автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Повышение эффективности реагентной обработки поверхностных природных вод алюмосодержащими коагулянтами

094616165

Па правах рукописи

Д^иеМГ

САФРОНОВ Максим Александрович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕАГЕИТПОЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТНЫХ ПРИРОДНЫХ ВОД АЛЮМОСОДЕРЖАЩИМИ КОАГУЛЯНТАМИ

Специальность 05.23.04 -Водоснабжение, канализация, строительные

системы охраны водных ресурсов

Автореферат диссертации па соискание ученой степени кандидата технических наук

-2 ДЕК 2010

Пенза 2010

004616165

Диссертация выполнена в ГОУ ВПО «Пензенский государственный уни верситет архитектуры и строительства»

Научный руководитель - доктор технических наук, профессо

Гришин Б.М.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Журба М.Г.

кандидат технических наук, доцент Демидочкнн В.В.

Ведущая организация - ГОУ ВПО «Московская государственная

академия коммунального хозяйства и строительства»

Защита состоится 22 декабря 2010 г. в 13.00 часов на заседании диссе

4

тационного совета ДМ 212.184.02 в ГОУ ВПО «Пензенский государственны университет архитектуры и строительства» по адресу: 440028, г.Пепза, у Г.Титова, 28, ПГУАС, 1 корпус, конференц-зал.

с

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан "16п 2010 г.

Совет направляет Вам для ознакомления данный автореферат и проо Ваши отзывы и замечания в 2-х экземплярах, заверенные печатью, направля по адресу: 440028, г.Пенза, ул. Г.Титова, 28, ГОУ ВПО «Пензенский государс венный университет архитектуры и строительства», диссертационный сов ДМ 212.184.02.

Ученый секретарь диссертационного совета

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Для удаления из воды грубодисперсных и коллоидных минеральных примесей, а также значительной части органических и микробиологических загрязнений используются коагулянты. Наиболее распространенным коагулянтом, применяемым на водоочистных станциях (ВОС) населенных пунктов, расположенных в бассейне р. Волги, является сернокислый алюминий (СА), обеспечивающий достаточно стабильные показатели очищенной воды при невысоких эксплуатационных затратах. Однако, данный реагент имеет ряд недостатков, в частности, наблюдается его повышенная чувствительность к колебаниям рН воды, резкое снижение скорости процессов хлопьеобра-зования при низких температурах в водоисточнике, повышенные концентрации остаточного алюминия в очищенной воде во время паводка.

С 90-х годов 20 века на российском рынке получили распространение новые коагулянты - полиоксихлориды алюминия (ПОХА), обладающие определенными преимуществами по сравнению с СА - более широкой областью применения в интервале рН, возможностью использования при низких температурах воды, меньшими дозами при обработке и, соответственно, меньшими остаточными концентрациями алюминия в очищенной воде. С другой стороны, широкое применение ПОХА на водоочистных станциях сдерживается их весьма высокой стоимостью (в 4-6 раз выше, чем СА).

Совместное применение в практике водоподготовки коагулянтов СА и ПОХА при условии нахождения их оптимальных соотношений, режимов ввода и перемешивания с обрабатываемой водой позволяет в наибольшей степени использовать преимущества каждого реагента при одновременном обеспечении технико-экономической эффективности процесса очистки. Важной задачей при совместном использовании алюмосодержащих коагулянтов является снижение их доз в процессе обработки воды, которое может быть достигнуто применением различных методов интенсификации коагуляции. К числу наиболее перспективных относятся безреагентные методы концентрированного коагулирования и аэрации, не требующие, как правило, больших эксплуатационных затрат и сложного оборудования.

Таким образом, разработка новой реагентосберегающей технологии очистки воды поверхностных источников с комплексным использованием коагулянтов ПОХА и СА и применением эффективных методов интенсификации процессов коагуляции является актуальной задачей, решение которой позволит сократить эксплуатационные затраты на водоподготовку при обеспечении высоких качественных показателей очищенной воды.

Данная диссертация выполнялась в рамках «Программы социально-

экономического развития Пензенской области на 2002-2010 гг.», в которой важное место отведено совершенствованию работы водопроводных очистных сооружений централизованных систем водоснабжения.

Цель работы. Целью настоящей диссертационной работы является разработка и исследование реагентосберегающей технологии обработки природных поверхностных вод алюмосодержащими коагулянтами с применением без-реагентных методов интенсификации процессов коагуляции.

