автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Разработка технологических схем реагентного умягчения природных вод для целей хозяйственно-питьевого водоснабжения

МИНСТРОЙ РОССИИ

ВСЕРОССИЙСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ КОМПЛЕКСНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И КОНСТРуКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ВОДОСНАБЖЕНИЯ, КАНАЛИЗАЦИИ, ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ И ИНЖЕНЕРНОЙ ГИДРОГЕОЛОГИИ (ВНИИ ВОДГЕО)

На правах рукописи УДК 628.162.4.065 ~

ДОЛГОПОЛОВ Павел Иванович

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ РЕАГЕНТНОГО УМЯГЧЕНИЯ ПРИРОДНЫХ ВОД ДЛЯ ЦЕЛЕЙ ХОЗЯЙСТВЕННО-ПИТЬЕВОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

(05.23.04—водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва—1992

Работа выполнена в арендном предприятии „Ташкентский нау1-но-исследовательский институт водоснабжения, канализации, гидре технических сооружений и инженерной гидрогеологии" (АП ТашНИ1 ВОДГЕО).

Научный руководитель—кандидат технический наук Э. Г. Амосова Официальные оппоненты:

Доктор технических наук Л1. Г. Журба (ВНИИ ВОДГЕО)

Кандидат технических наук В. И. Корабельников (АКХ им. Панфилова)

Ведущая организация—Союзводоканалпроект

Защита состоится , Z9 " _1992 год

в часов на заседании специализированного Совета К 033.05.0

по присуждению ученой степени кандидата технических наук в ВНИИ ВОДГЕО Минстроя России по адресу:. 119826 Москва, Г-4? Комсомольски)"! проспект, 42.

Отзыв на автореферат, заверенный гербовой печатью предпрн ятия или учреждения просим направлять по адресу института на им ученого секретаря.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан . Z7 " марта_1992 г

Ученый секретарь специализированного Совета кандидат технических наук

Е. А. Чистякова

УДЛГ" -

;г ■

.;• ( ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

' i о

V.-T„..л 'Актуальность работы. Обеспечение централизованным водо-

ICCSpl .11 "-(." »

=*— снабжением городов, сельских населенных пунктов и прошредприя-тий является вагшим фактором, определяющим социально-культурный уровень жизни народа. Это обуславливает строительство новых систем я сооружений водоснабжения, расширение и реконструкцию существующих. Однако,до настоящего времени порядка 40$ подаваемой населении вода не соответствует ГОСТу 2874-82 "Вода питьевая" ло отдельным показателя?.!. Б ротонах Средней Азии наиболее часто наблюдается превышение нормативов по показателю аесткости воды. Поэтому проблема умягчения води для хозяйственно-питьевых целей приобрела исклачитальную актуальность. Ее 'решение связано с раз работой внсокоэйективных,. малоотходных технолога1чеcroix схем подготовки воды.

Цель оаботн заключается в разработке п усовершенствованна технологически* схем реагентного умягчения воды для целей хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Научная новизна диссертационной работы заключается в cj*î-дущегл^применительно к реяиму кристаллизации СаСОд в свободном объеме ;

- оценено влияние температуры а минеральной взвеси на дозы щелочных реагентов а глубину умягчения природных вод и определены условия эффективного осуществления процесса умягчения. Установлено, что наличие минеральной взвеси частично компенсирует отрицательное влияние пониженных температур на глубину умягчения;

~ установлена эффектность применения новых местных реагентов для улучшения седешеягацаонпы? свойств взвеси.

б)применительно к реяиму кристаллизации СаСОд на затравке:

- установлено ингибируощэе действие на процесс присутствующих в воде ионов магния,' фосфатов, 3-х валентного железа и интенсифицирующее действие полиакрилашда;

- установлен оптимальный объем и диаметр зерен загрузки вихревых реакторов, работающих в режиме декарбонизации, из-вестково-содового и едкоиатрового умягчения подземных вод;

- определена эффективность кристаллизации СаСОд на затравке в условиях применения известкового раствора, известкового молока, гидрокснда натрия м сода;

- установлена возможность расширения области применения вихревых реакторов по содерхгагаа магния в исходной воде;

- установлена необходимость применения 2-х ступеней вихревых реакторов при проведении известково-содового у.игчекия подземных вод.

Новизна разработок подтверждена авторскиш свидетельствами й 1590445 "Способ умягчения природных вод" (Б,И,, Jé 33, 1990), № 812765 "Способ умягчения природных вод" (Б.П., Л 10, 1981), & 920007 "Способ умягчения природных мутных вод" (Б,И., Л 14, 1982).

