Д.т.н. Гришин Б. М., к.т.н. Бикунова М.В., Демков А.В.

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, Россия

Определение дозы коагулянта при обработке природной воды с пневматическим перемешиванием

Для удаления из природной воды грубодисперсных и коллоидных органических и минеральных примесей, а также значительной части органических и микробиологических загрязнений используются коагулянты. Важной задачей водоподготовки является снижение доз сернокислого алюминия, во многом зависящее от режимов перемешивания обрабатываемой воды с коагулянтом в смесителях различных типов.

В работе [1] было получено выражение для определения весовой дозы коагулянта (мг/л), необходимой для удаления загрязнений из воды

, (1)

где с	– весовая концентрация примесей в воде, мг/л;
d и D	- диаметры соответственно частиц продуктов гидролиза коагулянта (ПГК) и загрязнений;
Θm	- требуемая степень покрытия поверхности частиц загрязнений ПГК.

Из формулы (1) следует, что при постоянных значениях с, d и D дозу коагулянта можно снизить за счет уменьшения требуемой степени покрытия поверхности частиц загрязнений ПГК. Это условие можно обеспечить при перемешивании раствора коагулянта с водой в присутствии пузырьков воздуха [2-4] .

Схема взаимодействия пузырька воздуха с ПГК и частицами загрязнений приведена на рис. 1.

В этом случае требуемая степень покрытия ПГК поверхности частиц загрязнений в этом случае будет определяться из выражения

, (2)

где	– безразмерный параметр (), зависящий от удельной поверхности пузырьков воздуха в единичном объеме обрабатываемой воды;

, (3)

где m	– показатель степени.
	– коэффициент пропорциональности.

Рис. 1. Схема взаимодействия скоагулированных частиц примесей

с пузырьком воздуха: 1 – пузырек воздуха; 2 – частицы примесей; 3 – ПГК

По результатам опытов показатель степени т может варьироваться от 0,5 до 1,0.

При газонасыщении воды , а также известных значениях среднего диаметра пузырьков количество пузырьков в единице объема смесителя будет равно, шт/м³

. (4)

Общую площадь поверхности пузырьков воздуха, м²/м³, в единичном объеме смесителя можно определить по соотношению:

(5)

где	– площадь поверхности одного пузырька, м^2

Подставляя (4) в (5) получим новое выражение для удельной поверхности пузырьков, м²/м³

(6)

Следовательно, величина параметра в формуле (3) прямо пропорциональна воздухонасыщению обрабатываемой воды и обратно пропорциональна среднему диаметру пузырьков воздуха.

Для практических расчетов может быть рекомендована следующая формула для расчета d_п [5]

(7)

где	– коэффициент, ;
ρ	– плотность воды, кг/м^3;
	– среднее значение мощности, рассеиваемой в единице массы перемешиваемой среды, Вт/кг;
σ	– коэффициент поверхностного натяжения не искривлённой поверхности раздела фаз газ-жидкость, Н/м.

Используя формулу градиента скорости перемешивания

(8)

где	– кинематический коэффициент вязкости водовоздушной смеси, м^2/с,

получим в окончательном виде выражение для определения диаметра пузырька воздуха

(9)

С учетом (6) и (9) зависимость для определения параметра по формуле (3) можно записать в виде

(10)

Внося в формулу (1) вместо величину , определяемую по (2), получим следующее выражение для определения дозы коагулянта, мг/л

(11)

Таким образом, доза коагулянта, введенного в смеситель с добавлением воздуха при постоянных значениях c, d и D, будет обратно пропорциональна газонасыщению водовоздушной смеси в степени m и градиенту скорости перемешивания G в степени 0,8m.

Литература

1. Сафронов, М.А. Повышение эффективности реагентной обработки поверхностных природных вод алюмосодержащими коагулянтами [Текст] / М.А. Сафронов // дис... канд. техн. наук. – Пенза: ПГУАС, 2010 – 156 с.

2. Гришин Б.М. Исследование реагентосберегающего способа коагуляционной очистки воды поверхностного источника [Текст] / Б.М. Гришин, М.В. Бикунова, Е.А. Титов, В.В. Голубев, М.А. Сафронов // Известия высших учебных заведений. Строительство. – 2010. - №6. – С. 48-55.

3. Гришин Б.М. Экспериментальные исследования очистки воды Сурского водохранилища с использованием алюмосодержащих коагулянтов / Б.М. Гришин, М.В. Бикунова, Е.А. Титов, В.В. Голубев, М.А. Сафронов // Водоочистка. – 2010. - №7. – С. 23-29.

4. Гришин Б.М. Совершенствование методов коагуляционной обработки природных вод / Б.М. Гришин, С.Ю. Андреев, М.В. Бикунова, М.А. Сафронов, Е.А. Савицкий // Региональная архитектура и строительство. – 2011. - №1. – С. 140-147.

5. Гришин Л.Б. Совершенствование очистки нефтесодержащих производственных сточных вод [Текст]: дисс.... канд. техн. наук /Л.Б. Гришин. - Пенза, ПГУАС, 2009 – 144 с.