автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Интенсификация процессов коагуляции и флокуляции природных вод за счет регулируемого механического перемешивания в смесителях и камерах хлопьеобразования очистных сооружений

На^лравахрукшиси

МОИСЕЕВ АНДРЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ КОАГУЛЯЦИИ И ФЛОКУЛЯЦИИ ПРИР ОДНЫХ ВОД ЗА СЧЕТ РЕГУЛИРУЕМОГО МЕХАНИЧЕСКОГО ПЕРЕМЕШИВАНИЯ В СМЕСИТЕЛЯХ И КАМЕРАХ ХЛОПЬЕОБРАЗОВАНИЯ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Специальность 05.17.08 - Процессы и аппараты химических технологий

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2005

Работа выполнена в лаборатории технологии очистки природных вод Научно-исследовательского института коммунального водоснабжения и очистки воды (ОАО «НИИКВОВ»)

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

кандидат технических наук Ведущая организация

Драгинский Виктор Львович

Орлов Николай Савельевич Животнев Виктор Сергеевич МУП «Ярославльводоканал»

Защита диссертации состоится «_/5_» Дпре^З 2005 г в О часов на заседании диссертационного совета Д 212 150 05 в Московском государственном университете сервиса по адресу 141221, Московская область, Пушкинский район, пос Черкизово, ул Главная 99

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета Отзывы и замечания в двух экземплярах просим направлять по адресу университета

Автореферат разослан « Я^***

2005 г

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических доцент

Пашковский Игорь Эдуардович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертация посвящена разработке рациональных решений технологии реагентной очистки природных вод коагулянтами и флокулянтами путем интенсификации процессов, происходящих в смесителях и камерах хлопьеобра-зования, за счет регулируемого механического перемешивания.

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Коммунальное хозяйство, в частности водоснабжение, постоянно сталкивается с рядом проблем, которые требуют совершенствования технологии и инженерного оборудования. Это связано, с одной стороны, с постоянно растущими требованиями к качеству питьевой воды, с другой - загрязнением водоисточников и необходимостью расширения сырьевой базы за счет источников с низким качеством природных вод. Обработка воды коагулянтами является самым распространенным методом очистки воды поверхностных водоисточников. Гидродинамический режим смешения (гидравлический, пневматический и другие методы) раствора коагулянта с сырой водой определяет кинетику образования хлопьев, их размер и плотность и, тем самым, определяет последующие стадии технологии: отстаивание и фильтрование. Выбор гидродинамического режима смесителя является сложной технологической задачей, поскольку процесс, протекающий на начальных стадиях коагуляции, - образование хлопьев гидролизованных форм коагулянтов (гидроксидов алюминия или железа) - является сложным и определяется большим числом факторов: интенсивностью перемешивания, мутностью исходной воды, вводимой дозой и типом коагулянта, температурой и т.д. В то же время известно, что гидродинамический режим, создаваемый механическими смесителями, более эффективен. Это подтверждено опытом работы водоочистных станций за рубежом.

Вопросу коагуляции коллоидных систем в процессе водоподготовки посвящено большое количество теоретических и экспериментальных исследований. Основы процесса коагуляции, разработанные Марианом Смолуховским, были развиты в трудах Ребиндера П.А., Дерягина Б.В., Кройта Г.Р., Кульского Л. А., Бейлиса, Воюцкого С. С. и ряда других. Решению технологических задач в рамках данной проблемы посвящены работы Абрамова Н.Н., Клячко В.А. и Апельцина И.Э., Кастальского А.А., Минца Д.М., Кургаева Е.Ф., Бабен-кова Е.Д., Шкроба М.С., Прохорова Ф.Г., Строкача П.П., Драгинского В.Л., Лукашева Е.А. и других авторов. Однако теории коагуляции разработаны для случаев наличия примесей, способных потенциально к образованию агрегатов. В то же время математических моделей, описывающих все стадии процесса, не существует. Это сдерживает разработку эффективных технологических процессов очистки воды.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ:

- экспериментальная оценка эффективности работы механических смесителей и камер хлопьеобразования по сравнению с гидравлическими для водоочистных станций населенных мест Российской Федерации;

- разработка математической модели процесса коагуляции при реагентной очистке воды и повышение качества регулированием процесса;

- разработка рациональных вариантов конструкций смесителей и камер хлопьеобразования, выбор технологических режимов их эксплуатации;

- разработка методики расчета смесителей и камер хлопьеобразования с механическим перемешиванием;

- разработка рекомендаций для проектирования по реконструкции смесителей и камер хлопьеобразования на водоочистных станциях.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА: разработана математическая модель процесса коагуляции; разработана методика расчета смесителей и камер хлопьеобразо-вания с механическим перемешиванием; разработаны новая конструкция вертикального механического смесителя, новое устройство для очистки воды и устройство для её осветления (получены патенты); подготовлена методика компьютерно-инженерного расчета механического смесителя круглого и прямоугольного в плане.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ работы заключается в разработке оборудования и методик расчета технологического режима в смесителях и камерах хлопьеобразования с механическим перемешиванием (очистка воды с применением коагулянтов и флокулянтов). Подготовлены рекомендации по реконструкции станций очистки воды гг.: Ярославля, Калуги, Ижевска, Саранска и Нефтеюганска. Разработанные оборудование и методики нашли производственную реализацию в виде новой конструкции механической мешалки для интенсификации процесса коагуляции на Южной водопроводной станции МУП «Ярославльводоканал».

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты диссертационной работы докладывались на III Международной научно-практической конференции (Кемерово: СибГИУ, ЗАО «Экспо-сибирь», 2000 г.) и ежегодных конференциях молодых ученых НИИКВОВ (2001 - 2004 гг.).

Получено третье место в конкурсе на соискание премии ГУП «Мосводо-каналНИИпроект» молодым ученым и специалистам в области техники по направлению «Водоснабжение и водоотведение» в 2003 году.

ПУБЛИКАЦИИ. По результатам исследований и конструкторских разработок запатентовано 3 изобретения, опубликовано 7 статей и новый концепт-подход.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, библиографического списка использованной литературы, включающего 180 наименований, и 1 приложение, содержащее акт о внедрении результатов диссертационной работы. Общий объем диссертационной работы содержит 198 страниц, в том числе 64 рисунка, 21 таблицу.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы и сформулирована цель исследования. Научная новизна обусловлена экспериментальным подтверждением эффективности механического перемешивания по сравнению с гидравлическим на стадии смешения и хлопьеобразования технологии реагентной очистки воды, разработкой математической модели процесса коагуляции с учетом параметров гидродинамического режима, разработкой новых конструкций механических смесителей, методик их расчета и технологических моделей процессов очистки воды. Практическая ценность работы заключается в разработке рациональной технологии очистки воды с применением механических смесителей для водоочистных станций ряда городов РФ.