Практическая ценность а область псименсэтя работн

Разработаны усовершенствованные технологические схемы реагентного ушгченля природных sotf, учатызгзцие два механизма кристаллизации карбоната кальция и поззолязгае, наряду с эффективным проведением процесса, поручать осадки с низкой влажностью ,

Разработанные технологические схемы углгченпя внедрены яа стадии Щ институтом Соаззодокай&чпроо::? в проекте "Станция

умягчения вода г.Октябрьский БкСС?"; чистлгутом ¿Злщо-Уральское отделение Гипрокоммунводоканал в проекте "Станция умягчения $оды г.Туйиазн БАССР"; институтом Севкавгипроводхоз в проект«,. "Станция умягчения вода Баксанского группового водопровода".

В промышленном масштабе на ПО "Навоиазот" внедрен новый флонулянт КО-3 в схеме реагентяого умягчения воды.

ftnpodamm работы. Основные резулхтати диссертзвда долояе-ны на П Республиканской кон£еренют "Актуальные проблемы охраны окружающей среда и рационального использования природных ресурсов" (Ташкент, 1980), Республиканской конференции "Химия а хвшчесная технология получения силикатных материалов л вопросы очистки сточных вод в химической промышленности" (Ташкент, IS85), Всессазной конференции "Коагулянты п флокулянты в очистке природных >t сточных вод" (Одесса, 1988).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 7 статьях, получено 3 авторских- свидетельства на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, спзска литературы аз 33 наименований и прпло-еенай. Объем работа вместе со списком литературы и приложениями составляет 150 страна«, включая 17 рисунков а 26 таблиц. Объем приложений 4 страница.

(¡¡(щэпзанае рабдтн

В главе I приведены результаты аналдтачаскопо обзора технологически схем реагенгнопа. здавчвяи» прЕодннх вод.,, рассмотрена два механизма, образована® осадка карбоната, калыщя. при: проведении, процесса, ушгчэния. л. изучена, фиэпжо-хяшческаа.вог-казатата. качестве вода источников; водоснабжения..

Установлено.,, что- в практика .реаглнтя ого .ут,!яг.чешя..'Лрирод-

пых вод существует, в основном, 2 подхода к решению схем умягчения. Первый - это глубокое умягчение части потока вода я последующее его смешение со йсе.м потоком в требуемых пропорциях. Недостатком данной схеми является наличие второй ступени обработки и образование большого количества шлама с низкими водо-отдаащими свойствами. Второй подход,- это обработка всего до-тока воды в одну ступень До заданной глубины .умягчения. Данная с:;ема, несмотря на увеличение площадей основных сооружений Первой ступени, имеет рад преимуществ:

- улучшение водоотдаация свойств осадка за счет сокращения в нем доли гидроксида магния;

- возможность использования данной схемы на эксаяуатируе-глых водопроводах станциях.

Однако, внбор той яли иной схемы доляен проводиться на основе техкико-окономпческой оценки, в зависимости от показателей качества природных вод.

Изучение Показателе!! качества вода источников водоснабжения позволяло установить наиболее характерные тиан вод.тре-булвде проведения умяГчгш! перед их использованием в хозяйственно-питьевом водоснабжении. Общим для большинства природных вод региона Средней Азии является гтреЕЫИенйе кальциевой жесткости над карбонатной и магниевой жесткостью. Задача умягчения этих типов вод может решаться, в основном, только за счет удаления кальциевой жесткости в ьиде карбоната кальция.

Известно два механизма образования осадка карбоната каль-

I

цая при умягчении воды:

- кристаллизация СаС03 в свободном объеме и выделение сформировании: кристаллов в виде осадка с высокой влажностью,

.что характерно три проведении процесса в отстойных сооружениях;

- кристаллизация СаСОд на затравке с образованием твер дых гранул, имеющих низкую влажность, что характерно для сооружений типа вихревых реакторов.

Для эффективного осуществления процесса умягчения води в реапме отстаивания, необходимо экспериментально установить влияние избыточных доз щелочных реагентов, условий смешения а контакта с ранее образованным осадком, величины исходной мутности природных вод на глубину ушгчения в условиях пони-еонных температур.

Широкое внедрение вихревых реакторов одерживается в связи с отсутствием достоверных данных по оптимальной величине затравки а ограничением их применения содержанием магния п исходной воде.

Р главе 2 приведены результаты технико-экономического сравнения вариантов схем реагентяого умягчения различных типов вод выполненные по разрабос мной программе расчета на ЭВМ РСХТ. Оптимальность схем оценивалась по величине приведенных затрат, вклочая статью по ооработке осадка. Расчет проводился на производительность станции от 8 до 32 т.мЗ/сут.

Начальные условия принимались по показателям Жк, "И природных вод, причем > Ек, что является характерным для большего числа рассматриваемых водоисточников. Допустимая величина остаточной жесткости задавалась 7 мг-экв/л, что соот-'ветствует требованиям ГОСТ 2874-82 "Вода питьевая". Дозы щелочных реагентов принимались по стехиометрии. Доля потока, направляемого на уиягчениэ. и объем шламонакспителя определялась по формулам СЗаН 2.04.02-84 "Водоснабжение. Наружные сети".