Задачи исследования. В соответствии с поставленной целью определены следующие задачи исследований:

- теоретическое исследование и анализ процессов реагентной очистки поверхностных вод алюмосодержащими коагулянтами;

- теоретическое обоснование выбора и применения рациональных способов коагуляционной обработки воды на основе концентрированного коагулирования и аэрации;

- экспериментальное определение оптимальных доз совместно или самостоятельно используемых коагулянтов ПОХА и СА и наиболее экономичных режимов обработки природной воды в различные периоды года;

- разработка новой реагентосберегающей технологии концентрированного коагулирования (на примере сурской воды) с использованием коагулянтов на основе алюминия, обеспечивающей высокое качество водоподготовки;

- разработка рекомендации по проектированию и расчету устройств и оборудования, входящих в состав предложенной технологической схемы обработки воды с использованием реагентов ПОХА и СА.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- теоретически и экспериментально обосновано применение нового способа ступенчатого высокоградиентного перемешивания воды с алюмосодержащими коагулянтами и воздухом для интенсификации процесса концентрированного коагулирования природной воды;

- определено влияние технологических характеристик предложенного способа обработки воды (относительного объема вспомогательного потока, степени воздухонасыщения воды, весового соотношения коагулянтов ПОХА и СА, режимов их перемешивания с водовоздушной смесью) на эффективность последующей очистки природной воды и выбор оптимальных доз данных реагентов при их совместном или самостоятельном использовании;

- получены аналитические зависимости для определения доз алюмосо-держащих реагентов при обработке природной воды с применением предложенного способа интенсификации процесса коагуляции в различные периоды года.

Практическая значимость диссертации.

Предложена и апробирована в промышленных условиях новая реагентос-берегающая технология обработки сурской воды с применением алюмосодер-жащих коагулянтов, обеспечивающая высокое качество водоподготовки при существенном снижении эксплуатационных затрат. Разработаны рекомендации к расчету устройств и оборудования, входящих в состав технологической схемы очистки воды с использованием реагентов ПОХА и СА.

Практическая реализация.

Предложенная технология концентрированного коагулирования с высокоградиентным перемешиванием воды с алюмосодержащими коагулянтами и воздухом внедрена на блоке водопроводных очистных сооружений пл. «Подгорная» г. Пензы производительностью 30 тыс. м3/сут. Годовой экономический эффект от внедрения составил более 350 тыс. руб. в ценах 2010 года.

Апробация работы и публикации.

По материалам диссертации опубликованы 12 работ, в том числе две статьи в журналах, рекомендованных ВАК. Получено положительное решение по заявке на патент № 2010106679/20 (009395) от 24.02.10 «Смеситель». Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 8 региональных, всероссийских и международных конференциях в г. Москве, Пензе, Казани и Тюмени в 2008-2010 г.

Методы исследований. В диссертации проводились теоретические и экспериментальные исследования, включающие работу с моделями и натурными установками, а также использовались стандартные методы математического моделирования и проведения химических анализов.

Достоверность полученных результатов оценена с помощью современных математических методов обработки экспериментов. При постановке экспериментов использованы общепринятые методики, оборудование и приборы. Экспериментальные данные, полученные на моделях, соответствуют результатам, полученным на промышленных установках.

На защиту выносятся;

- теоретическое обоснование высокоградиентного ступенчатого перемешивания водовоздушной смеси с реагентами в процессе концентрированного коагулирования воды, обеспечивающего высокую эффективность работы водопроводных очистных сооружений при экономии алюмосодержащих коагулянтов;

- результаты экспериментальных исследований влияния параметров обработки воды при высокоградиентном концентрированном коагулировании на эффективность последующего удаления гетерофазных примесей;

- математические зависимости дня определения расходов реагентов СА и ПОХА при обработке природной воды высокоградиентным концентрированным коагулированием в различные периоды года;

- разработка и апробация новой экономически эффективной технологии обработки воды поверхностного источника с применением апюмосодержащих коагулянтов;

- рекомендации к расчету устройств и оборудования, входящих в предложенную технологическую схему коагуляционной обработки воды..

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 156 страницах машинописного текста, включает 13 таблиц. 61 рисунок и состоит из введения, 5 глав, основных выводов, библиографического списка использованной литературы из 106 наименований и одного приложения.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы. Определены цель диссертации, научная новизна, практическая значимость, данные о производственном внедрении, полученном экономическом эффекте и апробации результатов работы.

