автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Интенсификация реагентной очистки воды из водохранилищ регулированием адгезионных процессов

РГ6 од

I > и^Грсуларстпенний комитет Российской Федерации 1 '[ ¡¿¿О п0 высшему образованию

НИЖЕГОРОДСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

НЕЖЛУКЧЕНКО Валентин Михайлович

УДК 628.162.5 + 628.16.067.1

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ РЕАГЕНТНОЙ ОЧИСТКИ ВОДЫ ИЗ ВОДОХРАНИЛИЩ РЕГУЛИРОВАНИЕМ АДГЕЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ

05.23.04 — водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

НИЖНИЙ НОВГОРОД-1993

Работа выполнена в Херсонском сельскохозяйственном институте Н Нижегородской государственной архитектурно-строительной академии.

Научный руководитель:

Заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации, академик МИА В. В. Найденко.

Научный консультант:

Доцент, кандидат технических наук Ю. И. Колодный.

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор М. Г. Журба.

Кандидат технических наук, ст. научн. сотр. А. И. Фирсов.

Ведущее предприятие: Нижегородский «Сантехпроект».

Защита диссертации состоится «_£0._»_1Я93 г.

/П0"0

в__часов на заседании специализированного совета

К-064.09.01 в Нижегородской государственной архитектурно-строительной академии по адресу: 603600, г. Н. Новгород, ул. Ильинская, 65.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородской государственной архитектурно-строительной академии.

Автореферат разослан ____1993 г.

Ученый секретарь

специализированного совета

кандидат технических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТ!!

Актуальность темы. В условиях повышения социальных и природо-охрвнных требований важная роль в обеспечении дальнейшего развития народного хозяйства принадлежит водоподготовке.

С ростом водопотребления возникли объективные предпосылки для широкого использования эвтрофированных водохранилищ как источников водоснабжения. Ухудшение качества воды в них обусловлено внутриводоёмными процессами и нерегулируемым поступлением извне биогенов и органических веществ. Фитопланктон, продукты его жизнедеятельности I и распада отмершх клеток, поступая на водоочистную станцию, создают напряженный нестационарный режим работы всех технологических эЬеньев, особенно фильтров. При этом уменьшается производительность водоочистной станции, увеличиваются расходы реагентов и прсмысной воды, ухудшается качество воды, поступающей потребителям.

Существующий подход к решению возникших проблем очистки воды таких водоемов во многом не отвечает технологическим возможностям сооружений или требует .-значительных строительных и эксплуатационных затрат. Применение традиционных технологических схем' усложняется низкой их барьерной ролью по отношению к образованию хлорорганических соединений ТГМ, являющихся канцерогенными веществами. Неоправданным является включение в их состав сооружений первой ступени осветления. Эффективность функционирования одноступенчатых систем водоподготовки в отдельные переда ухудшения качества воды затруднено в связи с высокой грязевой нагрузкой на фильтры, особенно скорые. Одним.из направлений её

снижения является переход на применение более рациональных режимов коагулирования и флокулирования, позволяющих более:полно использовать адсорбционную и адгезионную актирность осадка гидроокиси алюминия.

В связи с этим актуальным является повышение эффективности существующих и разработка новых технологических приёмов, базирующихся на фундаментальных знаниях процессов коагулянии'аг'рё-гативно устойчивых примесей в очищаемых водах и их последующего удаления фильтрованием.

Одним из таких перспективных технологических приемЭв 'является направленное регулирование адгезионных процессов путем комплексного воздействия коагулянтов и флокулянтов при'различных способах и режимах их ввода с последующим оптимальным фильтрованием через зернистые загрузки.

Работа посвящена разработке комплексного метода управления адгезионными процессами и созданию на его основе эффективной технологии еодоподготовки.

Гель работы заключается в разработке, исследовании и апробации перспективных технологических приёмов направленного ро-" гулирования адгезионных процессов в зернистой загрузке и соз-дан»-и на их основе эффективной технологии подготовки питьевой воды.

Для достижения пели ставились следующие задачи:

1. Исследовать особенности формирования качества воды Октябрьского водохранилища и провести анализ функционирования технологической системы водоподготовки.

2. Исследовать механизмы задержания взвеси и кинетику насыщения порового пространства фильтрующих загрузок при различных

технологических приёмах реагентной обработки.

3. Изучить влияние места и режимов последовательного ввода коагулянта и флокулянта на эффективность работы скорого и тонкослойного радиального фильтров.

4. Создать и исследовать работу смесителя-коагулятора.

5. Разработать технологию обработки водыиз водохранилищ, основанной на комплексном применении предложенных способов интенсификации работы фильтров,.и определить наиболее эффективные режимы озонирования, коагулирования, флокулирования и хлорирования в одноступенчатых схемах очистки.

б. Разработать методику управления процессами водоподго-товки.