Стоимостные показатели определяли по расценкам,приведенным в рекомендациях ВНИИ ВОДГЕО, по ценам 1990 года. Результаты расчета для вод различных типов -приведены в таблице I.

Оценивая полученные результаты, можно сделать следующие выводы:

1. Если удаление карбонатной жесткости позволяет достичь остаточной величина честности 7,0 мг-экв/л, целесообразна схема умягчения методом известкования всего потока воды (тип I);

2. Если удаление карбонатной кесткости обеспечивает достижение остаточной жесткости менее 7 мг-экв/л, то целесообразно проводить умягчение .известкованием частя потока на максимальную глубину (тип 3,4,6);

3. В случаях, когда при удалении карбонатной яесткоста

не достигается остаточная жесткость 7 мг-зкб/л и возникает необходимость сникеяия иекгрбонатной аесткости содой, то умягче-ниа целесообразно подвергать практически весь поток воды (тая 2,5,7).

Таким, образ ом, при реагентом теягченаи различных типов вод для хозпитъевых целей., в зависимости от качества исходной вода и достигаемой глубины умягчения возможно примененае как схем с обработкой всего потока воды, так и схем с обработкой части потока. Исходя из этого скорректированы расчетные зависимости по определения доз иелочных реагентов и доли потока, подвергаемой умягчению в зависимости от качества воды.

Дга ьрактического применения рассмотренных схем реагент-ного ут.шгчения необходимо экспериментально установить влияние избыточных доз щелочных реагенто^ на величину остаточной жесткости воды в условиях пониженных температур и наличия глинис-

Таблица I

Результата расчета на ЭВМ оптимальной схемы умягчения разлзчтлс типов вод

к | Исходные данные

«|<3 I

типа! ~ ~ -

воды! Водоисточник

ль тати расчета

Стоп-!Стол- !Ярп- ¡Приведен, ыость!кость ! веден.!стоимость из- !соди ! сток:.;.'.сооружен. :озств! !нако- ¡проп^всу;

*Са

Про-!Дол*

мг-экв/л

!

!под-

¡верг.

•yi.--.ir-

! чьта

Доза!Доза

Г

руб/год

!пк

I \

! *---

1(1 мЗ/час_рас10£а)

!8000 132000

I

Сут-марные затраты _

8000

32000

I Якпевскгй-(ЕА.ССР) 12,5 6,4 4,1 5,5 изв. 1,000 5,5 0 67,45 - 14,89 В,54 4.16 90,61 66,50

2 БекабадсюзЙ Сг.Бекабад.УзССР) 15,6 9,0 6,6 4,1 изв-сод 0 956 4,1 4.9 48,05 139,22 16.20 8,47 4,22 211,93 207,60

3 ПО "Фотон" (г.Ташкант) 11,4 6,2 5,2 6,0 язв. 0.733 6,0 0 53,96 - 8,74 10,19 4,65 72,39 67,35

4 Каршинский (г.Карши.УзССР) 8,0 5,6 2,4 5,2 изв. 0,192 5,2 0 12,26 0.52 30,97 9,84 43,75 22,53

р.ц. Пахтачн ТУзССР) 18,8 10,2 8,6 5,0 язв-сод. 0,99 6,72 6,92 81,58 203,68 23,78 8,27 4,17 317,32 313,21

6 г»БУхаш (УзССР") 10,0 4,6 5,4 4,2 язв. 0,714 4,2 0 36,79 - 5,80 10,39 4,70 52,98 47,29

7 г.Туйказн (ЕАССР) 15,0 10,2 5,8 6,0 пзз-сод 0,962 6,0 3,36 70,75 96,06 19,23 8,44 4,21 194,5 190,25

той взвеси.

В главе 3 приведены результата экспериментальных исследований процесса реагентного умягчения воды, осуществляемого в режиме отстаивания.

Исследования проводились в стационарных условиях на воде 2-х типов, мг-экв/л:

I. Е„= 11,8 .. 12,1; = 7,2... 7,6; £к = 5Д... 5,2; 2.Е„= 15,5... 16,0; = 8,5... 9,0; Ек = 3,8... 4,2.

Влияние температура на глубину умягчения известкованием изучалось в условиях, моделирующих работу отстойников. Для обеспечения контакта образующейся в процессе умягчения взвеси с ранее образованным осадком, время медленного перемешивания устанавливаюсь з зависимости от температуры воды. На рис. I приведена зависимость величины остаточной аесткоста воды от врекзнл кедленного перемешивания при различных температурах.

Занюимсст» остаточной »«сткссти веды от гргмени перлмеыиьйии а Жоег-Г-^ЬЛ гада

» - Ц ТлПЛ

Ц

1г \0

ь &

Заьлсииссть ссгвтсчиси жаст-ЛССТл ЬСДЬ! I ТИП» ОТ ¿СЬ>1 И5ЬвСТЦ

и. »г. ТЛ. Ж бог.,

(С яс

30

>0 50 £0

4, • 5.г«зо"с.

