bbk 000000

УДК 628.162.52.001.2

Рафф П. А., Селюков А. В., Байкова И. С.

Технология контактного осветления воды в условиях Волжского водозабора г. Казани

Аннотация

Приводятся результаты лабораторных исследований и пилотных испытаний метода контактной коагуляции, используемого при очистке воды реки Волги на водопроводной станции г. Казани. Установлено, что осветление воды может выполняться по одноступенчатой схеме – путем контактной коагуляции, при этом качество очищенной воды полностью соответствует нормативным требованиям. Отмечено некоторое преимущество оксихлорида алюминия перед сульфатом алюминия и показано, что для обработки природной воды наиболее эффективными являются полиакриламидные флокулянты катионного типа, в частности FO 4140, который характеризуется низкой плотностью заряда.

Ключевые слова

обеззараживание , водозабор , водоподготовка , коагулянт , флокулянт , контактное осветление

Скачать статью в журнальной верстке (PDF)

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[1].

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-АУРАТ^ТМ30» 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 [2].

В работах [3–6] 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 [7; 8].

При обосновании выбора технологической схемы очистки воды для сооружений новой очереди Волжского водозабора следует также обратить внимание на указания нормативных документов [9], 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Список цитируемой литературы

1. Технологический регламент проектирования комплекса очистных сооружений Волжского водозабора производительностью 125 тыс. м3/сут. – М., ЗАО «ДАР/ВОДГЕО», 2010.
2. Чуриков Ф. И., Яруллин Н. Ф., Овчинников В. П. Производственные испытания полиоксихлорида алюминия на водопроводных станциях г. Казани // Водоснабжение и сан. техника. 2005. № 8.
3. Романико А. Н., Егорова Ю. А., Ерчев В. Н. и др. Совершенствование реагентного метода обработки воды коагулянтами на МУП «Самараводоканал» // Водоснабжение и сан. техника. 2009. № 9.
4. Драгинский В. Л., Алексеева Л. П. Повышение эффективности реагентной обработки воды // Чистый город. 2000. № 5.
5. Драгинский В. Л., Алексеева Л. П. Повышение эффективности реагентной обработки воды на водопроводных станциях // Водоснабжение и сан. техника. 2000. № 5.
6. Алексеева Л. П. Оценка эффективности применения оксихлорида алюминия по сравнению с другими коагулянтами // Водоснабжение и сан. техника. 2003. № 2.
7. Храменков С. В., Коверга А. В., Благова О. Е. Использование современных коагулянтов и флокулянтов в системе московского водопровода // Водоснабжение и сан. техника. 2001. № 3.
8. Волков В. З., Столярова Е. А., Никольская Е. А. Новые коагулянты в практике московского водопровода // Водоснабжение и сан. техника. 2003. № 2.
9. СНиП 2.04.02-84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. – М., 2004.