В первой главе проанализировано состояние вопроса: рассмотрены различные методы интенсификации процесса реагентной обработки воды; проанализированы положительные и отрицательные стороны существующих методов. Отмечено, что многие методы усложняют эксплуатацию очистных сооружений, требуют тщательного контроля дозирования коагулянта, приводят к повышению эксплуатационных затрат. Показано, что наметилась основная тенденция - разработка безреагентных методов интенсификации процесса хлопьеобразования, для чего используется механическое перемешивание.

В нашей стране на большинстве водопроводов применяются гидравлические смесители и камеры хлопьеобразования - водоворотные, вихревые, перегородчатые и камеры со слоем взвешенного осадка. За рубежом более широкое распространение получили смесители и камеры хлопьеобразования с механическим перемешиванием.

Главное положительное отличие механического перемешивания перед другими методами интенсификации процесса коагуляции - возможность регулировать интенсивность смешивания в зависимости от качества, температуры и расхода обрабатываемой воды. Это позволяет снизить время пребывания воды в смесителе, что дает возможность уменьшить его объем и, соответственно, снизить капитальные затраты при одном и том же расходе воды. Увеличение размера хлопьев при механическом перемешивании приводит к возможности снизить объем отстойника или увеличить его производительность; узкое распределение хлопьев по размерам позволяет увеличить фильтроцикл скорых фильтров.

В обзоре рассмотрены типы мешалок для водоочистки и указаны фирмы-производители, изготавливающие эти устройства.

Вторая глава посвящена экспериментальным исследованиям с использованием воды ряда водоисточников, используемых для водоснабжения. В диссертации приведены результаты исследований проведенных на пяти объектах в городах Ярославль, Ижевск, Калуга.

Лабораторные исследования по влиянию механического перемешивания на процесс очистки воды при коагулировании проводили на установках двух

типов. Установка «Катам» (рис. 1) состоит из шести двухлопастных мешалок пропеллерного типа, одновременно вращающихся с одинаковой скоростью. Для каждой мешалки предусмотрена своя емкость, в которой происходит процесс смешения воды и реагента, вводимого с определенной дозой. На установке задавали различное время смешения для процессов коагуляции и флокуля-ции. Скорость вращения мешалок варьировалась от 20 до 250 мин*1 с помощью регулятора скорости. Исследования проводили также на механической мешалке, которая имеет широкий диапазон изменения скорости и позволяет изменять число оборотов от 0 до 350 мин'1. Во всех проведенных опытах определяли влияние интенсивности и продолжительности перемешивания реагентов с водой в технологических моделях смесителя и камеры хлопьеобразования на процесс осветления воды при отстаивании и качество очищенной воды. Рассматривалось быстрое перемешивание в смесителе (0-И мин), медленное перемешивание в камере хлопьеобразования (0+12 мин) и совместное перемешивание - первоначально быстрое в смесителе, затем медленное в камере хлопьеобразования.

Рис 1. Лабораторная установка «Капля» для механического перемешивания реагентов с водой.

1- панель управления; 2- корпус расположения редукторов; 3- стакан с обрабатываемой водой; 4- лопасть мешалки; 8- емкость с водой для установки стаканов; 6- подача воды на охлаждение стаканов; 7- отвод использованной воды.

На Ярославских водопроводных станциях выполнялся комплекс работ по определению влияния механического перемешивания на эффективность очистки речной воды (реки Которосль и Волга) в течение всех характерных периодов года. Для сравнения и определения эффективности механического перемешивания контрольные пробы воды отбирали из камеры хлопьеобразо-вания на станции.

Влияние условий перемешивания воды с реагентами особенно сильно проявляется при уменьшении дозы коагулянта или в случае обработки воды

без флокутянта. На рис. 2 видно, что при соблюдении необходимых режимов перемешивания (быстрое в течение 1 мин с интенсивность 350 мин*1 в смеси-

теле и медленное в течение 7 мин с интенсивность 20 мин"1 в камере хлопье-образования) достигается одинаковое осветление воды при ее обработке одним коагулянтом и коагулянтом с флокулянтом, а также при различных дозах коагулянта.

Нарушение данных условий перемешивания приводит к увеличению доз реагентов на 20-30%.

Механическое смешение реагентов с обрабатываемой водой способствует образованию более крупных хлопьев, быстро осаждающихся в отстойниках. За счет повышения эффективности работы отстойников уменьшается нагрузка на фильтровальные сооружения, повышается качество очищенной воды по сравнению с традиционным методом до 70%. Так, при 40-минутном отстаивании с дефицитной дозой сульфата алюминия (8 мг/л по АЦОз) оптическая плотность без механического перемешивания соответствовала 0,145 см'1, а с быстрым перемешиванием в течение 1 мин с интенсивностью 350 мин"1 в смесителе и медленным в течение 7 мин с интенсивностью 20 мин"1 в камере хлопьеобра-зования - 0,044 см"1

Оптимальная интенсивность при механическом смешении в смесителе при проведении исследований в г. Ижевске (водоисточник - Боткинское водохранилище) в течение 1 мин достигается при G=130 с'1, что в 5 раз больше по сравнению с существующим гидравлическим смесителем (рис. 3). При этом уменьшается необходимая доза коагулянта (на 20%) и повышается качество очищенной воды по сравнению с водой, очищенной на водопроводной станции по существующим технологиям.

а 0,16 о

л

¡0,12

Б §

| 0,08

с 1 О

п 5

ф Э Ш ф

а

а

<0

ф

х

х я т

х ф

а

&

«

—о— ▲ ♦СА-вмг/л □ СА-Эмг/л АСА-8 И ПАА-0,2 МГ/Л

♦

□ 6 в $ •

« 8 1Г

ф

X

ь 1* ®

(Да & ®

« 8 8х--а. о х 3

иц

ф

ф

X

X (О

о

- X

* 3

Ш 3

и

II

Ш 3

1«

Ь а

&

ф

Рис 2. Влияние условий перемешивания воды (р. Которосль) с реагентами на процесс осветления при отстаивании.

20 50 100 150 200 Кхп

Интенсивность перемешивания, об/мин

Рис 3. Влияние интенсивности смешения воды с коагулянтом в смесителе на эффективность её осветления при отстаивании.

Влияние медленного перемешивания в камере хлопьеобразования на процесс хлопьеобразования и осветления воды на водопроводной станции «Кама-Ижевск» (водоисточник - "Городской пруд") зависит от условий перемешивания. Так, при времени перемешивания 10 мин с интенсивностью 20 мин1 ^=10 с"1, критерий Кэмпа б-Ю1) качество осветленной при отстаивании и фильтровании воды лучше, чем осветленной воды, взятой после камеры хлопьеобразования станции. С увеличением времени перемешивания до 20 мин (критерий Кэмпа 12 • 103) эффективность осветления и очистки воды повышается.