х а 6 е (о .

гис < МГ'-ХЬ/А,

---Расчетное к-р

Как видно из рисунка, с понижением температуры для достижения максимальной глубины умягчения необходимо увеличивать вре>щ медленного перемешивания. Однако, дахсе при оптимальных условиях перемешивания имеется тенденция к некоторому увеличении остаточной жесткости при снижении температуры.

Дальнейшие исследовашш проводились с установленным временем медленного перемешивания.

Установлены зависимости остаточных компонентов жесткости от дозы извести при различных температурах и различном исходном содер:сании природной взваса (рас.2} в сопоставлены с расчетными данными^ Полученные результаты свидетельствует об отсутствии необходимости применения избыточных доз реагентов, т.к. точки эквивалентности у экспериментальной и расчетной кривой совпадаэт. Влияние температуры на глубину умягчения становится менее заметным при увеличении содержания в воде взвеси, обусловленной как глинистыми частицами, так и образующейся взвесью. Практически во всех случаях остаточная величина зест-коста на 0,5... 0,8 ыг-экв/л превшвазт некарбоиатную аесткостЬ) ■ что соответствует данным, приведенным в СНиП 2.04.02-84.

Показатель остаточной мутности воды после проведения процесса реагэнтного умягчения и осветления показывает, что необходимо прим® »генне дополнительных реагентов для интенсификации осаждения взвеси.

С цельвз более глубокого умягчения вода 2-го типа (Ка~ 15,5; Ждд = 8,5; Е^ = 4,2), были проведены исследования по известково-' содовому умягчению, причем йэвестъ а сода дозировались только на' связывание солей кальциевой жесткости. Результаты исследований приведены на рис.3. Из приведенных зависимостей видно,,

что увеличение мутности исходной вода компенсирует влияние повяленной температуры на глубину умягчения, при этом ветчина избытка соды уменьшается с 20 до 10%. Очевидно, частицы глинистой взвеси являются дополнительными центрами кристаллизации СаС03 и интенсифицируют процесс умягчения.

Изучение влияния ионов магния, фосфатов, 3-х валентного келеэа и высокомолекулярного фяокулянта ПАЛ на процесс кристаллизации СаСОд проводилось на воде I типа (20= 11,8... 12,2; = 4,В... 5,2).

сст&точ^оЛ. жеслкьэт* И^с/тер»'^ кгтк-

бсдм I типа, ст ¿рэъ. ссдь! Аенсвс« сини осалкои Са'йО^

Г, МГ/А

0,8> ■

¿0 АО £.0 Ю 100 ио МО

о.оч о.св 0,(1 Сиг,

Рис.3 '

I. Прй Си«.. = ЯСсм^\ Я. При

- ¿С^РО^'

Ц. гос + ясмг/л РС?^

+ 0.1 мс/л ПДЛ -

В рззультате исследований установлено, что с повышением содержания ионов магния до 10 мг-экв/л усиливается их ингибп-руащее воздействие на кристаллизация СаСО^, одновременно с зтим увеличивается степень удаления магниево.'! жесткости, в виде взвеси М^(0Н)2. Присутствие в воде даже небольших количеств фосфатов ( ~ I мг/л ) резко ингабирует весь процесс умягчения. Эф|ект ингибирования снитлется при увеличении содормагния. Небольшое количество 3-х валентного железа (0,1 мг/л) также снищет эффективность кристаллизации СлС03, особенно при понимании температуры вода до а°С.

Введение ПАА послб извести приводит к некоторому увеличении глубины умягчения, чте*- согласуется с имевкг.гася даняыш до-теории кристаллизации, я объясняется увеличением скорости рсста кристаллов карбоната кальция под воздействием ПАЛ.

Наличие глинистой взвеси, небольшого количества ^оедлтов и ПАА изменяет структуру осадка, что подтверждается данным по сорбции осадком парэз воды и адсорбции метиленовой сини (рис^'4).

Для интенсификации осездеяия природной взвеси и взЕеся, образующейся при рэагинтном ушгчешш вода, установлены оптимальные дозы коагулянта и флокуланта (ПЛАЗ-и гидравлическая крупность взвеси.

С целью изучения возможности замены дефицитных коагулянта и ПАА проведена исследования по использованию обозленного природного алунита Актааского месторождения и флокулянта КО-3, выпускаемого на ПО "Навоиазот" из отходов производства.