Научная новизна работы заключается в следующем: •

- разработаны новые технологические приёмы направленного регулирования адгезионных процессов в фильтрующих загрузках комплексным воздействием прерывистым импульсным дозированием коагулянта и флокулянта в надэагруэочном пространстве фильтра, обработкой коагулированной суспензии в смесителе-коагуляторе с пористыми полимербетонными перегородками;

- получены новые результаты, дополняющие теорию фильтрования и расширяющие представление о механизме задержания взвеси и кинетике насыщения осадком межзернового:, простанства фильтрующих загрузок, выявлены закономерности изменения свойств осадка в процессе фильтрования, установлено влияние пара* метров прерывистого коагулирования и флокулирования и их соотношений, а тагсксм времени контакта коагулянта с водой до поступления в загрузку на основные технологические характеристики работы фильтров;

- предложена технология обработки маломутных, малоцветных вод из' водохранилищ с использованием микрофильтрования, озонирования, автоматического прерывистого введения растворов коагулянта и флокулянта, обработки воды в смесителе-коагуляторе и фильтровании на скорых или радиальных фильтрах, • обеспечивающая получение качества воды, соответствующего ГОСТ 2874-82 "Вода питьевая";

- экспериментально выявлены оптимальные пределы параметров поочередного прерывистого ввода коагулянта и флокулянта, получены эмпирические зависимости для определения оптимальных доз озона и коагулянта, предложена структурная модель управления технологическими процессами по этапам очистки, позволяющая оптимизировать работу одноступечатых схем водо-подготовки регулированием несколькими параметрами управляющих воздействий; ' . " ■

- разработана система автоматического дозирования коагулянта и флокулянта в прерывистом режиме, основанная на управлении вводом реагентов по расходу и мутности фильтрата.

Практическая ценность. Разработанная и испытанная технология очистки вод из эвтрофированных водоёмов с использованием предварительного озонирования,новых устройств и приёмов направленного регулирования адгезионных процессов позволяет интенсифи-

и

пировать водоподготовку и получить воду птьевого качества.

Предложенная технологическая схема установки с.тонкослойными радиальными фильтрами рекомендуется для применения в системах водоснабжения сельских населенных пунктов,плавательных бассеЯ-

нов, строительных, площадок и т.д. Установленные конструктивные

ь.

особенности и полученные технологические параметры существенно дополняют рекомендации по проектированию и эксплуатации фильтров.

Реализация результатов. Результаты исследований внедрены на Ингулецкой водоочистной станции г.Николаева при использовании рекомендаций автора по усовершенствованию реагентной обработки воды Октябрьского водохранилища. Экономический эффект от внедрения разработок по интенсификации технологии очистки воды в иенах 1990 года составил 259,9 тыс.руб.

Апробация роботы. Основные положения работы доложены и одобрены на следующих конференциях и совещаниях:

- ежегодных научно-технических конференциях Херсонского СХИ в 1975-199I гг;

- на'областной научно-практической конференции (Херсон, К87);

- совместном заседании бюро Южного центра АН УССР и его научно-координационного совета по Херсонской области (Херсон,1966);

- научно-практической конференции "Учёные Херсонщины - народному хозяйству области в условиях перестройки"(Херсон,1388);

- ХХХУ1 и ХХХУП научно-технических конференциях (Новочеркасск, 1975 и 1976), научно-технической конференции "Повышение эффективности использования водных ресурсов Северного Кавказа (Новочеркасск, 1988);

- XX республиканской научно-технической конференции "Актуальные проблемы водохозяйственного строительства" (Ровно,1975).

Публикации. Основные результаты исследований изложены в 7 публикациях.

Объш работы. Диссертация состоит из введения, четыре) глав.

списка литературы из 127 наименований и приложений, представлена на 220 страницах машинописного текста. Основное содержание диссертации изложено на 165 страницах машинописного текста, включает 41 рисунок и 26 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава посвящена обзору исследований по интенсификации технологии очистки воды регулированием адгезионных процессов. Дан анализ функционирования технологических систем водоподготов-ки, неотъемлемым регулирующим звеном которых являются водохранилища. _

На примере Октябрьского водохранилища, входящего в состав комплекса: р.Днепр-р.Ингулец - головная насосная станция Ингулец-кой оросительной системы - магистральный кенал - водохранилище, приведены результаты исследований специфики формирования качества воды. Формирование качества воды в нем обусловлено нерегулируемым поступлением извне биогенов, органических веществ и внут-риводоёмными процессами. Двухфакторным дисперсионным анализом установлена сила влияния неорганизованных факторов воздействия на качество воды (35,1 %), поступающей в водоём.

Результатами продукшонно-деструкиионных исследований определены закономерности внутриводоёмных процессов, динамика которых сопряжена с гидробиологическим режимом. Выявлены периода сезонного "цветения" водоёма - весенний, летний и осенний. Вода классифицируется как маломутная и малоцветная с высоким содержанием органического вещества планктонного происхождения и биомассы фитопланктона.

Анализируются существующие технологии очистки воды. Функционирование технологических систем водоподготовки р условиях эвтрофированных водоисточников усложняется несташонарностыо качества воды, поступающей на очистку, многозвенностью и недостаточной гибкостью в использовании технологических приёмов ре-агентной очистки таких вод. Показано отсутствие барьерной роли традиционных схем очистных сооружений по задержанию фитопланктона и образованию в процессе обработки воды хлором побочных продуктов ТГЫ, в частности хлороформа.