Исследования в г. Калуге (река Ока) показали, что чем выше интенсивность смешения коагулянта с водой в смесителе, тем эффективнее протекает процесс ее осветления при отстаивании. Время пребывание в камере хлопьеобразования снижается на 4+9 мин при быстром предварительном механическом перемешивании в смесителе.

Результаты совместного применения механического перемешивания в смесителе и камере хлопьеобразования приведены на рис. 4. «Нулевая» проба воды взята из камеры хлопьеобразования (0/0), в остальных пробах перемешивание воды проводили с помощью механического смесителя: быстрое перемешивание 0,5 мин при интенсивности - 200 мин'1 (смеситель) и 0; 2; 6; 10 мин при интенсивности - 20 (камера хлопьеобразования).

Оптимальные условия перемешивания в камере хлопьеобразования составляют 6 минут. При этом эффективность осветления воды повышается с 15% до 38%, а также улучшается качество фильтрованной воды.

Исследования на различных объектах показали, что наилучшее осветление при отстаивании достигается при совместном действии механических сме-

сителей и механических камер хлопьеобразования (эффективность осветления воды улучшается вдвое). Качество очищенной воды по всем контролируемым показателям также лучше при механическом перемешивании.

Рис. 4. Влияние условий перемешивания реагентов с водой на процесс осветления и качество очищенной воды при дозе коагулянта 3 мг/л.

В третьей главе представлена математическая модель стадии коагулирования с учетом интенсивности гидродинамического режима перемешивания раствора реагента с водой в смесителе и последующих сооружениях. Математическая модель (1) сформулирована в виде безразмерного уравнения

<х = 1-(1-а,)ехр{-АС(0н(0}, (1)

здесь а - степень коагуляции; а„ - доля осаждающейся некоагулированной взвеси; X - время перемешивания (от начала процесса смешения до начала отстаивания);

где V, - некоторый характеристический объем осадка. Функция роста коагулы задана уравнением

с(0-к;«\ (3)

здесь кг - кинетическая константа коагуляции (скорость роста объема частицы), зависящая от интенсивности перемешивания, температуры и других технологических параметров, представлена в виде зависимости

РЕЛ 1 „Л мк

(4)

уЯТ + Ес

где - энергия активации реакции агрегирования (слипания), - энергия гидродинамических флуктуаций жидкости, - параметр, отражающий

вклад броуновского движения в процесс слипания частиц при образовании агрегата; ($ - параметр, отражающий несимметричность перехода малых частиц из объема на поверхность больших частиц и обратно.

Первый член в уравнении (4) ех;

Ч УКТ + Ес1

слипания частиц при образовании агрегатов, второй член

отражает интенсивность

(м

интенсивность разрушения агрегатов гидродинамическими флуктуациями потока жидкости.

Параметр в (4) в соответствии с теорией активных столкновений химической кинетики зависит от частоты столкновений частиц и в то же определяет некоторый поток. При формулировке математической модели приняли, что кг0 является величиной, линейно зависящей от Т и Ес . Зависимость к,, от Ес определена как функция от энергии гидродинамических флуктуации:

где и - весовые коэффициенты, характеризующие вклад перикинетиче-ской и ортокинетической стадий коагуляции при формировании и разрушении коагуляционных агрегатов.

Процесс образования и разрушения коагуляционных агрегатов является несимметричным и определяется гидродинамикой флуктуирующего потока жидкости. При малых размерах агрегатов флуктуации потока в большей мере способствуют укрупнению агрегатов и, наоборот, при больших размерах агрегатов - их разрушению. Эту ситуацию отражает параметр р , являющийся функцией размера агрегатов. В качестве оценки приняли следующую зависимость

которая отражает увеличение размера агрегата во времени как элементарного акта реакции второго порядка с удельной скоростью реакции ф . Качественно зависимость (6) дает следующую закономерность: при малых X размер агрегатов мал и Р «1, что дает малую энергию активации образования агрегатов (рЕд ) и большую энергию активации разрушения агрегатов ((1-р)ЕА ). Уравнение отражает обратимость коагуляции: с ростом Ес константа скорости коагуляции может принять отрицательное значение, что приведет к снижению степени коагуляции . Этот факт является хорошо известным в технологии, поэтому по мере углубления коагуляции стараются снижать интенсивность перемешивания, используя различные инженерные решения.

Функция

H(t)=x„(l-exp{-k1xMt})

(7)

задает скорость образования активных ядер коагуляции, образующихся при гидролизе коагулянта. Концентрация активных ядер коагуляции (7) определяется исходной мутностью (х10), дозой коагулянта (хм) и характером поверхности частиц исходной мутности.

Для обработки результатов эксперимента в соответствии с уравнениями математической модели разработан метод оценки значений входящих в них параметров. В экспериментах моделировали технологические операции, проходящие в смесителе, камере хлопьеобразования и отстойнике. Результаты лабораторных экспериментов по осаждению (отстаиванию коагулированной взвеси) позволили определить параметры kr, В0 (В, =G(t*);t* -фиксированный момент времени) и

В работе представлены результаты экспериментальных исследований, проведенные на воде р. Которосль, которая после реагентной очистки используется Южной водопроводной станцией для водоснабжения г. Ярославля. Методом седиментационного анализа получены дифференциальные кривые распределения частиц коагулированной взвеси по радиусам (максимум распределения гя„ : 1,34-Ю^м; 1,49-Ю^м; 1,49-Ю^м ). По этим данным

рассчитали константу Для оценки константы

krt = 2,3 • 10"* м/с использовали литературные данные по р. Сура.

Для двухлопастной мешалки установки «Капля» градиент скорости в зазоре "сосуд - мешалка" был задан в виде

8nRn

GT=4G,=

Rc-RM

(8)

где коэффициент 4 означает, что в реализации градиента скорости потока принимают участие две лопасти мешалки и два участка поверхности сосуда, расположенные напротив лопастей; R - среднее значение (Я = (кс +!1м)/2 ; здесь - радиус сосуда, - радиус мешалки); п - число оборотов мешалки.

Гидродинамическую составляющую энергии системы оценивали по формуле:

где Т] - вязкость воды, G - градиент скорости. Для лабораторной установки значения G составляли 108, 70, 35, 17 с"' , соответственно, для 200, 100, 60 и 30 об/мин. Значения составили (при характерном времени перемешивания ) соответственно 1,05, 0,74, 0,18 и 0,04

Известно, что температура существенно влияет на процесс коагуляции, поэтому приняли, что член должен быть сопоставим с в урав-

нении (4). В связи с этим энтропийную составляющую оценивали, учитывая внесение в воду коагулянта.

Параметр <р определяется отношением скорости роста объема частицы (кг = 2,4• 10"* м/с) к некоторому числу пробегов при флуктационном блуждании на расстоянии от частицы до частицы (I, = 0,74• 10"1 м ), которое в среднем приводит к их слипанию, отсюда

Ф =

Ш.