Результаты сравнения действия алунита и сернокислого железа приведены в таблице 2,

Таблвда 2

Влияние температуры на оптимальные дозы алунита и РеЗОд, мг/л

Свсх., |------Хешэрзт^ра -----]------

мг/л ! 5°С 1 15°С ! 20°С ! 30°С

,---^---1--Л т--|---, , у

!АТ-700! РеЗО,!АТ-700!Ре50,!АТ-700! РеЗ).!АТ-700!РеЗО

I I I 41 I |

0 17 30 5,0 4,0 1,4 3,0 8,5 7,0

100 21 34 14,0 24,0 7,0 4,0 8,0 5,0

500 30 48 . 24,0 33,0 17,0 15,0 0,0 11,0

1000 35 90 34,0 50,0 20,0 38,0 8,5 15,0

с

Примечание: Приведенные дозы реагентов соответствуй?

С0С1> = 12 иг/я.

Как видно из таблицы, алунит имеет более высокул эффективность, особенно з условиях пояякешшх температур вода и высокой исходной мутности.

Изучение ¡¿локулируэадх свойств ^локудянта К -3 показало его конкурентноспособность по отношения к ИМ. Это подтверл-дено результатам эксплуатации в прошлленном масштабе на осветлителях ВТИ-230 ПО "Бавоназот". Б таблице 3 приведены данные производственных испытаний флокулянта КО-3 и дано его сравнение с ПАА. Как видно из тайлзда, флокулянт КО-З мелет быть рекомендован к использовании в схемах реагенткого умягчения воды. На способ умягчения вода с использованием алунита и КО-3 получены'авторские свидетельстза.

Таблица 3

Результата производственных испытаний ¿локулянтов "КО-3" и "ПАА", 0= 190 мЗ/ч, 15°С

Доза флокулянта,

мг/л.

-

ШЛ ! КО-3

т~ - - - т - - - •

• ^исх''^ост^сх^ост; зещ-ва

---:— &бра-

Iботан-мг-экв/л пой

!воде,

__________ 1"Х/£

мм/с

0,25-0,3- 10,8/7,0 3,9/0,5 15,С 28,0.1,45 0,13 2,24

0,25-0,3 - 10,8/7,0 3,9/0,6 4,0 30 1,5 0,14 2,4

0,3-0,4 10,4/7,1 3,5/0,74 7,0 15,0 1,1 0,С9 1,47

0,3-С,4 10,4/7,1 З.б/С.7 5,0 13,2 1,25 0,1 1,73

Примечание: Св - весовая концентрация гзердэй фаза в слое взвешенного осадка;

Ус - скорость стесненного осшкденпя;

Vt - услознач скорость свободного осатдения;

Со - объемная концентрация уплотненного в течение часа осадка.

3 глазе 4 приведены результаты исследований процесса крист-гглизацпя карбоната кальция на затргз.ке в вихревых реак-торах(ВР).

Исследования проводились на моделях вихревых реакторов -лабораторной, производительностью 0,36 мЗ/ч и опытно-промкя-лэннэй - производительностью 4,5 :.13/час.

3 качестве «елочного реагента использовались известковое молико, известковый растзор, раствор соды и раствор гпдрокси-да натрия.

Затравкой служил кварцевый песок диаметром фракцпй 0,1...

0,6 ш. Контроль за процессом осуществлялся по показателю рН, щелочности, содержанию' кальция, общей жесткости и мутности умягченной вода. Исходная вода имела следующие показатели, мг-экв/л: 11,8... 12,1; Н^ = 7,2... ?,6; Жк = 5,1... 5,2.

В процессе исследований установлены зависимости глубины умягчения и величины мутности умягченной воды от диаметра зерен и величины обгет загрузли вихревого реактора при умягче-шш воды игвестковш.: раствором (рис. 5). Из представленных заг

Еисииостей следует, что наилучапз результаты достигаются при зерен

величине диаметр;^,I... С,2 ш и количестве загрузки равной 20,1 от сбъэ;.:а реактора. Эффективность кристаллизации СаСС^ на затравке составляет £5... 98$. Бри отом доочпетка умягченной воды может осуществляться на $альтрах. Аналогичные результаты получены в процесса исследований на оиытно-лрокыпленной уста-

новке,

1

0,( 0,4. 0,2 >0,4

Рис. 5

^.Злгр^акь. 5%. \ |0'/. '. З.Я0%

В случав замены известкового раствора на известковое молоко наблюдается значительное увеличение количества взвеси в умягченной воде (до I5C мг/л). Эффективность кристаллизация СаС03 в этом случае составляет 79...80;^ Это объясняется наличием в суспензии известкового молока загрязшюдлх прпме.сей, которые, обладая высокой удельной поверхиостьа, выступает в голи затравки и вызывают массовую кристаллизацию CaCOg в свободном объеме. Доочлстка зтоЯ эйдЬ долянз проводиться в от .тоПньт сооружениях и на фильтрах.

