Применение контактной коагуляции для улучшения качества питьевой воды

Язык труда и переводы:
УДК:
628.168
Дата публикации:
21 августа 2021, 01:16
Категория:
Б4. Промышленная и экологическая безопасность
Авторы
Аннотация:
Изложена проблема, существующая в области очистки сточных вод, связанная с ужесточением нормативных показателей качества. Проведен анализ существующей станции водоподготовки на стекольном заводе ООО «Эй Джи Си Флэт Гласс Клин» (AGC Flat Glass Klin). По результатам лабораторных испытаний сделан вывод о необходимости доработки технологической схемы очистки. Предлагается усовершенствовать существующую систему водоподготовки путем введения перед механическим напорным фильтром коагулянта.
Ключевые слова:
технологическая схема, коагуляция, контактная коагуляция, механический фильтр, водоподготовка
Основной текст труда

Введение

Подготовка питьевой воды является одной из приоритетных проблем, решение которой необходимо для сохранений здоровья, улучшения условий деятельности и повышения уровня жизни населения [1]. Следует отметить, что разработано большое количество оборудования и технологий очистки для вод определенного состава. Из анализа правовых документов можно сделать вывод, что в последние десятилетия намечается тенденция к постоянному ужесточению норм качества питьевой воды. Поэтому необходимо совершенствование традиционных методов и схем.

Цель настоящего исследования — провести улучшение качества питьевой воды на примере завода ООО «Эй Джи Си Флэт Гласс Клин» (далее — AGC Flat Glass Klin). Объект исследования — подготовка питьевой воды для предприятий, находящихся вне городской черты.

Завод AGC Flat Glass Klin — это современное флоат-производство, построенное в 2004 г. на территории Клинского района Московской области. Предприятие является крупнейшим в Европе и производит 1600 т стекла в сутки [2]. На территории организации размещены пищеблоки, т. е. подготовка воды осуществляется не только для проведения технологических процессов, но и для питьевых и хозяйственных целей.

Источником водоснабжения завода являются водоносные комплексы каменноугольных палеозойских отложений, а именно: подольско-мячковский и каширский горизонты среднего карбона. Для данных вод характерно повышенное содержание железа [3].

Существующая технологическая схема

Рассмотрим технологическую схему водоподготовки на заводе AGC Flat Glass Klin, представленную на рис. 1. Природная вода насосными станциями забирается из трех скважин и поступает в накопительный бак 2. Перед поступлением в резервуар вода предварительно проходит обработку воздухом. Кислород воздуха окисляет железо и марганец. Далее очищаемая вода поступает на фильтр обезжелезивания. В качестве загрузки используется катионит — распространенный вид ионообменной смолы для водоподготовки. Сущность ионного обмена заключается в способности смол забирать из раствора электролита ионы в обмен на эквивалентное количество ионов ионита. Регенерация материала производится путем промывки раствором кислоты. Из фильтра обезжелезивания вода направляется в резервуар чистой воды. Перед подачей потребителю необходимо провести обеззараживание воды, поэтому в емкость4 дозируется гипохлорит натрия NaOCl. Применение гипохлорита натрия в качестве дезинфицирующего агента вместо хлора обусловлено следующим [4]:

  • концентрация хлорорганических соединений в воде после обработки значительно меньше;
  • обладает более широким спектром бактерицидного действия на различные типы микроорганизмов при меньшей токсичности;
  • замена хлора на гипохлорит натрия способствует улучшению экологической обстановки и гигиенической безопасности;
  • реагент можно синтезировать непосредственно на месте.
Рис. 1. Технологическая схема водоподготовки на AGC Flat Glass Klin:

1 — водозабор из скважины; 2 —  накопительный резервуар; 3 — фильтр обезжелезивания; 4 — резервуар чистой воды; Е — емкость с NaOCl; Нд — дозирующий насос

Гипохлорит натрия воздействует не только на микроорганизмы, но и удаляет трудноокисляемые органические и неорганические вещества. На заводе вводится повышенная доза реагента для снижения мутности, обусловленной наличием оставшегося в воде трехвалентного железа.

Проанализируем качество получаемой питьевой воды по данным лабораторных исследований. Результаты испытаний и нормативные показатели представлены в таблице.

Результаты лабораторных испытаний

Показатель

Значение показателей

ПДК  СанПин
2.1.4.1074–01

Номер скважины

1

2

3

Запах, баллы

3

3

2

2

Мутность, ЕМФ/дм3

14,8

6,1

16

2,6

Цветность, град

15,7

24

15,7

20

 

Скважины 1 и 3 эксплуатируют подольско-мячковский горизонт, а скважина 2 — каширский.