(10)

соответст вЗе& ,

при этот параметр принимает значения

1,6 Ю"2 и 1,1.10 'с"1.

Закономерности, определяемые уравнениями математической модели с учетом экспериментальных оценок, показаны на рис. 5. Представленные зависимости фиксируют, что высокая интенсивность перемешивания приводит к высокой скорости коагуляции на начальных временах процесса. С увеличением времени происходит рост хлопка и интенсивное перемешивание приводит к уменьшению степени коагуляции за счет гидродинамического разбивания хлопка,

а б

Рис 5. Кривые коагуляции (a(t)-8(t)) при различных значениях

параметра перемешивания Ес : 1,05, 0,74 , 0,18 и 0,04 кДж/м', а, б - те же кривые при различных масштабах времени, остальные безразмерные параметры имеют значения а, =0, А = 0,02, %i = 1, Xi = 0, <p = 0,01, Ед = 0,5,

Математическая модель фиксирует основные технологические закономерности: увеличение исходной мутности обрабатываемой воды приводит к большей интенсивности коагуляции и большей степени ее завершенности. Наоборот, при малой исходной мутности воды скорость коагуляции является малой величиной, причем степень коагуляции не достигает максимального значения: единицы, при той же дозе коагулянта. Следует отметить, что при малой

исходнои мутности воды гидродинамическое разрушение коагуляционных агрегатов начинается раньше, чем при высокой мутности. По-видимому, это можно трактовать как образование более рыхлых (менее плотных) хлопьев при относительно малой мутности исходной воды.

Аналогичным образом проявляется и снижение дозы вводимого коагулянта при одной и той же мутности исходной воды. Подобным образом будет проявляться и снижение кинетической константа к,. Разработанная модель дает возможность проиллюстрировать известные технологические приемы, например, необходимость введения предварительного окисления органических соединений на поверхности частиц мутности (а также гидрофилизация частиц, обуславливающих цветность воды), например, хлором перед коагулированием.

На рис. 6 представлены зависимости, иллюстрирующие то, что с течением времени степень коагуляции растет и достигает предельного значения, равного единице, при всех гидродинамических режимах. Кроме того, модель фиксирует следующую закономерность: на определенных больших временных отрезках увеличение интенсивности перемешивания приводит к снижению степени коагуляции (кривая 8(х)) за счет гидродинамического разрушения коагуляционных агрегатов. Подобного типа зависимости дают возможность выбора рационального режима перемешивания и времени пребывания, что особенно важно для смесителей гидравлического типа, поскольку параметры этих процессов в них являются взаимосвязанными и не поддаются раздельному регулированию как это имеет место в смесителях с автономными механическими перемешивающими устройствами.

Рис 6. Зависимость степени коагуляции от интенсивности перемешивания Ес

(на рисунке Ес переобозначена в х)• кривые а(х) - 8(х) при фиксированных временах соответственно 10, 20, 40 и 100

Четвертая глава посвящена производственным исследованиям по механическому перемешиванию в гидравлических камерах хлопьеобразования Южной водопроводной станции г. Ярославля.

В течение двух лет были проведены производственные испытания механических мешалок, установленных в камере хлопьеобразования одного из горизонтального отстойника (№1), для определения их эффективности работы и влияния на процессы очистки воды и ее качество. Разработана проектно-конструкторская документация на опытный образец оборудования с его привязкой в производственных условиях (рис. 7). На станции применены камеры хлопьеобразования открытого типа, встроенные в горизонтальные отстойники. В данном случае в камере хлопьеобразования, не имеющей перегородок, можно было осуществить лишь один этап перемешивания (без изменения интенсивности по ходу движения воды) и в соответствии с ее размерами установить две одинаковые мешалки. Мешалки 4-х лопастные, диаметром вращения 2 м и высотой 4,21 м, вращаются в разные стороны; скорость вращения изменялась от 0 до 3 мин-1 с помощью редуктора.

С целью определения оптимального режима перемешивания в камере хлопьеобразования для каждого характерного периода были выполнены исследования при различных скоростях вращения мешалок (от 0 до 3 мин'1). Пробы воды отбирали на выходе из камеры и определяли эффективность осветления воды при отстаивании. Результаты анализа качества очищенных вод после отстойников № 1 (механическое перемешивание) и №№ 8 и 2 (гидравлическое) сравнивали между собой.

При температуре воды, равной 3°С, необходимый режим перемешивания соответствовал скорости вращения мешалки 1,3 мин-1. При повышении температуры воды до 12°С необходимая интенсивность составляла 0,6 мин-1. В паводковый период при температуре воды - 7°С - 0,6 мин-1. Температура и мутность воды обратно пропорциональны необходимой интенсивности. Необходимая интенсивность перемешивания в камере хлопьеобразования также зависит от цветности, рН, щелочности, солевого состава воды, дозы и вида реагентов.

При механическом смешении за счет улучшения протекания процесса коагулирования повышается глубина очистки воды от органических загрязнений, при этом уменьшается цветность очищенной воды на 12,1%. Изменение дозы коагулянта в меньшей степени влияет на качество осветленной в отстойнике и фильтрованной воды, чем с гидравлическими камерами. Существенно уменьшается мутность фильтрата (в среднем на 22,4 %) и соответственно концентрация остаточного алюминия (на 23 %). Количество шлама в отстойнике № 1 на 10-15% больше, чем в других отстойниках.

Реконструкция существующих камер хлопьеобразования обеспечила:

- повышение степени осветления воды в отстойниках на 10-15 %;

- снижение грязевой нагрузки на фильтровальные сооружения;

- повышение качества очищенной воды по: мутности на 22,4 %, цветности на 12,1 %, концентрации остаточного алюминия на 23 %;

- снижение дозы коагулянта на 10-30 %.

|\ 3

Рис. 7. Механические мешалки в камере хлопьеобразования Южной водопроводной станции г. Ярославля.

1- камера хлопьеобразования, 2- первая мешалка; 3- вторая мешалка, 4- электродвигатель с редуктором

В настоящее время на Южной водопроводной станции г. Ярославля все камеры хлопьеобразования (8 шт.) и вся станция работает с механическим перемешиванием.

В 2004 г. при себестоимости воды 7,14 руб./м3, стоимость питьевой воды Южной водопроводной станции (68000 м3/сут) составила: 172'845'120 руб./год. Годовой экономический эффект составил: 120'000 руб. + 1'288'381 руб. + 7'443'227 руб. - 89'352 руб. = 8'762'256 руб. или 5-6 % от стоимости 1 м очищенной воды,

где, экономия ручного труда:..........................120'000руб.;

экономия реагента:...........................................1'288'381 руб.;

экономия финансовых средств:...............7'443'227 руб.;

(по результатам оптимизации работы очистных сооружений) добавочные среднегодовые затраты на электроэнергию для мешалок:.................................89'352 руб.