На спытно-прожпденнсй установке вихревого реактора изучалось влияние пониженно* температуря обрабатываемой зоды п исходно»! велпчшдг уагния на процесс умягчения, Установлено, что с псшп:е;п:ек температуры эодн до 8°С величина остаточной яест-кссти превыше? иохзрбс^з-гнув на 1,3... 1,9 мг-экв/л. Что касается магния, то его содер.тлгае,вплоть до 3 мг-окз/л,практически не сказывается на глубине умягчения воды п зеличяие гыиосп-мзй взвеси (рис.5).

3 таблица 4 приведен химический состав крушги, образующейся з вихревом реакторе. Как видно из таблица, а составе крупки присутствие ¡лапг.'я наблздается только при повышении тем-

Таблица 4

пературы водя до

Химический состав крупки в - 5,0 мг-экз/л

"Ц

Температура! On !

СаО

М3

'.к С

?е203

SO,

СО,

н/о

10 33

53,2 51,8

нет 1,8

0,12 0,16

1,58 1,05

41,8 40,7

0,08 0,15

На основании яроведенных исследований рекомендуется расширить область применения вихревых реакторов по сравненш со ' СНиД 2.04.02-84 для вод с содержанием магния до 60 ыт/л.

При необходимости использования процесса нзвесгково-содо-вого умягчения для достижения требуемой величали остаточной жесткости, возможно применение вихревого реактора б качестве основного сооружения для кристаллизации карбоната кальция. Результаты исследований данного процесса приведены в таблице 5. Установлено, что при игвестково-содовом умягчении, необходимо использовать известковый раствор и производить раздельный ввод извести и соды в два последовательно соединенных реактора. Пра этом эффективность кристаллизации составляет 88... 92$, а вынос взвеси - 12... 2? г.:г/л, т.е. доочистка умягченной вода молот решаться на фильтрах.

Помимо извести и соды для удаления карбонатной и части некарбонатной кальциевой жесткости монет использоваться гидро-ксид натрия. 2го применение значительно сокращает расход реа-

И5С

гейтов з упрощает систему приготовления и дозирования.

Установлена зависимость глубины умягчения от дозы целэчи на воде,- имеющей показатели, ыг-экв/л: Ес= 14,.. 15,2; Kga = ö,0; = 6,2. Характерный ход кривых приведен на рис.6. Там ив показан ход расчетной кривой, установленной по стехвометричес-кцм зависимостям. Из рисунка видно, что для достижения заданной глубины умягчения требуется избыточные дозы щелочи. Так, до сравнению со сгехиометрячесюш количеством,при величине до-.зы щелочи равной карбонатной жесткости, величина избытка составляет 25... 30% от расчетного. Кроме этаго происходит увеличение количества взвеси ? умягченной воде до 80 ыт/л, что

Таблица 5

Показатели качества води после известково-содового ушгчешзя воды

Температура °С

рН

!Щ, мг-экв/л

исх. 'после ! исх. »поело ___хуь&ечен,.!___1у™гчония_

мг-окв/л ,! ,мг-экв/л

исх. !после ! исх. (после ___'■.•лгч. !__¡ткягн

!2., ,мг-экв/л !МутностьЕ°Ды

-!-<"$-----'после умягчв-

! исх. 'после !ния, яг/л 1 [умягч.!

Известковое молоко ь сод..

8 7,5 9,15 6,3 0,45/5,0 14,7 8,4 3,5 2,2 6,2 6,2 425

0 7.4 9,3 6,3 1,0/5,4 14,9 7,6 а,5 1.9 6.4 5,7 475

8 7,4 9,55 6,3 0,6/3,4 14,9 6,7 8,5 1,4 6,4 5,3 400

8 7,4 9.8 6,3 1,8/6,0 14,9 6,3 8,5 1,0 6,4 5,8 450

а 7,4 10,2 6,3 2,1/4,0 14,9 7,5 8,5 ■1,6 6,4 5,9 425

.8 7,4 10,05 6.3 1,5/4,7 14,3 6,6 8,2 1,3 6,1 5,3 - 450

Известковый паствор +■ сода

8 7.4 9,6 6,3 0,75/3,С 14,3 7,6 8,2 2.2 6Д 5,8 70

а 7.4 10,0 6,3 1,5/3,8 14,3 7,5 8,2 1.8 6,1 5,7 70

а 7,4 10,0 6,3 1,3/3,3 14,5 6,5 а,2 1,3 6,3 5)2 90

20 - 7,6 9,7 5,2 0,4/1,3 12,1 5,5 7,6 1,9 4,5 3,6 45

20 7,6 9,85 5,2 0,5/1,2 12,1 5,5 7,6 1,8 4,5 3,7 70

20 7,6 9,75 5,2 0,5/1,2 12,1 5,9 7,6 2,2 4,5 3,7 55

20 7,6 9,40 5,2 0,2/1,1 12,0 5,6 7,5 1,7 4,5 3.9 63

I ступень ВР изтипаствпр + П ступень ВР сода

20 7,7 9,55 5,2 0,4/1,0 12,1 5,0 7,5 1.5 З'6 3,5 27'

20 7,6 9,90 5,2 0,4/0,9 12,1 5,2 7,6 1,4 4,5 3,8 12

20 7,6 9.6С 5,2. 0,5/1.1 5,3 7,5 1,5 4,5 3,8' 15

Здысчпость ос татсчноЛ аикткосги

I. Же:г ; ?., Са.\«т.

----Расчетная «ц^иьг»

Рек.омекАуамь1й технологические, реагентного умягчения »одм

а)

Рис.?

