Удосконалення технології виробництва питної води із поверхневих природних вод

професор А.К. Запольський
Житомирський національний агроекологічний університет

Донині в процесах підготовки питної води із природних джерел на міських водопровідних станціях широко використовують коагулювання. Його застосовують для зменшення вмісту завислих та колоїдно-дисперсних домішок. Домішки, які обумовлюють мутність і кольоровість природних вод, мають малі розміри і їх осадження відбувається надзвичайно повільно, Тому для пришвидшення процесів видалення вказаних домішок шляхом осадження, фільтрування або флотації здійснюють коагулювання за допомогою коагулянтів - солей сульфатів алюмінію, заліза (II і III), хлориду алюмінію і заліза (III), алюмінату натрію, оксихлориду алюмінію, гідроксосульфату алюмінію або інших солей. Частіше в технології водопідготовки застосовують сульфат алюмінію й останнім часом - гідроксохлориди та гідроксосульфати алюмінію.

Технологія підготовки питної води коагулянтами складається із наступних основних операцій (рис. 1): складування реагентів, попереднього прояснення, підлуговування води, підготовки і змішування коагулянту з очищуваною водою, знебарвлення води і прояснення та знезараження [1, 2]. У випадку полідисперсного складу завислих речовин, особливо за наявності поряд з колоїдно-дисперсними фубодисперсних завислих (пісок, частинки різноманітних порід), очищувану воду попередньо прояснюють в горизонтальних тангенціальних і керованих пісковловлювачах з круговим або прямолінійним рухом води. Більш дрібні мінеральні або органічні домішки відокремлюють також відстоюванням або фільтруванням на повільних фільтрах, заповнених шаром піску і гравію, або мікрофільтрах. Попереднє фільтрування на мікрофільтрах може здійснюватися перед повільними піщаними фільтрами, перед обробкою води коагулянтами або перед швидкими піщаними фільтрами. В якості відстійників використовують апарати періодичної або безперервної дії (вертикальні, горизонтальні, радіальні, трубчасті, пластинчасті та ін.) Для відокремлення грубодисперсних речовин застосовують також гідроциклони напірного і безнапірного типів.

Очищувану воду підлуговують, якщо лужний резерв є недостатнім для задовільного перебігу гідролізу коагулянту. Для підлуговування води й зв'язування утвореного під час гідролізу агресивного діоксину карбону (IV) застосовують гідроксид і карбонат натрію, карбонат кальцію і вапно, а також в невеликих кількостях аміак і аміачну воду. В процесі підлуговування значення рН підтримують в межах 6,5...7,5.

Рис. 1. Принципова схема підготовки питної води

Одним з найбільш суттєвих параметрів технологічного процесу підготовки питної води коагулювання є доза коагулянта та порядок подачі реагентів. Оптимальна доза реагентів залежить від властивостей очищуваної води: температури, кількості завислих і колоїдно-дисперсних домішок, кольоровості, йонного складу води, значення рН та інших фізико-хімічних показників. У випадку недостатньої дози коагулянту або його неправильної подачі в очищувану воду не досягають належного ефекту очищення. У випадку його надлишку - поряд з перевитратою дороговартісного реагенту в деяких випадках може погіршитися коагуляція. За 4,5<рН>8,5 спостерігається підвищений вміст залишкового алюмінію в питній воді внаслідок утворення основних сульфатів алюмінію за рН<4,5 та алюмінату натрію за рН>8,5.

Згідно фізичної теорії (ДЛФО) [1, 2] при здійсненні коагулювання намагалися сформувати крупні пластівці нібито для покращення їх адсорбуючої здатності. Проте ми вважаємо навпаки. Згідно нашої фізико-хімічної теорії [3] ефективне коагулювання відбувається на ранніх стадіях гідролізу в процесі формування наноміцелярних аквагідроксокомплексів алюмінію. Вони мають надзвичайно розвинену поверхню, яка в сотні тисяч разів перевищує сформовану поверхню пластівців. Тому особливо важливим є порядок і місце подачі реагентів при підготовці питної води, особливо із кольорових вод.

Вибір місця подачі реагентів і проміжок часу між добавкою коагулянту і лугу здійснюють залежно від попередньо проведених досліджень. Особливо ефективним для інтенсифікації процесу коагулювання є застосування контактної коагуляції. Вона дозволяє різко інтенсифікувати процес на стадії утворення кулястих агрегатів і ланцюжкових структур. За фільтрування крізь шар зернистого завантаження кулясті і ланцюжкові утворення золю коагуляту, які адсорбувалися на поверхні зерен завантаження, утворюють дуже ефективні центри поверхні, на яких сорбуються різні забрудники води. Швидкість фільтрування при цьому може досягати 10-20 м/год, що в підсумку різко зменшує тривалість всього процесу підготовки питної води (в 250-450 разів швидше). При цьому суттєво (на 40-60%) зменшується витрата коагулянту, а в питній воді - вміст залишкового алюмінію. У випадку обробки мало каламутних кольорових вод можна обмежитися одним методом її кондиціонування.

Характерною особливістю контактної коагуляції є незалежність процесу від лужності і температури очищуваної води, менше впливає значення рН води тощо. Отже, контактне коагулювання дозволяє суттєво збільшити продуктивність процесу, зменшити витрати реагентів і покращити якість питної води.

З метою отримання вихідних проектних даних для модернізації існуючої технології підготовки питної води із природних поверхневих вод потрібно побудувати пілотну установку потужністю 0,5 м3/год (рис. 2).

Вартість обладнання становить 60 тис. грн. Вартість монтажних робіт 40 тис. грн. При наявності готового приміщення 60м2 вартість установки становить 100 тис. грн. Вартість реагентів і науково-дослідних робіт 150 тис. грн. Всього витрати становлять 250 тис. грн.

В якості приміщення для пропонуємої пілотної установки може бути використане реагентне приміщення на Дніпровській водопровідній станції, яке нині не використовується.

Рис. 2. Принципова схема підготовки питної води (пілотна установка):

1 - ємність вихідної води V = 2м3 ;

2 - крани;

3 - насос-дозатор 500л/год;

4 - насос-дозатор 1л/год;

5 - ємність для приготування коагулянту V = 10л;

6 - ємність для приготування лугу V = 10л;

7 - змішувач;

8 - піщаний фільтр. 



Удосконалення технології виробництва питної води із поверхневих природних вод (*.pdf)