В пятой главе приводится методика расчета механических мешалок для реконструкции существующих и строительства новых станций, а также конструкции разработанных устройств.

Для реконструкции существующих станций приведены режимы смешения, рекомендуемые при проектировании механических смесителей. На рис. 8 показан механический смеситель. Конструкция которого запатентована. Разработана компьютерная программа "Mixexe" (в операционной системе MS Windows) для расчета габаритов круглых и квадратных в плане смесителей в зависимости от заданных пропорций высоты и объема смесителя, а также от производительности насосной станции I-го подъема, времени пребывания и диаметра подающей трубы. Новый подход используется при реконструкции существующих сооружений и строительства новых. Рекомендовано использовать мешалки на валу с электродвигателем, расположенным в верхней части смесителя, а также погружные.

Вариант реконструкции вертикального гидравлического смесителя представлен на рис. 9. Внутри существующего объема монтируется новый корпус по центру трубы, подающей исходную воду. Объем реконструированного смесителя рассчитывается в соответствии со временем пребывания воды. Предлагаемая методика позволяет рассчитывать мешалки и смесители круглые или прямоугольные в плане.

На рис. 10 представлен вариант реконструкции прямоугольного в плане гидравлического смесителя, рекомендованный для станции водоочистки Окского водозабора г. Калуги, т.к. единственный существующий на станции смеситель не обеспечивает должной степени смешения воды с реагентом.

Вода подается в нижнюю часть смесителя и отводится сверху с помощью четырех водоприемных желобов в карман смесителя. Реконструкция заключается в монтаже двух новых смесителей меньшего объема, которые могут эксплуатироваться как вместе, так и независимо друг от друга. Время пребывания в одном смесителе составляет 17 с. Смесители имеют в плане прямоугольную форму. Параметры смесителей рассчитаны по разработанной методике.

Приведены расчетно-конструктивные параметры механических мешалок в камерах хлопьеобразования и требования к конструкциям. В камере хлопье-образования устраивается мешалка, обеспечивающая перемешивание по всему объему камеры. Количество механических реакторов принимается в зависимости от размеров камеры. Расчет механической камеры хлопьеобразования заключается в определении размеров самой камеры, размеров лопастей и скорости их вращения. Интенсивность перемешивания в камере хлопьеобразования следует последовательно снижать, переходя от одного отделения к другому.

Предложена реконструкция существующих осветлителей со слоем взвешенного осадка или строительство новых для блока фильтрационной очистки с быстрым предварительным смешением (рис. 11) или блок отстаивания с медленным предварительным смешением (рис. 12). Мешалки позволяет регулировать интенсивность перемешивания в зависимости от качества исходной

воды и производительности станции. Блок фильтрационной очистки с быстрым предварительным смешением следует использовать для мутности исходной воды до 20 мг/л и цветности до 50 град. Блок отстаивания с медленным предварительным смешением следует использовать для мутности исходной воды свыше 20 мг/л и цветности свыше 50 град.

о

Рис 8. Расчетная схема смесителя с механическим перемешиванием.

1- смеситель; 2- мешалка; 3- кольцевой желоб для сбора воды; 4- трубопровод подачи речной воды; 5- отводящий трубопровод, 6- отражающие перегородки, 7- трубопровод подачи реагента.

Рис 9. Схема реконструкции смесителя.

1- подача воды; 2- механический смеситель; 3- корпус старого смесителя; 4- корпус нового смесителя; 5- подача коагулянта; 6- отвод воды.

Рис. 10. Реконструкция гидравлического смесителя на Окском водозаборе г. Калуги.

1- существующий гидравлический смеситель, 2- трубопровод подачи речной воды; 3-механический смеситель, 4- мешалка, 5- отражающие перегородки, 6-7-1 и II варианты подачи реагентов, 8- отводящий трубопровод воды из кармана смесителя

Разработанные устройства просты, компактны, надежны в эксплуатации и обладают низкой энергоемкостью. Разработанные конструкции запатентованы. Нарис. 13,14 показаны варианты технологическихсхем очистки воды с примене-

нием смесительно-фильтровального блока и блока смесителей-отстойников.

Рис 11. Смесительно-фильтровальный блок, Рис 12. Блок смесителей-отстойников.

1- фильтр; 2- смеситель; 3- трубопровод подачи воды на очистку; 4- мешалка; 5- трубопровод отвода очищенной воды; 6- ввод реагента; 7- трубопровод отвода промывной воды, 8- камера отстаивания; 9- камера хлопьеобразования; 10- переливное окно, 11-тонкослойный осадительный элемент, 12- приемные желоба

Рис 13. Технологическая схема очистки воды

с применением смесительно-фильтровального блока.

1- подача исходной воды, 2- смесительно-фильтровальный блок, 3- р ч в, 4- подача очищенной воды потребителю, 5- первичное хлорирование, 6- подача коагулянта, 7 - подача флокулянта (при необходимости), 8- вторичное хлорирование, 9- насосная станция И-го подъема, 10- промывной насос, 11- подача воды на промывку фильтров

Рис 14. Технологическая схема очистки воды

с применением блока смесителей-отстойников.

1- подача исходной воды, 2- смеситель, 3- блок смесителей-отстойников, 4- скорый фильтр; 5- р ч в; 6- подача очищенной воды потребителю; 7- первичное хлорирование, 8- подача коагулянта; 9 - подача флокулянта, 10- вторичное хлорирование; 11- промывной насос; 12- подача воды на промывку фильтров, 13- насосная станция И-го подъема; 14- сброс осадка

Рис 15. Граф структурной эффективности от внедрения устройств

для механического перемешивания природных вод с реагентами.

Разработанные устройства могут найти применение на водоочистных станциях других городов Российской Федерации. Такое предложение реализуется, в частности, на водоочистной станции г. Нефтеюганска производительностью 50000 м3/сут.

Эффективность механического перемешивания затрагивает многоуровневые (и многофункциональные) связи с последующими технологическими процессами очистки природных вод. Соответствующие взаимосвязи наиболее наглядно могут быть представлены в виде графа на рис. 15.

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Показано, что применение механического перемешивания позволяет регулировать интенсивность этого процесса в зависимости от качества, температуры и расхода обрабатываемой воды, что приводит к экономии коагулянта и повышению степени осветления воды.

2. Установлено, что в смесителях следует предусматривать быстрое перемешивание (менее 1 мин.), а в камерах хлопьеобразования - медленное и равномерное (5-20 мин.) перемешивание, что способствует образованию более плотных крупных хлопьев, быстро осаждающихся в отстойниках.