I. Смеситель ; Х.Огстсйньи (сс&ат-антсль); вихре-

но н

обусловлено образованием гидроксида иагная. Во полученным ре-еульгатшл рекомендуется проводить процесс уиягчения вода с дозой щелоча, не превшяазщей карбонатную жесткость. При этом эффективность кристаллизации СеС03 иа затравке составляет 99$ и досчастка умягченной вода мояет производиться на скорых фильтрах.

В пятой главе диссертации приведены разработанные схемы умягчения природных вод, выполненные на основании проведенных исследований. Основные из них изображены на рас.?. Область применения предугааешшх схем ограничиваете^ следующими уело-еияш: 2са > ^са > 2 ~ ^са * 7 ыг~экв/л-

реконструкции существующих станций осветления поверхностных вод рекомендуется схема а). Основное отличие от предлагаемой в СНиП - это умягчение всего потока води до требуемой глубины, отсутствие избытков извести и увеличение времени пребывания в камере хлопьеобразования.

В случае умягчения вод с содержанием взвеси более 1,5 г/л (с учетом образующееся в процессе умягчения) к этой схеме добавляется ступень предочистка.

Для умягчения подземных вод с исходным содержанием магния до 60 мг/л рекомендуется схема б) с вихревыл! реакторами и дозированием извести или гидроксада натрия. Основные отличия от рекомендаций СКиЯ - это увеличение объема загрузка зихрепого реактора, увеличение допустимого количества магния а неходкой воде ц использование иззеегкового раствора или гелочп. При яз-весткоЕо-содозом умягчении подземных вод 'рекомендуется включение в дапнуз схему дополнительной ступени вихревого реактора и разделение ввода щелочных реагентов по ступеням.

В случае использования известкового молока для умягчения воды по указанной схеме, рекомендуется после зихревого реактора вклач5.|-ае дополнительной ступени отстаивания.

Для вневь проектируемых станций осветления и умягчения поверхностных вод (если общее количество гевеей не превышает 1,5 т/л) рекомендуется схема з), а которой вода первоначально осЕет'яетсл в отстой-гаках, а затем укягчается в вихревых реакторах известковым раствором или щелочка. В работе по всем рассмотренным схемам приведены технологические параметры.

Основные преимущества рассмотренных схем закдачается з экономии реагентов, максимальном использовании сущестг-уэцах

соорунакий, использовании высокопроизводительных вихревых реакторов, сокращении затрат на обработку осадков, возможность» регенерации извести иг крупки СаСО^.

Схема б) внедрена в практику проектирования.

В шестой глазе проведено технико-экономическое сравнение предлагаемых схем реагентного умягчения водц и рекомендуемой в СНпП 2.04.02-84 (по ценам 1950. г.). Для станции производительностью 20 т.мЗ/сут применение разработанной схемы в) с использованием извести позволяет получить экономический эффект 178 тыс.руб/год, а при использовании щелочи - 76 тис.руб/год.

3 приложениях представлены документально оформленные акты внедрения производственных испытаний.

ОСНОВНЫЕ ВШЗОДУ:

1. На основании разработанной программы расчета по технако-экономичоско.му сразненяэ вариантов схем реагентного умягчения воды, определены рациональные схемы ушгченпя двд рассматриваемых типов вод.

2. Изучены процессы совместного умягчения и осветления поверхностных вод в режима отстаивания при различных температурах. Экспериментально установлено, что при умягчении вода известкованием применение избыточных доз извести не требуется во всем рассмотренном температурном диапазоне.

3. Установлено, что при декарбонизации известкованием в условиях отсутствия в исходной воде глинистой взвеси и

1; = 5... Ю°С",7Гостиженпв остаточной жесткости,на 0,95... 1,05 мг-экв/л превышающей нэкарбонатную жесткость, При содержании в исходной воде глинистой взвеси в количества 400... 1000 мг/л,

I

величина остаточной аесткоста, при прочих равных условиях,

на 0,7...0,8 мг-экв/л превышает некарбонатную.

4. Установлена необходимость применения 10^-ного избытка соды в процессе частичного известково-содового умягчения воды при температуре 15°С.-

5. Устаио&тевы оптимальные, дозы реагентов,интенсифицирующих осветление воды ?е304 и ПАА.прп различных релшмах умягчения и определена гидравлическая крупность взвеси. Проведаны исследования нового коагулянта - алунита а |локулянта-ХО-3. Установлена их эффективность по сравнению с Ре504 2 ПАА. Злеку-лянт КО-3 внедрен в промышленном масштабе.