Эффективность функционирования одноступенчатых схем в отдельные периоды затруднена в связи с высокой грязевой нагруркой на фильтры. Одним из направлений её снижения является применение более опциональных режимов коагулирования и флокулирования.

Кратко излагаются теоретические основы формирования коагуля-ционных структур, взаимодействия дисперсной фазы с зёрнами фильтрующего материала и накопления осадка в поровом пространстве.

Приводится анализ основных направлений повыиения эффективности очистки воды регулированием адгезии частиц взвеси к поверхности зёрен загрузки, рассмотрены их достоинства и условия применения.

Сформулированы цель и задачи исследований. Во второй главе приводятся.методики исследований адгезионных процессов в зернистой среде и по созданию технологии управления этими процессами. Экспериментальная часть работы включает в себя:'"'

I. Исследования адгезионных процессов в элементарном (X =3,9 см) слое загрузки. Они проводились в два этапа:

а) на модели фильтра изучались закономерности динамики формирования осадка в слое загрузки (кварцевый песок, дробленные керамзит и зольный гравий) при различных режимах коагули-

рования и флокулирования; использовался индикаторный метод прямого измерения структурно-геометрических параметров загрузки ^ в процессе кольматавди (по Б.А.Митину и В.З.Мельиеру);

б) на опытной установке, оборудованной юоветой, с помощью микроскопа проводились визуальные наблюдения за движением arpe- • гптов коагулированной взвеси в поровом пространстве зернистой ' среды, закреплением на поверхности зерен и формированием структуры осадка; динамика формирования осадка оценивалось по фотограммам.

2. Изучение влияния режимов обработки воды растворами коагулянта ( A2t(50*)i ,) и флокулянта (ПАА) на процессы формирования осадка в слое аагрузки толщиной 5,4 см. В процессе филь-троьония определяли потери напора, содержание взвешенных .веществ в исходной воде и фильтрате, изучались свойства осадка. Для интерпретации динамики процессов осадкообразования предложен критерий Г - грязеёмкость,^приведенная к удельному гидравлическому уклону, комплексно учитывающий адгезионные свойства оягрузки и суспензии, а тагао изменение параметров загрузки в процессе её кольматации. Адгезионные условия в поровом пространство и его геометрические характеристики оценивались по методике А.М.Фоминых.

3. Отработка технологии интенсификации работы фильтров регулированием адгезионных процессов. Исследования проводились на моделях скорого и тонкослойного радиального фильтров в лябора-тс.ргогх условиях и на воде Октябрьского водохранилища. Изучалось влияние времени контакта коагулянта с водой в нвдзагруэочном пространстве и способов введения коагулянта и флокулянта на эффективность работа фильтров. Испытывались следующие способы:

прерывистое коагулирование t, tü

ш_ш

- совместное прерывистое коагулирование и флокулированне, кратковременная подача флокулянта осуществлялась в периоды ире крещения подачи коагулянта tS

Y//A р

Адгезионные свойства фильтруемых суспензий и закономерности распределения осадка по высоте загрузки оценивались по результатам технологического моделирования процессов фильтрования.

Исследования возможности регулирования структурно-геометри-ческйми свойствами коагулированной взвеси на стадии от момента смешения воды с коагулянтом до момента входа в загрузку проведены на установке, состоящей из фильтровальной колонки и смесителя-коагулятора с полимербетонными перегородками. Определялись технологические характеристики смесителя-коагулятора. Изучалось влияние параметров перемешивания коагулированной воды на адгезионные процессы в фильтрующей загрузке и рабочие параметры модели скорого фильтра.

4. Испытания эффективности регулирования процессами реагент-■ ной обработки воды из водохранилища в одноступенчатых технологических схемах со скорыми и тонкослойными фильтрами. Опыты проводили на лабораторных установках и на действующих сооружениях Ингулецкой водоочистной станции.

В процессе выполнения работ автор использовал некоторые свои методические подходи,суть кот о риг излагается п главах 3 и 4,

Б третьей главе изложены результаты ¡экспериментальных исследований адгезионных процессов и динамики формирования осадка в зернистой загрузке при различных способах и режимах коагулирования и флокулирования. Они положены в основу разработки технологии водоподготовки регулированием адгезионных процессов.

Адгезионные явления в элементарном слое загрузок различной ' природы оценивались по характеру изменения удельной поверхности межзернового пространства м/у, . По виду кривых и/и.>•$£.) и доказано, что в период предельного насыщения порово-

го пространства увеличение и/ьь>1 сопряжено с образованием зоны повышенной гряэеёмкости (грязевой экран) в верхних слоях загрузки. При обработке воды коагулянтом величина («М)*л колебалась от 0,64 до 1,52, при дополнительном введении ПАА -от 0,5 до 1,92. С уменьшением <1 загрузки увеличивается предельное значение ь^а» .