Из анализа табличных данных можно сделать вывод, что повышенная мутность после станции водоподготовки наблюдается во всех скважинах. Кроме того, в двух скважинах наблюдаются превышения по запаху и в одной по цветности. Причиной снижения качества воды может быть наличие коллоидных частиц органической и неорганической природы. Наличие железа в природной воде также может повлиять на прозрачность воды. Эта мутность проявляется через какое-то время после откачки воды на поверхность, когда железо переходит из растворимой двухвалентной формы в трехвалентную. Поскольку в схеме присутствует фильтр обезжелезивания и происходит введение избыточной дозы гипохлорита, то, скорее всего, мутность обусловлена наличием коллоидных частиц в подземных водах.

Усовершенствованная технологическая схема

После анализа лабораторных испытаний была поставлена задача удалить остаточную мутность. На рис. 2 представлена улучшенная технологическая схема водоподготовки.

Рис. 2. Усовершенствованная технологическая схема водоподготовки:

1 — водозабор из скважины; 2 —  накопительный резервуар; 3 — фильтр обезжелезивания; 4 — трубный смеситель; 5 — механический фильтр; 6 — резервуар чистой воды; Е1 — емкость с коагулянтом; Е2 — емкость с NaOCl; Нд1, Нд2  — дозирующие насосы

 

Первые три стадии аналогичны исходной схеме очистки. Но предлагается использовать в качестве загрузки для системы обезжелезивания материал Birm. Он применяется для удаления растворенных в воде соединений железа. Материал производится в форме гранул, состоящих из кремниевого ядра и наружного слоя пленки диоксида марганца. Во время прохождения воды через фильтрующую среду диоксид марганца способствует окислению железа. Одновременно окисленное железо задерживается в слое засыпки и удаляется оттуда во время обратной промывки фильтра. Таким образом, материал не требует для регенерации дополнительных реагентов.

Перед поступлением в резервуар чистой воды 6 на зернистой загрузке механического фильтра 5 предлагается провести процесс контактной коагуляции. Дозирующий насос Нд1 подает коагулянт, и далее в трубном блоке 4 происходит предварительное смешение реагнета с очищаемой водой. Наличие механических напорных фильтров в сочетании с контактной коагуляцией обеспечит более тонкую очистку от взвешенных механических примесей. Как и в существующей схеме, перед подачей очищенной воды потребителю в резервуар чистой воды  насосом Нд2  дозируется раствор гипохлорита натрия NaOCl.

Многочисленные экспериментальные данные, полученные в результате исследований, приведенных в НИИ ВОДГЕО, НИИ КВОВ АКХ им. К.Д. Памфилова, МГСУ, Ростовского и Новосибирского архитектурно-строительного университетов, ВНИИ железнодорожного транспорта показали, что коагуляционное структурообразование значительно ускоряется в присутствии дополнительных поверхностей раздела фаз [5]. В качестве контактной массы выступают зерна загрузки сорбент-АС, имеющей в составе соединения железа и алюминия. При введении алюмосодержащего коагулянта данные оксиды служат центрами образований гидроксидов на поверхности фильтрующего материала. Таким образом, образование пленки происходит эффективнее.

В основе процесса контактной коагуляции лежат вандерваальсовы силы межмолекулярного притяжения. Однако они определяются только при условии движения жидкости, когда мелкие частицы примесей воды сближаются с зернами фильтрующей загрузки, преодолев при этом электростатические силы отталкивания [5]. В процессе контактной коагуляции взаимодействуют частицы, значительно различающиеся своими размерами. Частицы примесей воды имеют микро- и ультрамикроскопические размеры, а частицы контактной среды — макроскопические. Процесс контактной коагуляции отличается высокой скоростью протекания процесса в сочетании с большой эффективностью извлечения из воды взвесей. Интенсивность прилипания мелких примесей к относительно крупным зернам загрузки намного превышает скорость агломерации между собой отдельных мелких частиц в свободном объеме жидкости [5].

Заключение

Введение дополнительной стадии очистки на механических фильтрах будет способствовать не только уменьшению концентрации взвешенных веществ, но и снизит применяемую дозу гипохлорита натрия, что уменьшит количество образующейся в воде хлорорганики.

Литература
  1. Постановление Правительства Российской Федерации от 6 марта 1998 г. № 292 «О Концепции Федеральной целевой программы «Обеспечение населения России питьевой водой» и осуществлении первоочередных мероприятий по улучшению водоснабжения населения». URL: http://docs.cntd.ru/document/924010340 (дата обращения 08.03.2021).
  2. О компании: AGC Glass Russia // Сайт компании AGC Flat Glass Klin. URL: https://agc-info.ru/about (дата обращения 08.03.2021).
  3. Информационный бюллетень о состоянии недр территории Северо-Западного федерального округа Российской Федерации в 2017 году // Федеральное агентство по недропользованию. URL: http://www.geomonitoring.ru/download/IB/2017_szfo.pdf (дата обращения 08.03.2021).
  4. Ксенофонтов Б.С. Водоподготовка и водоотведение. М.: ФОРУМ, 2018. 298 с.
  5. Фрог Б.Н., Первов А.Г. Водоподготовка. М.: Ассоциации строительных вузов, 2014. 512 c.
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.