Д.т.н. Гришин Б. М., д.т.н. Шеин А.И., Салмин С.М.

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, Россия

Технологические схемы коагуляционной обработки воды с применением крупнозернистой контактной загрузки

Природные воды представляют собой малоконцентрированные суспензии, в состав которых входят частицы примесей (дисперсной фазы), находящиеся во взвешенном и коллоидном состояниях. Для повышения эффективности работы отстойников, осветлителей и фильтров на станциях водоподготовки широко используется коагуляционная обработка воды.

Известно, что процесс коагуляции примесей природных вод значительно ускоряется в присутствии дополнительных поверхностей раздела, которые могут быть образованы за счёт аэрирования воды пузырьками воздуха, введения замутнителей, а также пропускания воды через взвешенные или стационарные слои контактной массы [1]. В качестве контактной массы могут выступать хлопья ранее образовавшегося осадка, а также зернистые загрузки – песок, антрацит, дроблённый керамзит, щебень или гравий. Адсорбция скоагулированных частиц дисперсной фазы водной суспензии на поверхности зёрен контактной массы получила название контактной коагуляции [1]. Характерной особенностью данного процесса является высокая скорость прилипания образующихся после введения коагулянта микрохлопьев к поверхности зернистой загрузки, которая намного превышает скорость взаимной агломерации частиц примесей и продуктов гидролиза коагулянта в свободном объеме воды. Другими отличительными особенностями контактной коагуляции являются независимость процесса от щелочности, рН и температуры воды, а также уменьшение на 30-40% требуемых доз реагентов по сравнению с коагуляцией в свободном объеме. Процесс контактной коагуляции осуществляется в смесителях со взвешенным слоем мелкозернистого материала, контактных осветлителях и реакторах-осветлителях [1, 2, 3].

К недостаткам работы смесителя со взвешенным слоем мелкозернистого кварцевого песка следует отнести большой объем выноса контактной массы при увеличении скорости восходящего потока воды и возможное засорение отводящего трубопровода. В контактных осветлителях и реакторах-осветлителях процесс контактной коагуляции происходит одновременно с задержанием примесей в толще контактной загрузки, поэтому в этих сооружениях поддерживается ламинарный режим фильтрования и их удельная производительность невелика.

На крупных водоочистных комплексах практический процесс может представлять использование камер с крупнозернистой контактной загрузкой, обладающей незначительным гидравлическим сопротивлением и позволяющей осуществлять процесс контактной коагуляции при высоких значениях скорости фильтрования.

Известно [4], что при турбулентном фильтровании обработанной коагулянтом загрязнённой воды сопротивление крупнозернистой загрузки в течение первых 2,5-3 часов растёт, а потом стабилизируется и в дальнейшем не изменяется при заданной скорости фильтрования и качества исходной воды, что соответствует предельной насыщенности порового пространства загрузки отложениями (осадком).

При смешении природной воды с коагулянтом в толще слоя крупнофракционной контактной массы на выходе из слоя образуется большое количество хорошо сформированных контактных хлопьев, более интенсивно осаждающихся в отстойнике по сравнению с агломератами скоагулированных частиц, образующихся в воде при использовании типового дырчатого или перегородчатого смесителя [5].

Способ контактной коагуляции при турбулентном фильтровании через крупнозернистую загрузку может быть использован на водоочистных станциях с реагентной обработкой и двухступенчатой схемой осветления природной воды отстаиванием и фильтрованием. На таких станциях смесительные камеры с контактной загрузкой из гравия или щебня можно устанавливать перед отстойниками в качестве самостоятельных сооружений или как дополнительные элементы в составе типовых смесителей (рис. 1).

Рис. 1. Варианты схем коагуляционной обработки воды с применением смесительных камер с контактной крупнозернистой загрузкой:

1 – подача исходной воды; 2 – камера с контактной загрузкой; 3 – отвод обработанной воды на отстойник; 4 – типовой смеситель; 5 – водоподъёмное устройство; 6 – рециркуляционный трубопровод; К - коагулянт

При использовании контактной камеры в качестве самостоятельного сооружения (см. рис. 1,а) с целью увеличения производительности возможна работа камеры в напорном режиме. При совместной работе с типовым безнапорным смесителем контактная камера может быть установлена в конце смесителя (см. рис. 1,б) для большего укрупнения образующихся хлопьев перед подачей в камеру хлопьеобразования отстойника. Определённый интерес представляют схемы коагуляционной обработки природной воды с рециркуляцией части потока коагулируемой воды через слой крупнозернистой загрузки (см. рис. 1,в,г), так как пропуск скоагулированной взвеси через зону ввода новых порций коагулянта значительно интенсифицирует процесс хлопьеобразования в смесителе. Наибольшее количество факторов, ускоряющих процесс агломерации примесей воды, используется в схеме на рис. 1,г. (рециркуляциия части коагулируемой воды, контактная коагуляция, концентрированный ввод реагента). Эффективность каждой из предложенных схем для конкретных случаев водоподготовки можно оценить только по результатам лабораторных или производственных испытаний.

Литература:

1. Фрог, Б.Н. Водоподготовка [Текст] / Б.Н. Фрог, А.П. Левченко. – М.: Издательство МГУ, 2003.

2. Бабенков, Е.Д. Исследование работы вертикального смесителя с фонтанирующим слоем зернистого материала [Текст] / Е.Д. Бабенков, Т.П. Лимонова// Тр. ВНИИ ж-д. транспорта, 1979, вып. 613. - с. 31-43.

3. Сколубович, Ю.Л. Повышение эффективности работы водопроводных станций [Текст] / Ю.Л. Сколубович, Е.Л. Войтов, А.М. Никитин // Водоснабжение и санитарная техника, 2011, №2. - с. 21-25.

4. Грабовский, А.П. Математическая модель кольматации и регенерации крупнозернистых слоёв малой толщины [Текст] / А.П. Грабовский, В.И. Прогульный // Химия и технология воды. – 1990, т. 12, №6.

5. Гришин, Б.М. Теоретические исследования процесса коагуляции примесей воды с использованием крупнозернистой контактной загрузки [Текст] / Б.М. Гришин, А.Н. Кошев, С.М. Салмин // Водоподготовка, 2014, №6. – с. 22-26.