Рассмотрены этапы механизма прилипания, накопления, уплотне-- ния, разрушения и переноса агрегатов. Испытывались режимы постоянного коагулирования,' в также прерывистого коагулирования и флокулирования. Визуальные наблюдения и полученные фотограммы показали, что по мере продвижения агрегата вместе с потоком он совершает сложное движение, обусловленное конфигурацией и размерами пор, происходит их качественное изменение. Подтверждена приоритетность зон или участков вероятного закрепления агрегатов на различных стадиях фильтрования, влияющих на образование грязевого экрана. При качении крупных агрегатов по поверхности каналов они уплотняются и упрочняются. В режиме прерывистого коагулирования и флокулирования структура образовавшегося осадка плотнее по сравнению с рекимом постоянного коагулирования, он

I и

менее подвержен ряпруяг:-;-.) под действием касательной составляющей силы фильтрационного потока. Образовавшееся агрегаты хорошо адсорбируются на поверхности частим загрузки, быстро перекрывают не только медлешлле, но и быстрые поры. 4

Полученные результаты создали .предпосылки для поиска путей управления свойствами осадка и эффективностью использования поросого пространства. Решение зтий задачи осуществляется:

- турбулизаиией коагулированных суспензий до ■ поступления в загрузку;

- Еыбором точки введения коагулянта;

- прерывистым коагулированием: совмещением прерывистых режимов коагулирования и флокулирования.

Разработан и испытан смеситель-коагулятор с модулем сменных пористых перегородок (рисЛ). Изучено влияние параметров турбу-лнзации коагулированной суепензин в смесителе-коагуляторе на адгезионные процессы в фильтрующей загрузке. Турбулизация потока в пористой среде перегородки при изменении скоростного градиента в пределах 22...122с-* обеспечивает'ускоренное формирование плотных и более однородных хлопьев за счет уменьшения макровихрей. Период перемешивания сокращается до 67...99 с. Результаты фильтрования показали, что продолжительность работы фильтра и структурообразование осадка коррелирует с параметрами турбулизн-ции. Такая обработка рекомендуется в качестве технологического приёма для интенсификации формирования коагуляиионных структур до поступления в крупнозернистую загрузку при низких температурах воды и недостаточном щелочном резерве.

Для прогнозирования предельной прочности пористой палимербе-тонной.перегородки на изгиб предложена математическая модель,

полученная методом планирования акспге^лчтм на баз»; т ;:зд типа ОЦКП 21:

Ч.58Х, ♦6.78X1 ~<.65Х? XI (4)

Л,«(Х, -0.55)/0.15 , XI 0.07)/0.135 ,

где Х,,х.1 - нормированные значения расходов эпоксидной смолы . ?Дт2о'и полизтиленполиомииа;- д,, - расходы •

'«1 "¿* » м- •

ЭД^ЗО'и полиэтиленполиамина, л на 0,01 м3 загрузки.

Разработана методика и приводится номограмма дня определения оптимальных доз эпоксидной смолы и полиэтиленполиамина по заданной предельной прочности.

Представлены результаты исследований влияния фактора времени ¡'.ли-екта коагулянта с водой ( 1/> ) до момента поступления в загрузку прямоточного фильтре на параметры процесса фильтровтгдя. Установлено', что при сокращении ¿р с 12 до 0,65 мин продолжительность защитного действия аэгруэки увеличивается в 2,4 разе, но Г) то я о время в 1,7 раза -снижается продолжительность работы .;,;1льтра по располагаемым потерям напора. Чем ближе к загрузке "очка введения коагулянта, тем выше адгезионное взаимодействие коагуляшонных структур с поверхностью зерен загрузки. При этом возрастает прочность осадка, снижается скорость проникновения /лопьев вглубь загрузки.

Приведены результаты исследований роли первых слоев { Х< «30 см, Ха я 20 см) в процессе задержания взвеси. Сокращение времени íf обусловливает увеличение задерживающей способности первых слоев за счет упрочнения структуры осадка. Отмечена мрявномерность распределения освдка по слоям загрузки. Его прочность и адгезионные свойства снижаются по направлению .применил поды. В момент исчерпания защитного действия изучаемых слоев

загрузки (С/С, -0,121, V -7 и/ч, -0,8§..мин) предельная насыщенность слоя X». была в 4...б ррэ, а. предельное касательное напр;тжение ^гу. в поровом пространстве в 1,5... 2 .раза выше, чем в слое Х*

Представлены исследования клияния режимов введения растворов коагулянта и флокулянта ПА А. на динамику процессов формирования осадка в слое загрузки и эффективность работы фильтров. Динамику формирования осадка предложено оценивать критерием Г * Р/С1/'-'), где Г - грязеёмкость загрузки.

Экспериментальные данные, полученные на модели фильтра с толщиной слоя загрузки 9,4 см показали, что кривая имеет четко выраженные зоны . Наличие двух зон характерно для случая фильтрования с убывающей или постоянной скоростью при-условии равномерного распределения осадка по высоте слоя загрузки, наличие четырех - для фильтрования с постоянной скоростью яри условии образования грязевого экрана. Дана интерпретация установленных зон и закономерностей формирования осадка в зависимости от величин доз и режимов сведения коагулянта и флокулянта (¿кДк,&7>{.'Р).