В первой главе приведен анализ состава и фазово-дисперсного состояния примесей природных вод и их влияния на выбор метода водоподготовки. Произведена оценка эффективности использования минеральных коагулянтов при очистке вод поверхностных источников волжского бассейна и, в частности, реки Суры. Наиболее широко применяемый на ВОС городов и населенных пунктов, расположенных в бассейне р. Волги, сульфат алюминия имеет слабую коагулирующую способность при низких температурах и щелочности воды, что ведет к его перерасходу в зимний период и паводок.

В качестве альтернативы использованию СА в процессах водоподготовки могут рассматриваться полиоксихлориды алюминия (ПОХА, ОХА и др.), обеспечивающие более глубокое удаление мутности, цветности и органических загрязнений, однако высокая стоимость данных коагулянтов не позволяет осуществлять их широкое внедрение на водоочистных комплексах в качестве самостоятельных реагентов.

Улучшение качества очистки природной воды поверхностных источников Волжского бассейна в условиях низких значений температур, рН и щелочности при сравнительно небольших эксплуатационных затратах может быть достигнуто совместным использованием коагулянтов на основе ПОХА (ОХА) и СА при одновременном применении наиболее экономичных и перспективных без-реагентных методов интенсификации процессов коагуляции, к числу которых относятся концентрированное коагулирование и аэрация. Данные методы могут

быть использованы также в целях сокращения доз СА при его самостоятельном применении для очистки воды поверхностного источника, в частности, Сурско-го водохранилища, являющегося основным источником водоснабжения г. Пензы.

В данной главе сформулированы также цель и задачи исследований, решаемые в диссертационной работе

Вторая глава посвящена теоретическому анализу процессов коагуляции гетерофазных примесей природной воды и обоснованию принятых технических решений, обеспечивающих сокращение расходов алюмосодержащих коагулянтов.

Расчетным путем показано, что весовая доза коагулянта мг/л, требующаяся для взаимной фиксации частиц загрязнений, прямо пропорциональна числу и диаметру частиц продуктов гидролиза коагулянта (ПГК), участвующих в контакте, а также концентрации загрязнений:

4 •е.-и.-р,.^ ,

о яо

где ©„- требуемая степень покрытия поверхности частиц загрязнений ПГК (0„ >0,5); К, - средний объем одной частицы загрязнений (примесей), м3; р.,- плотность частиц загрязнений, кг/м3; число частиц загрязнений в единице объема воды; с/ - диаметр первичной частицы ПГК; й - средний диаметр одной частицы примесей; с - весовая концентрация примесей в воде, мг/л.

Из формулы (1) следует, что при постоянных значениях с, с{ и £> дозу коагулянта можно снизить за счет уменьшения требуемой степени покрытия поверхности частиц загрязнений ПГК. Это условие обеспечивается перемешиванием раствора коагулянта с водой в присутствии пузырьков воздуха.

Влияние аэрации на процесс хлопьеобразования обусловлено демпфированием мелкомасштабных пульсаций воды при перемешивании, ускоренного образования зародышей твердой фаз ПГК на поверхности воздушных пузырьков за счет электростатических и поверхностных сил, а также выделением из воды избыточных количеств углекислого газа.

При аэрации воды за счет возникающих сил притяжения пузырьки воздуха будут занимать при контакте с частицами загрязнений часть их поверхности.

Требуемая степень покрытия ПГК поверхности частиц загрязнений в этом случае будет определяться из выражения

(2)

где Пк- параметр (Пк >1), зависящий от удельной поверхности 5Л пу-

зырьков воздуха в обрабатываемой воде;

п^к^; о)

где т - показатель степени; (0,5 <т< 1,0); к, - коэффициент пропорциональности.

Как показали расчеты, величина параметра П, прямо пропорциональна воздухонасьнцению обрабатываемой воды <р и обратно пропорциональна среднему диаметру пузырьков воздуха, который в свою очередь, может быть определен из выражения:

= (4)

р

где к1 - коэффициент, к, = 0,40 -0,43; а— коэффициент поверхностного натяжения поверхности раздела вода-воздух, Н/м; р - плотность воды, кг/м3; С - градиент скорости перемешивания, с'1; V, - кинематический коэффициент вязкости водовоздушной смеси, м2/с

Величина О для гидравлических перемешивающих устройств, работающих в напорном режиме, является функцией потерь давления Ар, расхода объема смесителя Ус и реологических характеристик смеси.

В результате преобразований получена формула для определения дозы коагулянта при его перемешивании с водой, насыщенной воздушными пузырьками.