6. Установлено, что присутствие в зодс поноз магния, фосфатов и железа иигабпрует процесс кристаллизация карбоната кальция на затравке, а ПАА - интенсифицирует.

Установлено, что эффективность кристаллизации карбона-, та катьцня на затравке, яри использовании известкового молока, составляет - 75... известкового растзора - 95...93 %, гад-роксида н&трля •** 995^ * Опгамальнкй объем затразки составляет. 10, 20 и Ъ% о? объема реактора соответственно.

8. Определена целесообразность дсуцестзления процесса известково-содозого умягчения воды йа 2-х ступенях зпхревого реактора с раздельным вводом, на I ступени - известкового раствора, на II ступени - раствора соды. Эффективность кристаллизации при этом - 88... 92$, объем затравки - 2С$ от объема реактора.

9. Опытно-промыалекныш испытаниям установлена зависимость глубины умягчения вода в вихревом реакторе от температуры в диапазона 8... 38ЭС.

10. Расширена область применения вихревых реакторов по сравнения со СШШ 2-04.02-84 по величине магния в исходной воде.

11. Разработаны схемы рзагектного умягчения различных типов вод, основанные на применении отстойников, вихревых реакторов и фильтров.

Схема умягчения подзешш: вод с вихревытли реакторами внедрена в практику проектирования для водоснабжения городов Октябрьский, Туйиазы я населенных пунктов Еаксанского ущелья.

12. Ояидаег.ъй экономический э^ект составляет 178 т.руб/год для стаидии производительности ZQ т.мЗ/сут. Сушарный о.тадае-

экономический з^екг от внедрения выданных рекогюадаций составляет 939 т.руб/год. Реальный э£х£акт от внедрения фюну-лянта КО-3-233,25 т.руб/год.

Основные полозекия диссертация опубликованы в следующих работах;

1. A.C. ü 1590445. Способ умягчеияя природных вод. (Долгополов H.H., Амосова Э.Г., Глокель З.Л., Бондаренко B.W., ади-лова Д., Копп Р.З., Глокель Ф.Д., Меркушкина Г.Э.).

2. A.C. Ii 920С07. Способ умягчения природных мутных вод. (Амосова Э.Г., Бондаренко В.И., Глокель ЭЛ., Долгополов П.И., Сэбаев И.К.).,

3. A.C. А 812765. Способ ушгчешя природных вод. (Амосова Э.Г., Глекель-Э.Л., Бондаренко В.И., Долгополов П.И.,Тлекэль ОД., Копа Р.3.),.

4. Глвкель 3.JI., Долгополов П.И., Кош Р.З., Амосова Э.Г. Использование дегидратированного алунита в процессах умягчения природных вод. Тезисы докладов П Респуйликанской конференции "Актуальный проблемы охраны окру:савдей среды и рационального использования природных ресурсов"., Т., 1980.

5. Бондаренко В.И.,. Глекель Э.Л., Долгополов П.И., Амосо-

ва Э.Г. Усовершенствованная технология умягчения воды с применением вихревого реактора. Инф,лясгок о ваучно-гехн.дррта.'хеняп. Охрана окр. среды Л 84-129, серия 75.31.19 НИИНТИ л ТЭИ Госплана УзССР, 1984.

6. Долгополов ПЛ., Бондаренко В.II., Глекель Э.Л., Нервов

Г.Г. Высокоскоростгтя Декарбонизация подземных вод. Тезясн док-

"Химия.

ладов Республиканской конференции^ химическая технология получения силикатных материалов я вопросы очистки сточных вод в химической промышленности"., Т., 1985.

7. Бондаренко В.И., Долгополов П.И., Первов у.Г. Бнсоко-скоростчая декарбонизация воды в вихревых реакторах. Труды института БОДГЕО. М., 1987.

8. Амосова.Э.Г., Долгополоз П.И., Глекель З.Л., Бондаренко Г.И. Интенсификация отделения ззьеси при реагентнсм ушгчежга воды алунитом и флокулянтом. Труды пнстисута ВОДГЕО. "Л., 1968.

9. Бондаренко В.И., Долгополов П.И., Амосова Э.Г., Глекель Э.Л. Применение фмкулянта КО-3 при реагентном умягчешш природной г^тннх вод. Тезисы докладов Всесоюзной конференции кса-

и

гулянтн и фмкулянты в очистка прщюдных^сточкых вод. Одесса, • 19СЗ.

10. Бондаренко В.И., Долгополов П.И. Технология реагент-ного умягчения воды. Инф.листок о передовом производственном опыте. Коммунальное хозяйство.НШ НТИ и ТЭИ Госплана УзССР, 1990.