По результатам опытов с постоянным режимом фильтрования получена зависимость для определения влияния насыщенности пирового о»

пространства осадком о нЛ величину касательного напряжения в загрузке ь :

ХЛ. £ХД(3.лГ-¿74X*♦ 4.5* , (2)

где и - кйсательноз напряжение трения в чистой загрузко.

Экспериментально доказ^-шю, что обработка воды прерывистым введением ростворов коагулянта и флокулянта позволяет осуществить. уьрэвленкз расп».сч\е-!>-'1ше:-1 осадка го с.'сста фильтругще!

загрузки и её свойствами. Снижение продолжительности введения' реагентов и перерыва их подачи способствует более эффективному использованию межэернового пространства и обеспечивает образование структур о.садка. с высокими прочностными свойствами. Приведены результаты исследований технологических параметров

работы модели контактных скорых фильтров с' высотой загрузки

1 *

1,7 м. При прерывистом коагулировании период с* не должен превышать (0,7.. Л) {« , при дополнительном импульсном введении флокулянта - 1,71« . Получены математические зависимости^ . функционально связывающие эталонные параметры процесса фильтрования 6', (а/8)*, (4-А)* при прерывистом коагулировании с о

таковыми при постояннм коагулировании и с параметрами режима введения реагента £*, ¿к

б'-Шх.-З.ЗЗХд -7.56 , (3)

. (оД^а/б)*-0.023%♦0.093Х«.*0.054Х1*-0.0430йХд , (Л)

(Н&Ч4-/Ц'-0.ОТ2Л*О2Х! ♦О.Овбх} -0.0463:,*, *0.03, (5)

где б*, - эталонные параметры процессе фильтро-

вания в слое глуховеикого кварцевого песка при прерывистом коагулировании;

" то же» ПРИ постоянном коагулировании; Х4,0Са — нормированные гначения соответственно и^.»,

9 мин •

л.«(1*Ч5)/5", " (6)

Х**(.&-1г,5)/7,5 (7)

Адсорбция взвеси на поверхность осадка'происходит как в период коагулирования, так и в период прекращения подачи коагулян- . та. Область оптимального использования потенциальной активности осадка зависит от его концентрации и параметра г.« , значение которого для данных условий опытов ( £к =10...20 мин) не превышает 10...15 мин. По сравнению с постоянным прерывистое коагулирование, а также совместное прерывистое коагулирование и флоку-лирование позволяют в оптимальных режимах снизить величину скорости перемещения фронта осадка вглубь загрузки соответственно в 1,32 и 1,60, прирост потерь напора - в 1,63 и 1,26 раза. Дипол-

,п

нительнкй-импульсный ввод ПАА и уменьшение 1к обусловливает увеличение оптимального значения <¿>«1. загрузки.

Изложены результаты применения предложенного.способа совместного прерывистого коагулирования и флокулирования на тонкослойных радиальных фильтрах, где процесс фильтрования осуществляется в режиме постепенного снижения скорости движения воды от гетра к периферии при толщине слоя загрузки 0,35...0,4 м.

Во всех опытах при =20с продолжительность фильтроииклоз определялась по ухудшению качества фильтрата. Потери напора в конце фильтроиикла колебались от 0,25 до 0,65 м, что значительно меньше располагаемого напора. Устойчивость работы фильтра возрастает с уменьшением скорости фильтрования, оптимальные значения которой, на выходе из фильтра V* установлены в пределах 2...3 м/ч. Кратковременные перерывы в подаче коагулянта способствуют повышению продолжительности фильтропикла на 67 %. Увеличение периодов ■Ьк> 10 мин в диапазоне условий опытов отрииа-

ч «

тельно влияет на устойчивость работы радиального фильтра. При дополнительном импульсном вводе ПАА в периоды отключения подачи

коагулянта условия работы фильтра стабилизировались, но повышался прирост потерь напора, в результате чего продолжительность фильтрошкла снижалась на 32 %.

Определены закономерности распределения осадка в радиальном направлении и по высоте фильтра. Максимальное накопление отложений отмечено в первых слоях в радиальном направлении, & пчслет. дующих .оно снижается по экспоненциальной зависимости. Зысокая скорость потока в перв;лс слоях способствует интенсификаши коа-гуляционных структур, уплотнению осадка в пассивных зонах и узких, участках порового пространства. При увеличении скорости; фильтрования эпюра распределения осадка смещается по но прясле— ниюпртрка. ' ■

K¡ концууфильтроцикла при прерывистом коагулировании грязе-ёмкр.сть слоя{ telf. - 5 см увеличилась в 2,6, а при совместном прерыви.стрм. коагулировании и флокулировании - в 2,4 раза по сравнению.с,;прстоянным .'коагулированием. При прерывистом вводе-реагентов плотцость, и адгезионная способность осадка (по £«8.) на расстоянии = 20 caí от входа в загрузку уменьшались

соответственно на 7; ..24, и 10...18 %.