4 ет с с1

ДК =

6 <р-{02 ус)°< *Д-(«г//>)'■'

(5)

й-к,

Таким образом, доза коагулянта, введенного в смеситель с добавлением воздуха при постоянных значениях с,с1иО будет обратно пропорциональна газонасыщению водовоздушной смеси <р в степени т и градиенту скорости перемешивания С в степени 0,8т.

Высокая степень газонасыщения воды с минимальными энергозатратами может быть обеспечена при использовании концентрированного коагулирования, когда сжатый воздух подается во вспомогательный поток, обработанный одним или несколькими коагулянтами. Кроме того, на трубопроводе вспомогательного потока более удобно организовать условия для интенсивного перемешивания водовоздушной смеси с растворами коагулянтов.

На основании теоретических исследований предложен реагентосбере-гающий способ высокоградиентного перемешивания вспомогательного потока воды с растворами коагулянтов и сжатым воздухом при концентрированном коагулировании. Схема обработки воды по данному способу показана на рис. 1,

3

Рис. 1 Схема обрзботки воды по способу высокоградиентного перемешивания при концентрированном коагулировании 1 - подача воды; 2 - отвод части воды на реагентную обработку (вспомогательный поток);

3 - основной поток; 4,4' - подача коагулянтов ПОХА и СА; 5 - отвод общего потока; 6 - типовой смеситель или камера хлопьеобразования; 7 - центробежный насос; 8 - дроссельное устройство; 9 - подача сжатого воздуха; 10 - манометры

Вспомогательный поток очищаемой воды (с расходом (3„) подается во всасывающий патрубок повысительного центробежного насоса 7 и с требуемым давлением пропускается через дроссельные устройства 8. Степени закрытия дроссельных устройств подбираются таким образом, чтобы перепад давлений Дрд перед и за каждым устройством при заданном расходе р. соответствовал расчетному перепаду Ар, позволяющему получать высокие значения градиента скорости й в определенных пределах. Растворы коагулянтов СА и ПОХА подаются во всасывающий патрубок насоса 7, а сжатый воздух с заданным расходом - непосредственно перед одним или несколькими дроссельными устройствами, где осуществляется диспергация пузырьков воздуха.

Таким образом, за счет суммарного воздействия нескольких факторов (быстрого и полного смешения коагулянта с водой, создания высокодисперсной водовоздушной смеси, концентрированного коагулирования) в предлагаемом смесительном узле создаются благоприятные условия для проведения эффективной последующей очистки природных вод на сооружениях различного типа.

Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям влияния интенсивности перемешивания алюмосодержащих реагентов с водой при концентрированном коагулировании на эффективность последующей очистки воды. Объектом исследований являлась вода Сурского водохранилища, эксперименты проводились ы различные периоды года, включая паводок.

Исследования влияния режимов перемешивания растворов коагулянтов с исходной сырой водой на качество водоподготовки при использовании метода концентрированного коагулирования проводились на лабораторной установке, которая была смонтирована в помещении основного блока водоподготовки площадки «Кирпичная» водопроводных очистных сооружений (ВОС) г. Пензы.

Исходная сырая вода при помощи отводящего трубопровода отбиралась из напорного водовода, соединяющего насосную станцию I подъема и ВОС. На отводящем трубопроводе поочередно устанавливались два центробежных повы-сигельных насоса производительностью каждый до 2 м3/ч с напорами соответственно до 20 м (ри до 2-Ю5 Па) и до 50 м {р„ до 5105 Па), которые включались также поочередно. Подача растворов коагулянтов СА (с содержанием А1203 16%) и ПОХА «АКВА-АУРАТ™ 30» (с содержанием А1203 30%) производилась с регулируемым расходом насосами-дозаторами в вихревое смесительное устройство, туда же в ряде экспериментов подавался сжатый воздух от компрессора. Кроме того, для получения сравнительных данных по очистке воды в ряде экспериментов раствор СА дозировался самостоятельно.

Высокоградиентное перемешивание растворов коагулянтов с водой осуществлялось на последовательно установленных друг за другом дроссельных устройствах, используемых в количестве от 1 до 3, которые представляли собой вентили dy=20 мм с дисковыми затворами. Перепад давления Дрд на дроссельных устройствах варьировался от 0,1 -105 Па до 4,0-Ю5 Па за счет изменения степени закрытия затворов и определялся при помощи показаний манометров.

Вода, обработанная коагулянтами при заданных значениях Дрд поступала в бак, снабженный патрубком для отбора проб, и далее сливалась в канализацию. Расход воды измерялся объемным методом.