3. Экспериментальными исследованиями доказано:

- повышение эффективности процесса осветления воды по сравнению с традиционным методом на 70%. При этом около 20-50% формируется быстрым перемешиванием лопастной мешалкой в смесителе и 50-80% -

за счет медленного перемешивания объемными мешалками в камере хлопьеобразования. Выбор быстрого или медленного перемешивания определяется мутностью, цветностью, перманганатной окисляемо-стью, щелочностью, солевым составом, температурой исходной воды;

- понижение мутности очищенной воды по сравнению с традиционным методом на 60-83% и снижение остаточного алюминия до 80%;

- сокращение расхода коагулянта на 20-30%;

- удобство регулируемого перемешивания и управления процессом реа-гентной обработки и осветления воды, что важно при широких вариациях качества речной воды по сезонам года.

4. Построена математическая модель процессов смешения реагентов с обрабатываемой водой в смесителе и коагулирования в камере хлопьеобразова-ния.

5. Разработана методика расчета смесителей и камер хлопьеобразования с механическим перемешиванием.

6. Разработаны конструкции вертикальных и горизонтальных механических смесителей и камер хлопьеобразования.

7. В целях интенсификации процессов осветления и фильтрования воды, предложены варианты реконструкции существующих осветлителей со слоем взвешенного осадка или строительства новых сооружений с помощью смесителей-отстойников или смесительно-фильтровальных сооружений. В результате реальность достижения требований СанПиН № 2.1.4.1074-01 возрастает в разы.

8. Реконструкция существующих камер хлопьеобразования обеспечила:

- повышение степени осветления воды в отстойниках на 10-15 %;

- снижение грязевой нагрузки на фильтровальные сооружения;

- повышения качества очистки по основным показателям (мутность на 22,4 %, цветность на 12,1 %, концентрация остаточного алюминия на 23 %);

- снижение дозы коагулянта примерно на 10-30 %.

9 Значимое снижение эксплуатационных и капитальных затрат обеспечивается рациональным режимом работы смесителя или камеры хлопьеобразования Увеличение градиента скорости перемешивания позволяет сократить время пребывания воды в сооружении, что уменьшает его объем и капитальные затраты при одной и той же производительности Увеличение размера хлопьев позволяет снизить и объем отстойника или увеличить его производительность, а стабилизация размеров хлопка позволяет увеличить продолжительность фильтроцикла

10 На всех камерах хлопьеобразования Южной водопроводной станции МУП "Ярославльводоканала" (8 шт) внедрено регулируемое механическое перемешивание

11 Годовой экономический эффект, выражающий экономию финансовых затрат от применения механического перемешивания на Южной водопроводной станции Ярославля составил 8'762'256 руб или 5-6 % от стоимости 1 м3 очищенной воды Доля соискателя в экономической эффективности от применения тихоходных механических мешалок на сооружениях станции оценена в размере 3,201 млн руб /год

ПЕРЕЧЕНЬ ПУБЛИКАЦИЙ, ОТРАЖАЮЩИХ ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1 Драгинский В Л , Алексеева Л П , Моисеев А В Экспертная оценка работы

водоочистных станций и систем хозяйственно-питьевого водоснабжения Водоснабжение и водоотведение качество и эффективность Труды III Международной научно-практической конференции Кемерово СибГИУ, ЗАО «Экспо-сибирь»,2000 С 7,

2 Алексеева Л П , Драгинский В Л , Моисеев А В Механическое смешение

реагентов с обрабатываемой водой// Журнал «Водоснабжение и санитарная техника» 2001, №3 С 16,

3 Драгинский В Л , Алексеева Л П , Моисеев А В , Аниськин А А , Филиппов

Е К , Данилов В Ю , Лашманова Е О Повышение эффективности очистки воды на ЮВС г Ярославля// Журнал «Водоснабжение и санитарная техника» 2002, № 5 С 13,

4 Алексеева Л П, Драгинский В Л, Моисеев А В Патент (РФ), № 31992

Смеситель 2003,

5 Драгинский В Л , Алексеева Л П , Моисеев А В , Аниськин А А , Филиппов

Е К , Данилов В Ю Применение новых технологий очистки воды на водопроводе г Ярославля// Журнал «Водоснабжение и санитарная техника» 2003, № 4 С 28,

6 Драгинский В Л , Алексеева Л П , Моисеев А В , Кутахин В Ф , Стефанов

С И , Агафонов Ю Н Комплексный подход к решению технологической схемы очистки воды на Окском водозаборе Калуги// Журнал «Водоснабжение и санитарная техника» 2003, №8 -14,

7 Моисеев А В Реконструкция существующих гидравлических смесителей и

камер хлопьеобразования и определение оптимальных условий смешения исходной воды с реагентом// Журнал «Проекты развития инфраструктуры города» М Прима-Пресс-М,2003 ВыпЗ С 51,

8 Алексеева Л П , Драгинский В Л , Моисеев А В Патент (РФ), № 33758

Устройство для очистки водных систем 2003,

9 Алексеева Л П , Драгинский В Л , Моисеев А В Патент (РФ), № 33718

Устройство для осветления водных систем 2003,

10 Моисеев А В , Драгинский В Л , Лукашев Е А Образование, рост и раз-

рушение хлопьев коагулянта при очистке природных вод Результаты эксперимента// Теоретические и прикладные проблемы сервиса, 2005, №3,

11 Лукашев Е А , Моисеев А В , Драгинский В Л Образование, рост и раз-

рушение хлопьев коагулянта при очистке природных вод Математическая реконструкция технологического процес-са//Теоретические и прикладные проблемы сервиса, 200-5 №4

ИД 06524 9 01 02 Подписано в печать 02 02 2005 Заказ 1126 Тираж 100 экз Уел печ л 1,5 Уч-изд л 1,2 Отпечатано в ФГУП "ВИМИ" 125993, Москва, Волоколамское шоссе, 77

05.17- 05.2 1

Введение

глава 1. Состояние вопроса и задачи управления процессом коагуляции при очистке природных вод

1.1. Принципы регулирования процесса гидролиза коагулянта

1.2. Возможные пути интенсификации процессов коагуляции

1.2.1. Регулирование уровня водородного показателя воды

1.2.2. Применение минеральных замутнителей

1.2.3. Механическое и статическое перемешивание воды

1.2.3.1. Смесители

1.2.3.2. Камеры хлопьеобразования

1.2.4. Пневматическое перемешивание

1.2.5. Фракционированное коагулирование

1.2.6. Концентрированное коагулирование

1.2.7. Прерывистое (периодическое) коагулирование

1.2.8. Рециркуляция осадка коагулированной взвеси

1.2.9. Наложение электрического поля

1.2.10. Наложение магнитного поля

1.2.11. Воздействие ультрозвуком

1.2.12. Ионизирующее облучение.