Концентрация загрязнений по высоте загрузки радиального фильтра также распределяется неравномерно. Большую грязевую нагрузку испытывают средние слои, что свидетельствует о неоднородности гидравлических условий по высоте распределительной дрены. По характеру изменения' кривых потерь напора во времени установлено, что темп прироста потерь Напора'всего фильтра,определяется слоем толщиной до 20 см. Отмечено перераспределение потерь напори в течение фильтроцикла, что объясняется сдвигом,осадка под действием гидродинамических 'сил потоке и перемещение!.! его в, зоны,

где услосия достаточны дпя его закрепления., .3 этот момент ухудшения качества фильтрата не наблюдалось. Характер изменек'ЛП потерь напора неоднозначный как в радиальному так и по высоте фильтра. В начальный период фильтрования более интенсивно коль-матируются нижние слои и по мере их кольматаши фронт загрязнений медленно перемещается вверх. Самые сложные процессы про» исходят в слое Т.-г. =5 см. К концу фильтроиикла в нём замедляется накопление осадка, происходит уплотнение и массовый сдвиг в следующий ; слой. Основная грязевая нагрузка приходится на средние и верхние слои фильтра.•

В тонкослойном радиальном фильтре комплексно сочетаются тч~ кие направления интенсификации их работы как фильтрование с понижающей скоростью от центра к периферии, сравнительная одне -родность фракционного состава загрузки в радиальном направлении, небольшие толщина и высота фильтрующего слоя. Дополнительным средством их интенсификации служит разработанный способ прерывистого коагулирования в сочетании с прерывистым флокулированиеч.

Определены основные расчетные параметры тонкослойных радияли'.-л фильтров: допустимая максимальная скорость фильтрования на т«.,-де 3 м/ч, требуемая толщина загрузки не менее 0,35 м, диаметр зёрен песка 1,1..Л,2 мм.

В четвертой главе приводятся результаты испытаний технологи-* направленного регулирования адгезионных процессов при обработке маломутных, малоцветных вод эвтрофированного водоисточника.

Применение прерывистого коагулирования и флокулирования з одноступенчатой схеме действующего комплекса водоочистных сооружений показало высокую надежность осветления и обесцвечивания вода. . •

. 20

Установлены параметры режимов введения реагентов, позволяющие в периоды цветения водоема уменьшить расход коагулянта на 50...65$ и увеличить время полезной работы скорых .фильтров.в 1,28. ..1,84 раза по сравнению с постоянным коагулированием. Полная отмывка фильтрующей загрузки достигается за 7 мин.- при интенсивности

о

414.л/с.м , расход воды не превышает 7,7 % производительности фильтра. Перевод комплекса сооружений с двухступенчатой на одноступенчатую схему с применением этой технологии позволил снизить концентрацию хлороформа в очищенной воде в 1,33...2,2 раза, но его величина в 2 раза превышала ПДК.

С учетом результатов лабораторно-производственных исследований разработаны и апробированы одноступенчатые схемы подготовки води, позволяющие получить питьевую воду стандартного качества. Техноло-•гией (рис.2) предусматривается микрофильтрование, предварительное -озонирование, поочередное прерывистое введете коагулянта и флоку-' лянта, корректирование свойств коагулированной взвеси в смесителе-коагуляторе, прямоточное или тонкослойное радиальное фильтрование от центра к периферии, обеззараживание хлором.

Разработана методика и представлена структурная модель управления технологическими процессами подготовки-воды; Оптимизация работы одноступенчатых схем достигается регулированием несколькими параметрами управляющих воздействий ( irl ¿¡!, Д*( ) одновременно. Это обеспечивает переход от статической к динамичес- . кой оптимизации. Для решения задачи оперативного управления построены математические модели,, адекватные процессам озонирова-. кия и фильтрования: •

- модель озонирования'

Д»• О.&тСрН)♦ <.77'«Г'(*.')♦ О.ОгбЗ(Ц}*О.ОМ(Э) - Г.85 , (8)

где С -.температура воды, 3 - эффективность обесцвечивания, %',

- модель осветления воды фильтрованием на скорых фильтрах

дМ» ♦*.08Х< ♦ О.ЗвЛл *А.59Х> -3.69x1 -О.вЗхЛ *0.ЫХ,Х* ; (9)

- модель осветления фильтрованием на радиальных фильтрах

АМ'М?*ЗЫХ**а.В53Сг*ЬЛЬХ1-3.6х}-0.763$+ОАЬх\ -0.UX.Xt* (10) М.52Х.Х%,

х,*(£.*-, , ос,.(м«-«)/^о.

Технологические схемы испытывались в различные сезоны года на воде эвтрофированного водоисточника(табл.1). Установлена высокая эффективность очистки воды. •

■ Таблица I

Эффективность работы одноступенчатых схем при очистке воды и Октябрьского водохранилища

|_Качество воаы_ (усреднённые_ данные)_'_ ______

I Показатели _Схема_ с о _СФ_____схема _с_Т_Р_Ф_ - j

I 1до обработки!после обра- |до обработки) после 1 I______ 1______| _ ботки__,________I

Цветность, град

Мутность, мг/л

Окисляемость, мгС^/л .