Значения градиента скорости перемешивания G в лабораторных условиях варьировались за счет поочередного включения насосов, а также изменения степени закрытия затворов на дросселях. Диапазон изменения значений G в дроссельных устройствах лабораторной установки составлял от 0,8-104 до 4,2-Ю4 с'1. Время перемешивания на каждой ступени составляло от 0,05 до 0,18 с. Каждая проба воды из бака отбиралась с помощью мензурки и смешивалась в стеклянной емкости объемом V=l,5 л с исходной некоагулированной водой, отобранной из патрубка на отводном трубопроводе, в различных соотношениях.

Относительный объем воды, обработанный коагулянтами по способу концентрированного коагулирования определялся по формуле:

/7= — • 100% = ——--100% (6)

у V V +V

ro 'b + '«■«

где У„ - вспомогательный объем воды, обработанный коагулянтами; Ую -основной объем воды, не обработанный коагулянтами; V„ - общий объем очищаемой воды.

При моделировании стандартного способа концентрированного коагулирования (см. рис. 1), в котором использовалось низкоградиентное перемешива-

ние, из патрубка на отводящем трубопроводе отбиралась исходная сырая вода (вспомогательный объем), перемешивалась с коагулянтами при 1,2-102 с"1 в течение 1 мин и далее смешивалась с основным объемом исходной некоагули-рованной воды при значениях Пу от 10% до 40%.

В соответствии с соотношением объемов обработанной и необработанной воды дозы СА и ПОХА пересчитывались на 1 литр полученной смеси (общего объема). Смесь по аналогии с режимом работы камер хлопьеобразования ВОС пл. «Кирпичная» дополнительно обрабатывалась флокулянтом - полиакрила-мидом (ПАА) и подвергалась медленному перемешиванию с градиентом скорости 20 с'1 в течение 2 мин, после чего переливалась в литровый стеклянный цилиндр и отстаивалась в течение 2 ч. Отстоянная (осветленная) вода отбиралась из верхней части цилиндра и фильтровалась через бумажный фильтр. В процессе экспериментов исследовались пять проб, из них четыре пробы - с использованием воды, обработанной на лабораторной установке. Кроме того, одна контрольная проба бралась для исходной сырой воды, весь объем которой обрабатывался коагулянтом по стандартной методике (быстрое перемешивание с С= 120 с' в течение 2 мин и далее медленное перемешивание с добавлением ПАА при С=20 с"1 в течение 2 мин) с последующим отстаиванием и фильтрованием через бумажный фильтр. В контрольную пробу добавлялся раствор СА с дозой, принятой на ВОС для обработки воды в день проведения эксперимента. Дозы ПАА во всех пробах каждой серии были одинаковыми. Эффективность действия коагулянтов оценивалась по показателям мутности, цветности, пер-манганатной окисляемости (ПО) и остаточному алюминию в очищенной воде. Кроме вышеуказанных показателей определялись также рН и щелочность воды. Пробное коагулирование проводилось при поддержании температуры воды, соответствующей температуре воды водоисточника.

В течение экспериментов мутность воды Сурского водохранилища изменялась в пределах от 4,7 до 60 мг/л, перманганатная окисляемость (ПО) - от 3,8 до 6,8 мг02/л, цветность - от 16 до 40 град, рН - от 7,6 до 7,9, щелочность - от 1,2 до 2,5 ммоль/л, температура - от 2,5 до 22 °С.

Анализ полученных экспериментальных данных показал, что метод концентрированного коагулирования позволяет снизить расход СА до 20 % по сравнению с традиционным методом коагулирования всего объема воды. Эффективность использования концентрированного коагулирования с СА в период паводка значительно снижается (до 10 % и менее) вследствие низкого щелочного резерва сырой воды. Применение концентрированного коагулирования с высокоградиентным перемешиванием является более предпочтительным по эффективности последующей очистки воды по сравнению с аналогичным спо-

собом, использующим низкоградиентное коагулированием со значением в порядка 120 с"1. Наибольшая эффективность очистки воды достигается двух- и трехступенчатым перемешиванием вспомогательного объема воды в диапазоне значений градиента скорости от 0,8-Ю4 с"1 до 3,2-104 с"1 с постоянным уменьшением интенсивности перемешивания с коагулянтом (С]> 02>03). Величина градиента скорости на первой ступени перемешивания не должна превышать значения С1=3,2-104 с"1 для предотвращения образования значительного количества плохооседающих мелкодисперсных хлопьев.