1.3. Механические мешалки для водоочистки и производители, изготавливающие эти устройства

Выводы по главе

глава 2. Планирование и проведение экспериментальных исследований

2.1. Методика проведения исследований

2.2. Характеристика объектов, на которых проводились исследования

2.3. Качество воды на водопроводных станциях в периоды проведения исследований

2.4. Результаты экспериментальных исследований по механическому смешению реагентов с водой

2.4.1. Натурные исследования на водопроводных станциях г. Ярославля

2.4.1.1. Южная водопроводная станция (р. Которосль)

2.4.1.2. Центральная водопроводная станция (р. Волга) 82 Выводы этапа

2.4.2. Натурные исследования в г. Ижевске

2.4.2.1. Новые Головные сооружения (Городской пруд)

2.4.2.2. Камские очистные сооружения (Боткинское водохранилище)

Выводы этапа

2.4.3. Натурные исследования в г. Калуге (р. Ока)

Выводы этапа

Выводы по главе

глава 3. Теоретические подходы и разработка математической модели процесса коагуляции в смесителе и камере хлопьеобразования при очистке природных вод

3.1. Современные теоретические представления о процессе гидролиза при коагуляции

3.2. Математическая модель

3.3. Результаты натурно-теоретического эксперимента

3.4. Анализ практического потенциала модели

Выводы по главе

глава 4. Производственная апробация и внедрение механического перемешивания в камерах хлопьеобразования на Южной водопроводной станции г. Ярославля

4.1. Конструкционное исполнение тихоходных мешалок

4.1.1. Область применения

4.1.2. Техническая характеристика

4.1.3. Описание конструкции и работы

4.1.4. Защита от коррозии

4.1.5. Конкретный экономический эффект на объекте

4.2. Результаты производственной апробации механических тихоходных мешалок

Выводы по главе

глава 5. Технические указания на механическое перемешивание, эффективность разработанных устройств и технологий

5.1. Область применения

5.1.1. Условия применения

5.1.2. Методика расчета смесителей и камер хлопьеобразования с механическим перемешиванием

5.1.2.1. Для существующих станций водоочистки

5.1.2.2. Для новых станций водоочистки

5.2. Структура эффективности механического перемешивания

Выводы по главе

Интенсификация процесса коагуляции заключается в выборе необходимой скорости формирования хлопьев и степени отделения взвеси в объеме обрабатываемой воды, что в конечном итоге играет решающую роль для повышения эффективности осветления воды. Это зависит от плотности и структурной прочности хлопьев, их адгезионной способности и тиксотроп-ной обратимости [12].

В практике водоочистки применяются разнообразные методы интенсификации процесса коагуляции.

Существующие методы интенсификации Е.Д. Бабенков подразделяет на два класса [И].

Первый класс включает методы, требующие дополнительного введения реагентов в обрабатываемую воду: 1) флокулянтов, 2) окислителей, 3) регуляторов величины рН, 4) минеральных замутнителей.

Второй класс включает методы, не требующие использования дополнительных реагентов: 1) перемешивание воды с предварительным введением коагулянта, 2) использование рациональных способов добавления коагулянтов к воде, 3) рециркуляция коагулированной взвеси через зону ввода новых порций коагулянта, 4) совмещение коагуляции гидролизующимися коагулянтами с физическими методами коагуляции.

Актуальность проблемы.

Обработка воды коагулянтами является самым распространенным методом очистки воды поверхностных водоисточников. Масштабы применения метода коагуляции увеличились в последние годы, и судя по прогнозам, будут расти.

Вопросу коагуляции коллоидных систем вообще и, в частности, в процессе водоподготовки посвящено большое количество теоретических и экспериментальных исследований. Основы процесса коагуляции, разработанные Марианом Смолуховским, были развиты в трудах Ребиндера П.А. [92], Деря-гина Б.В. [30-32], Кройта Г.Р. [50], Кульского JL А. [53, 55], Бейлиса [115], Воюцкого С. С. [28] и ряда других. Рассмотрение общих вопросов данной проблемы изложнено в работах Абрамова Н.Н. [3], Клячко В.А. и Апельцина И.Э. [44], Кастальского А.А. и Минца Д.М. [42], Кургаева Е.Ф. [57, 58], Ба-бенкова Е.Д. [12], Шкроба М.С. и Прохорова Ф.Г. [109], Строкача П.П. [56], Кульского JI. А. [53, 55] и других авторов.

Интенсификация процесса коагулирования имеет большое значение в связи с возрастающими требованиями к качеству питьевой воды.

Коммунальное хозяйство, в частности, водоснабжение постоянно сталкивается с рядом проблем, которые требуют совершенствования технологии и инженерного оборудования. Это связано, с одной стороны, с постоянно растущими требованиями к качеству питьевой воды, с другой, - загрязнением водоисточников и необходимостью расширения сырьевой базы за счет источников с низким качеством природных вод [65]. Известно, что процесс смешения раствора коагулянта с водой определяет последующие стадии образования хлопьев гидролизованных форм коагулянта, отстаивание и фильтрование. Гидродинамический режим смешения раствора коагулянта с сырой водой определяет кинетику образования хлопьев, их размер и плотность [12].

Однако выбор гидродинамического режима смесителя является сложной технологической задачей, поскольку процесс на начальных стадиях коагуляции - процесс образования хлопьев гидролизованных форм коагулянтов (гидроксидов алюминия или железа), является сложным и определяется большим числом факторов: интенсивностью перемешивания, мутностью исходной воды, вводимой дозой и типом коагулянта, температурой и т.д. Теории коагуляции разработаны для случаев наличия примесей, способных потенциально к образованию агрегатов. В то же время математических моделей, описывающих все стадии процесса, не существует. Это сдерживает разработку эффективных технологических процессов очистки воды.

Целесообразность применения механических смесителей подтверждается опытом работы водоочистных станций за рубежом.

Цель и задачи работы: о интенсификация процесса коагуляции поверхностных вод за счет регулируемого механического перемешивания реагентов с исходной водой;

- экспериментальная оценка эффективности работы механических смесителей и камер хлопьеобразования по сравнению с гидравлическими для водоочистных станций населенных мест Российской Федерации;

- разработка математической модели процесса коагуляции при реа-гентной очистке воды и повышение качества регулированием процесса;

- разработка рациональных вариантов конструкций смесителей и камер хлопьеобразования; выбор технологических режимов их эксплуатации;

- разработка методики расчета смесителей и камер хлопьеобразования с механическим перемешиванием;

- разработка рекомендаций для проектирования по реконструкции смесителей и камер хлопьеобразования на водоочистных станциях.

Научная новизна работы: разработана математическая модель процесса коагуляции; разработана методика расчета смесителей и камер хлопьеобразования с механическим перемешиванием; разработаны новая конструкция вертикального механического смесителя, новое устройство для очистки воды и устройство для её осветления (получены патенты); подготовлена методика компьютерно-инженерного расчета механического смесителя круглого и прямоугольного в плане.