Ост.алюминий, мг/л

Хлороформ, мкг/л

24-31 4,3-1,7

8,2-11,6

13-18 0,6-1,2

6,9-8,8 0,05-0,13 4-14

24-32 6,5-17

7,8-11,4

13-18 0,6-1,3

6,8-9,4 0,06-0,21 6-14

В схемах со скорыми фильтрами рекомендуются следующие пределы взаимосвязанных параметров допирования коагулянта и флокулянта:

г.*-5...30 мин; 1« -(0,5...1,5)4« ,4Г -(0,1...0,5)4« . В схемах с тонкослойными радиальными фильтрами:4« - 5...20 мин, £* -(0,4...1)1« ,4Г -(0,1...0,2)4« . Предварительное озонирование • повышает эффективность последующих стадий осветления и фильтрования. Оптимальные сезонные дрзы озона изменялись от 1,5 до Змг/л, дозы хлора - от I до 2 мг/л.В периоды цветения водоёма загрузка фильтров с достаточной степенью используется для извлечения фитопланктона, сохраняя продолжительность фильтроликла не менее 8ч.

Установлена область и рекомендованы условия применения тонкослойных радиальных фильтров. Применение направляющих пластин * длиной 0,05 и позволило более полно использовать располагаемый напор-(в 1,7...2 р&за), увеличите фильтропикл и грязеёмкость на 20...30 %. Промывка производится вне рабочей зоны фильтра специальным промывным устройством, р&од воды - 2...3,5 ма на I м3 загрузки. Высота фильтра выбирается из условий удобства эксплуатации от I до 3 и. .

Технологию тонкослойного фильтрования целесообразно реализовать в проектах малогабаритных водоочистных установок производительностью до 2 тыс.м3/сут.

Разработано устройство автоматического дозированияреагентов (рис.3), позволяющее с помощью блока управления осуществлять 'регулируемый ввод коагулянта и флокулянта в различных режимах, в том числе в программированных режимах импульсного (прерывистого) ввода реагентов. Программное управление процессом обеспечивает высокую точность регулирования и повышения качества обработки воды при экономном расходовании реагентов.

ОБЩИЕ швода

I. Качество воды небольших по объёму (до 0,04 км3) наливных эвтрофированных водоёмов, используемых как источники водоснабяе-

ния и постоянно подверженных активному антропогенному воздейст~ вгао, в большинстве случаев формируется под влиянием аллохтонкыч загрязнений и внутриводоёмных процессов. Такие воды в течение года отличаются малой мутностью (до 30...50 мг/л) и цветностью (до 35град) и характеризуются высоким содержанием органических веществ планктонного происхождения.

2. Доказано, что применение традиционных двухступенчаты:!; тех-н<?логических схем малоэффективно и усложняется низкой их барьерной ролью по отношению;, к образованию хлорорганических соединений. Неоправданным является включение в их., состав сооружен;:!? первой ступени осветления. Основная причина неудовлетворительного функционирования одноступенчатых схем - болыяая гряэек.л нагрузка на прямоточные фильтры, снижение которой достигаетеч регулированием адгезионных процессов в зернистой среде.

3'. Усовершенствована методика опенки эффективности управления адгезионными процессами в зернистой среде, основанная на микрофотосъёмке порового пространства элементарного слоя в процесс кольматаиии и критерии Г* - грязеёмкости, приведенной л удельному гидравлическому уклону. Полученные результаты допо-г.г. ,--ют теорию фильтрования и расширяют представление о механизме формирования осадка в норовом пространстве фильтрующей сред»!. Еыявлены закономерности, связывающие его распределение с осноп-ними технологическими параметрами. Установлено влияние параметр ров прерывистого коагулирования и флокулирования ( 1к, 1»,

) и их соотношений на структурно-механические и адгезионные характеристики осадка,а также на динамику его формирования.

4. Предложен способ интенсификации реягентной очистки. води эвтрефнровашпк водоёмов, заключающийся в использовании комплексного прерывистого в по да растворов коагулянта и флокулянта в

импульсном режиме и последующем контактном фильтровании на скорых фильтрах с прямоточным или радиальным направлением потока.Подача ПАА осуществляется в промежутках отключения подачи коагулянта дозой, в 2...4 раза меньшей рекомендуемой СНиП 2.04.02-64. Оценены технологические возможности прерывистого коагулирования и флоку-лирования. Определена зависимость фильтроцикла от приоритетных параметров £« и - 1к , обеспечивающих наиболее полное,использование адсорбционной и адгезионной активности осадков гидроокиси алюминия. Экономия расхода коагулянта составляет 50-65 % по сравнению с постоянным коагулированием.

5. Показано,' что повышение эффективности работы зернистых фильтров дополнительно достигается регулированием времени контакта коагулянта с водой до поступление в загрузку за счет обеспечения оптимальных физико-х-имических условий формирования хлопьев с .требуемыми прочностными и адгезионными свойствами. Степень использования порового пространства увеличивается в 1,45 раза.

