волжской воды, выполненная в осенний период, подтвердила результаты летних исследований: максимальная эффективность очистки достигнута при использовании коагулянта «АКВА-АУРАТ™30» совместно с флокулянтом FO 4140 (рис. 4). Результаты пробной реагентной обработки волжской воды приняты за основу при проведении пилотных испытаний технологии контактного осветления. Исследования проводились на стационарной пилотной установке производительностью 40 л/ч. Технологическая схема установки приведена на рис. 5, а ее общий вид – на рис. 6.

06_06_ris_05
Рис. 5. Технологическая схема установки
1 – насос повышения напора; 2 – емкости с растворами реагентов; 3 – насосы-дозаторы реагентов; 4 – водосчетчики; 5 – смесители; 6 – осветлительная колонна; 7 – воздушный компрессор; 8 – пробоотборные краны; 9 – регулировочные вентили; 10 – запорные вентили; 11 – воздушные вентили; blue вода; yellow песчаный (фильтрующий) слой; black гравийный (поддерживающий) слой
06_06_ris_06
Рис. 6. Установка осветления воды
а – общий вид установки; б – узел дозирования и смешения реагентов; в – узел повышения напора; г – узел измерения расходов


Эффективность контактного осветления речной воды по основным показателям в летний период проиллюстрирована на рис. 7. Рабочие дозы коагулянтов составляли 10 г/м3 и флокулянтов 0,1 г/м3.

Результаты испытаний осеннего периода представлены на рис. 8. Как видно, применение дефицитных доз полиоксихлорида алюминия в сочетании с флокулянтом FO 4140 позволяет обеспечить нормативное качество питьевой воды как в летний, так и в осенний периоды.

06_06_ris_07
Рис. 7. Эффективность контактного осветления речной воды при использовании алюминиевых коагулянтови флокулянтов в летний период
а – мутность; б – цветность; в – остаточный алюминий; г – железо; д – перманганатная окисляемость;
1 – исходная вода; 2 – без флокулянта; 3 – Праестол 650; 4 – FO 4140; 5 – Magnafloc LT 22;
blue сульфат алюминия; pink полиоксихлорид алюминия
06_06_ris_08
Рис. 8. Зависимость качества воды, очищенной на пилотной установке, от различных доз флокулянта FO 4140 (доза коагулянтов 4 мг/л)
а – мутность; б – цветность; в – остаточный алюминий; г – перманганатная окисляемость;
blue сульфат алюминия; pink полиоксихлорид алюминия («АКВА-АУРАТ™30»); lgreen РАС-2


Выводы

Пилотные испытания технологии контактного осветления воды в условиях Волжского водозабора г. Казани подтвердили высокую эффективность этого метода очистки речной воды. Применение полиоксихлорида алюминия в сочетании с флокулянтом FO 4140 позволяет обеспечить нормативное качество питьевой воды как летом, так и в осенний период.

Просмотреть статью в PDF

Печать Печать