Зависимости мутности фильтрата от доз СА и ПОХА при различных режимах перемешивания в период паводка показаны на рис. 2

Установлено, что самостоятельное использование коагулянта поли-оксихлорида алюминия для очистки сурской воды является нецелесообразным в связи с его высокой

М«, мг/Л] 0.8 0.7 0,в 0.5 0.4

Апрель-паводок

0.2

М«,=59,2 мг/л №»=0,15 мг/л

1 Л

з,: I а "х—.

......

2

Рис. 2 Зависимости мутности фильтрата от относительного несколько лучший (в

объема воды, обработанной СА и ПОХА для доз СА (Д]) и среднем на 10-15 %) эф-

ПОХА еда по товарному продукту: 1- Д,-36.0 мг/л,Д2=6,0 феет осветления п0 срав.

мг/л; 2 - Д 1=42,0 мг/л, Дз=5,0 мг/л. „ .

~ . „ ,п4 -1 нению с коагулянтом С А. --при01=4,0-10 с' ---------при 3

С1=3,2-104с-|и02=1,0-104с1------------при О,=2,5-Ю4 Совместное применение

с'1,Ог=1,6Ю4 с', 0з=0,8104 с' У/Л-контрольная проба коагулянтов ПОХА и СА при Д.=60,0 мг/л (СА) при ступенчатой обработ-

ке вспомогательного объема воды в условиях повышенной мутности и низкой щелочности (паводка) позволяет обеспечить качественную очистку воды от примесей при существенной экономии реагентов (до 22 %) для значений Пу от 10 до 40 %, что, тем не менее, является экономически менее выгодным по сравнению с использованием только СА.

В четвертой главе приведены результаты лабораторных исследований концентрированного коагулирования с использованием высокоградиентного перемешивания алюмосодержащих реагентов с водовоздушной смесью.

Исследования проводились на лабораторной установке, описание которой приведено выше. Вспомогательный объем воды, обработанный коагулянтом, смешивался со сжатым воздухом в вихревом устройстве, где осуществлялось предварительное диспергирование пузырьков воздуха до средних размеров 1,52 мм. Расход воздуха в экспериментах составлял 5-16% от расхода воды. Полу-

ченная водовоздушная смесь пропускалась через дроссельные устройства, количество которых изменялось от 1 до 3. Величина Пу изменялась в пределах от 1 до 7%. Методика экспериментов была аналогична принятой в гл. 3.

Анализ полученных экспериментальных данных показал, что наиболее значимое снижение мутности, цветности и ПО в процессе водоочистки имеет место при относительном объемном воздухонасьнцении вспомогательного объема воды в пределах от 0,08 до 0,12, а также перемешивании данного объема с коагулянтами в две ступени с градиентами скорости 01=3,2-104 с' и 02=1,0'104 с"1. Диаграммы остаточной мутности воды, обработанной предлагаемым способом для летнего и осенне-зимнего периодов, показаны на рис. 3 и 4.

М,мг/Л.---ш/г Рис. 3 Диаграммы остаточной мугно-

0 35_Мш=5,2м[/п, Дп»л=о,о7мг/л гМ^с сти воды после отстаивания и фильт-

рования при двухступенчатом перемешивании вспомогательного объема ВОДЫ С ВОЗДУХОМ ((0=0,1) и С А с дозой 7,0 мг/л для значений П у: 1 - 7%;

2-5%; 3 -3%; 4 - 1 % К- контрольная проба, обработанная СА с дозой Дк=10,0 мг/л - фильтрат (левая

шкала); | ] - вода после отстаива-ния(правая шкала)

Мф, МГ/Л[

Ноябрь-декабрь

Рис. 4 Диаграммы остаточной мутности воды после отстаивания и фильтрования при двухступенчатом перемешивании вспомогательного объема воды с воздухом (^=0,1) и СА с дозой 10,0 мг/л для значений Пу: 1 - 7%,

2 - 5%; 3 - 3%; 4 - 1% К - контрольная проба, обработанная СА с дозой Д,~15,0 мг/л У//^ - фильтрат (левая шкала); | [ - вода после отстаивания

(правая шкала) К 1 2 3 4

Показано, что применение способа концентрированного коагулирования с рекомендуемыми параметрами воздухонасыщения и перемешивания вспомогательного объема (потока) воды позволяет снизить дозы СА в летний и осенне-зимний периоды по сравнению с традиционным методом коагуляционной обработки всего объема очищаемой воды на 25-30%.