6.-Разработана система автоматического дозирования коагулянта и флокулянта в прерывистом; режиме. Регулируемый ввод реагентов осуществляется раздельно с помощью блока управления в зависимости от величины управляющих сигналов по расходу и мутности фильтрата.

7. Предложена конструкция смесителя-коагулятора с фильтрующими полимербетонными перегородками. Разработана математическая модель прочностных свойств полимербетонных перегородок и методика определения оптимальных доз эпоксидной смолы и полиэтиленполиами-да для их изготовления..

8. Изложены конструктивные особенности и определена область применения тонкослойных радиальных фильтров, работающих на водах эвтрофированньпс водоисточников. Установлены расчетные параметры

фильтра: максимально допустимая скорость на выходе 3 м/ч; толщина загрузки не менее 0,35 м, диаметр зёрен песка 1.1...1.2 мм. Высота фильтра выбирается исходя из условий удобства эксплуатации и,технико-экономических расчётов.

9. Усовершенствованы технологические схемы очистки воды, основанные на микрофилътровании, предварительном озонировании, . . автоматическом прерывистом введении растворов коагулянта и фяоку-лянта, обработки воды в смесителе-коагулятор1, фильтровании на скорых или тонкослойных радиальных фильтрах и хлорировании. Получена зависимость для расчёта озона.

10. Разработана структурная модель управления процессами водоподготовки, позволяющая получить питьевую воду высокого качества. Предложены практические рекомендации по оптимизации работы одноступенчатых схем регулированием несколькими параметрами управляющих воздействий (доза озона, место ввода коагулянта и флокулянта, дозы реагентов и параметры режимов поочередного их ввода в прерывистом режиме) одновременно.

11. Годовой экономический эффект от внедрения предложенного способа, прерывистого коагулирования и флокуяирования на водоочистной станции производительностью 130 тыс.м3 составил 259,9 тыс.руб. (цены 1990 г). •

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах

1. Исаев А.А., Нежлукченко В.М, Влияние сброоов Криворожское го горнорудного бассейна и проникновения морских вод в дельту Днепра на водоснабжение г.Николаева // Мелиорация и орошение.-Кишинёв, I975.-T.I49. - С.49-52. ;

2. Нежлукченко В.М. Исследование процесса накопления загряз-

нений в высокопористых эагрузках//Совершенствование сельскохозяйственного водоснабжения, гидротехнических сооружений и гидравлических расчетов мелиоративных систем.-Кишинев,1978.-С.86-88.

3. Нежлукченко В.М., Исаев A.A. Исследование изменения геометрической структуры дернистых фильтрующих загрузок в пронессе коль-матаиии//Совершенствование методов гидравлических и гидрологических расчетов для целей сельскохозяйственного водоснабжения и оро- , шения.- Кишинев, 1979,- С.45-49.

4. Нежлукченко В.М. Особенности формирования качества воды Октябрьского водохранилища /Материалы обл.научн.-практ.конференции по итогам и.перспективам охраны и рационального рыбохозяйст-венного использования внутренних водоёмов - Херсон, 1987. -

С.25-30.

5. Александрова Н.Г., . Нежлукченко В.М. Гидрохимический режим и эколого-санитарная характеристика качества воды реки Ингулец. /Водные ресурсы. - К 3. - IS68. - С.48-53.

6. Нежлукченко В.М., Найденко В.В., Колодный Ю.И. Интенсификация технологии водопод'готовки прерывистым коагулированием и флокулированием // Вклад научно-технического потенциала области в перестройку/ Материалы выступлений на научно-практической конференции 18'мая 1990г. - Херсон, IS90. - С. 133.

7. Нежлукченкр В.М., Найденко В.М., Колодный Ю.И. Очистка воды на тонкослойных патронных фильтрах// Вклад научно-технического потенциала области в перестройку/ Материалы выступлений на научно-практической конференции 18 мая 1990г. - Херсон-, 1990.-C.I34.

Рис Л. Смеситель-коагулятор: I - камера;,2 - распределительная пористая перегородка; 3 - модуль сменных полимербетонных перегородок; 4,5-трубо-проводы подачи и отвода воды.

Рис.2. Технологические схемы водоподготовки: а - со скорыми фильтрами; б - с тонкослойными радиальными фильтрами; I - микрофильтр; 2 - контактная камера озонирования; 3 - смеситель-коагулятор; 4 - фильтр:.Г- РЧ^ .

I

С

>

Ч1Г

Рис.3. Принципиальная схема системы автоматического импульского

дозирования коагулянта и флокулянта: I - блок очистных сооружений;2,3 - ёмкости с растворами коагулянта и флокулянта; 4,5 - дозаторы; 6,7 - формирователи управляющих импульсов; 8 - блок управления; 9 -мутномер-турбидиметр;' 10 -регулятор подцоэирования;11исполнительный механизм; 12 - датчик расхода; 13 - преобразователь;14,15 - информационные входы; 16 - программатор;.17-сумматор; 18,19,20 -усилители;21,22 -реле; 23 - вторичный прибор.