Практическая ценность работы заключается в разработке оборудования и методик расчета технологического режима в смесителях и камерах хлопьеобразования с механическим перемешиванием (очистка воды с применением коагулянтов и флокулянтов). Подготовлены рекомендации по реконструкции станций очистки воды гг.: Ярославля, Калуги, Ижевска, Саранска и Нефтеюганска. Разработанные оборудование и методики нашли производственную реализацию в виде новой конструкции механической мешалки для интенсификации процесса коагуляции на Южной водопроводной станции МП «Яро-славльводоканал».

Получено третье место в конкурсе на соискание премии ГУП «Мосво-доканалНИИпроект» молодым ученым и специалистам в области техники по направлению «Водоснабжение и водоотведение» в 2003 году.

Публикации.

По результатам исследований и конструкторских разработок запатентовано 3 изобретения, опубликовано 7 статей и новый концепт-подход.

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Показано, что применение механического перемешивания позволяет регулировать интенсивность этого процесса в зависимости от качества, температуры и расхода обрабатываемой воды, что приводит к экономии коагулянта и повышению степени осветления воды.

2. Установлено, что в смесителях следует предусматривать быстрое перемешивание (менее 1 мин.), а в камерах хлопьеобразования - медленное и равномерное (5-20 мин.) перемешивание, что способствует образованию более плотных крупных хлопьев, быстро осаждающихся в отстойниках.

3. Экспериментальными исследованиями доказано: повышение эффективности процесса осветления воды по сравнению с традиционным методом на 70%. При этом около 20-50% формируется быстрым перемешиванием лопастной мешалкой в смесителе и 50-80% - за счет медленного перемешивания объемными мешалками в камере хлопьеобразования. Выбор быстрого или медленного перемешивания определяется мутностью, цветностью, перманганатной окисляемостью, щелочностью, солевым составом, температурой исходной воды; понижение мутности очищенной воды по сравнению с традиционным методом на 60-83% и снижение остаточного алюминия до 80%; сокращение расхода коагулянта на 20-30%;

- удобство регулируемого перемешивания и управления процессом реагентной обработки и осветления воды, что важно при широких вариациях качества речной воды по сезонам года.

4. Построена математическая модель процессов смешения реагентов с обрабатываемой водой в смесителе и коагулирования в камере хлопьеобразования.

5. Разработана методика расчета смесителей и камер хлопьеобразования с механическим перемешиванием.

6. Разработаны конструкции вертикальных и горизонтальных механических смесителей и камер хлопьеобразования.

7. В целях интенсификации процессов осветления и фильтрования воды, предложены варианты реконструкции существующих осветлителей со слоем взвешенного осадка или строительства новых сооружений с помощью смесителей-отстойников или смесительно-фильтровальных сооружений. В результате реальность достижения требований СанПиН № 2.1.4.1074-01 возрастает в разы.

8. Реконструкция существующих камер хлопьеобразования обеспечила:

- повышение степени осветления воды в отстойниках на 10-И 5 %;

- снижение грязевой нагрузки на фильтровальные сооружения;

- повышения качества очистки по основным показателям (мутность на 2,4 %, цветность на 12,1 %, концентрация остаточного алюминия на 23 %);

- снижение дозы коагулянта примерно на 10-К30 %.

9. Значимое снижение эксплуатационных и капитальных затрат обеспечивается рациональным режимом работы смесителя или камеры хлопьеобразования. Увеличение градиента скорости перемешивания позволяет сократить время пребывания воды в сооружении, что уменьшает его объем и капитальные затраты при одной и той же производительности. Увеличение размера хлопьев позволяет снизить и объем отстойника или увеличить его производительность, а стабилизация размеров хлопка позволяет увеличить продолжительность фильтроцикла.

10. На всех камерах хлопьеобразования Южной водопроводной станции МУЛ "Ярославльводоканала" (8 шт.) внедрено регулируемое механическое перемешивание.

11. Годовой экономический эффект, выражающий экономию финансовых затрат от применения механического перемешивания на Южной водопроводной станции Ярославля составил 8'762'256 руб. или 5-6 % от стоимости 1 м3 очищенной воды. Доля соискателя в экономической эффективности от применения тихоходных механических мешалок на сооружениях станции оценена в размере 3,201 млн. руб./год.

1. Абазаев Е.С. Водоснабжение и санитарная техника, № 6, 4, 1956;

2. Абасов Т.А., Лысов В.А., Михайлов В.А. Особенности процессов смешения и хлопьеобразования при очистки воды на Кучинском водопроводе в Баку. В кн.: Проектирование и исследование систем водоснабжения и канализации, Р-н-Д., 1976, с. 30-34;

3. Абрамов Н.Н. Водоснабжение. 3-е изд., перераб. и доп., М., Стройиз-дат, 1982, с. 440;

4. Алексеева Л.П., Драгинский В.Л., Моисеев А.В. Патент (РФ), № 31992. Смеситель, 2003;

5. Алексеева Л.П., Драгинский В.Л., Моисеев А.В. Патент (РФ), № 33718. Устройство для осветления водных систем. 2003;

6. Алексеева Л.П., Драгинский В.Л., Моисеев А.В. Патент (РФ), № 33758. Устройство для очистки водных систем. 2003;

7. Алексеева Л.П., Драгинский В.Л., Моисеев А.В. Механическое смешение реагентов с обрабатываемой водой. Журнал «Водоснабжение и санитарная техника», №3,2001;

8. Апельцина Е.И. Современный опыт конструирования и эксплуатации сооружений для коагулирования воды. Обзорная информация. ЦБНТИ МЖКХ РСФСР. Серия: водоснабжение и канализация 3(40), М., 1978;

9. Бабенков Е.Д. Вестник ВНИИ железнодор. транспорта, № 4, 45, 1966;

10. Бабенков Е.Д. Влияние перемешивания воды на физические параметры коагулированной взвеси. Автореф. дис. канд. техн. наук., М., 1966, с. 24;

11. Бабенков Е.Д. Влияние перемешивания воды на физические параметры коагулированной взвеси. Химия и технология очистки воды, 1980, т. 2, №5, с. 387-391;

12. Бабенков Е.Д. Очистка воды коагулянтами, М., Наука, 1977;

13. Бабенков Е.Д., Блувштейн М.М. Пособие по курсу наладки и эксплуатации очистных сооружений водопровода. М., 1968, с. 127;

14. Бабенков Е.Д., Сб. "Методы очистки и контроля качества воды". М., Транспорт, 1966;

15. Бабенков Е.Д. Оптимальная доза коагулянта при очистки воды. М., Транспорт, 1974;

16. Багоцкая Н.В., Дмитриева Т.А., Печников В.Г. Влияние пневматической аэрации на улучшение технологических параметров некоагулиро17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28