Установлено, что минимальная величина Пу должна определяться, исходя из условия нахождения рН вспомогательного объема воды после введения в него коагулянтов с расчетными дозами (отнесенными к общему объему очищаемой воды) в области значений не ниже 3,8-3,9 для эффективного осуществления последующих процессов хлопьеобразования и водоочистки.

Апрель паводок

Экспериментально доказано, что в период паводка наиболее значимое снижение весовых расходов реагентов (до 30%) достигается совместным использованием СА и ПОХА «АКВА-АУРА'Г™ 30», при этом соотношения расходов С А и ПОХА должны быть в пределах 6:1-7:1.

Диаграммы остаточной мутности, ПО и цветности воды, обработанной высокоградиентным концентрированным когулированием при ^=0,1 для паводка показаны на рис. 5 и 6.

Мо, мг/л Рис. 5 Диаграммы остаточной мутио-. д о сти воды после отстаивания и фильтрования при двухступенчатом перемешивании вспомогательного объема воды с воздухом (^1=0,1), СА (Д^Зб.О мг/л) и ПОХА (Д2=6,0 мг/л) для значений Пу: 1 - 7%; 2 - 5%; 3 - 3%; 4 -1% К - контрольная проба, обработанная С А с дозой Дк=60,0 мг/л -фильтрат (левая шкала); | | - вода после отстаивания (правая шкала)

Апрель паводок

Ц,фэд

Рис. 6 Диаграммы остаточной перман- ПО.мгШл ганатной окисляемости (ПО) и цветности (Ц) фильтрата при двухступенчатом перемешивании вспомогательного объема воды (II у =5%) с воздухом (<р=0Л) и коагулянтами: I - СА (Дк=54,0 мг/л); 2 - СА (Дк=50,0 мг/л); 3 - СА (Д,=42,0 мг/л) и ПОХА (Дг=5,0 мг/л); 4 - СА №=36,0 мг/л) и ПОХА (Д2=6,0 мг/л) К - контрольная проба, обработанная СА с дозой 4=60,0 мг/л - ПО (левая шкала); - Ц (правая шкала)

Анализ экспериментальных данных показал, что совместное использование сульфата и полиоксихлорида алюминия в летний и осенне-зимний периоды, а также самостоятельное использование ПОХА в любое время года для очистки воды Сурского водохранилища является экономически нецелесообразным вследствие повышения эксплуатационных затрат.

Рекомендуемые значения Пу при очистке сурской воды с применением концентрированного коагулирования и высокоградиентного перемешивания водовоздушной смеси в летний и осенне-зимний периоды с использованием СА находятся в пределах 3%. В период паводка с использованием СА и ПОХА оптимальное значение Пу составляет 5% с использованием только СА - 7%.

При использовании концентрированного коагулирования с высокоградиентным перемешиванием водовоздушной смеси рекомендуемая доза СА, мг/л,

определяется по формулам

от=х-Фхн\-х)Фг

(7)

(8)

Х = 0,2-^-2

>

Ф2=а2-(0,1-р)2+-^-<*>+с2

П

(10)

(9)

где <р - относительное объемное воздухонасыщение вспомогательного потока воды, обрабатываемого коагулянтом (0<<р<0,12); Пу - относительный объем воды, обработанной коагулянтом при концентрированном коагулировании (15Я„ <3%); От - доза СА, применяемая для очистки воды традиционным методом, мг/л; а, =-296,3; Ь, =-115,5; с, =43,7; а2 = -204,3; Ь2 = -77,0; с2 =29,8.

В период паводка суммарная доза коагулянтов СА (£>/) и ПОХА ф2), мг/л, находится по уравнениям

где А,/А =0,14-0,17; 0<«р<0,12; 3 < Пу < 7%; а, =-1142,6; Ь, =-1121,9; С/ =170,3; а2 = -1237,8; ^ = -1092,5; о =170,9.

Проведенный анализ показал, что полученные математические зависимости адекватно отражают величины весовых расходов алюмосодержащих коагулянтов.

Пятая глава посвящена производственным испытаниям технологии концентрированного коагулирования с высокоградиентным перемешиванием во-довоздушной смеси, которые производились на 5-м блоке ВОС пл. «Подгорная» г. Пензы, имеющем фактическую производительность 30000 м3/сут (1250

В состав 5-го блока ВОС пл. «Подгорная» входил перегородчатый смеситель, пять горизонтальных отстойников со встроенными камерами хлопьеобра-зования и три скорых фильтра. На ВОС поступала смешанная исходная вода от насосных станций НС «Водозабор Терновский» (р. Сура) и НС «Сурское водохранилище». Реагенгная обработка включала в себя двухступенчатое хлорирование, коагуляцию сернокислым алюминием (СА) и флокуляцию ПАА.

При эксплуатации 5-го блока ВОС «Подгорная» во время паводка наблюдались повышенные значения мутности в пробах хоз-питьевой воды, отобранной из РЧВ (до 1,5 мг/л), а также значительные концентрации остаточного

СЮ (12)

м3/ч).

алюминия (до 0,45 мг/л) вследствие использования высоких доз СА (до 80 мг/л и выше).

При проведении реконструкции данного блока к трубопроводу с1у500, подающему исходную воду к смесителю, через отводящий трубопровод 9 диаметром с!у125 мм (рис. 7) были подключены параллельно два центробежных насоса 5 и 5' марки К 80-50-200 производительностью каждый до 40 м5/ч и напором до 50 м. Один насос при самостоятельной работе подавал 3% от общего расхода воды 0о, поступающей в смеситель, при параллельной работе оба насоса перекачивали вспомогательный поток воды с расходом (2„, составляющим до 5%

Рис. 7 Технологическая схема обработки воды на 5-м блоке ВОС пл. «Подгорная» г. Пензы

после реконструкции

1 - перегородчатый смеситель; 2 - горизонтальный отстойник со встроенной камерой хлопье-образования; 3 - скорый фильтр; 4 - РЧВ; 5 - повысительные насосы; 6 - вихревой смеситель; 7, Т - дроссельные устройства; 8 - манометры; 9 - отводящий трубопровод; 10 - распределительные линии; 11 - расходомер СА, ПОХА - сульфат и полиоксихлорид алюминия; X - хлор; Ф - флокулянт; СВ - сжатый воздух

от С>0. Смешение вспомогательного потока воды с реагентами СА и ПОХА «АКВА-АУРАТ™ 30», а также воздухом производилось в вихревом смесителе 6 и далее в дроссельных устройствах 7 и 7' диаметром <3У50. Подача растворов коагулянтов в смеситель осуществлялась насосами-дозаторами из растворных баков, а сжатый воздух поступал из отделения реагентного хозяйства с расходом <3„=(10-12%)О,. В период паводка на 5-м блоке использовались коагулянты СА и ПОХА «АКВА-АУРАТ™ 30», в остальное время - только СА. Данные по качеству очищенной хоз-питеьевой воды, полученные на 5-м блоке ВОС пл. «Подгорная», где проводились испытания новой технологии сравнивалась с данными анализов хоз-питьевой воды, прошедшей очистку на 4-м блоке (про-

изводительностью 50 тыс. м3/сут), где использовалась традиционная технология реагентной обработки всего объема очищаемой воды.

Анализ результатов промышленных испытаний позволил сделать следующие выводы:

- использование способа концентрированного коагулирования с высокоградиентным двухступенчатым перемешиванием вспомогательного потока воды с реагентами и воздухом позволило сократить среднюю дозу СА с 23,3 мг/л до 16,4 мг/л по сравнению с традиционным методом обработки воды при обеспечении высокого качества фильтрата в РЧВ;

- добавление реагента ПОХА «АКВА-АУРАТ™ 30» с дозами 4,0-8,0 мг/л в период паводка привело к снижению среднего весового расхода коагулянта СА с 48 до 29,5 мг/л за счет применения нового способа интенсификации процесса коагуляции, а также позволило снизить концентрацию остаточного алюминия в очищенной воде в 1,4 раза.

Расчетный годовой технико-экономический эффект от внедрения новой технологии составил более 350 тыс. руб. (в ценах 2010 г.).

В данной главе приведены также рекомендации по расчету и подбору основных устройств и оборудования, входящих в состав предложенной технологической схемы.

Основные выводы

1. Улучшение качества очистки природной воды поверхностных источников Волжского бассейна в условиях низких значений температур, рН и щелочности при сравнительно небольших эксплуатационных затратах может быть достигнуто совместным использованием коагулянтов на основе ПОХА и СА при одновременном применении наиболее экономичных и перспективных без-реагентных методов интенсификации процессов коагуляции, к числу которых относятся концентрированное коагулирование и аэрация. Данные методы могут быть использованы также в целях сокращения доз СА при его самостоятельном применении для очистки воды поверхностного источника.

2. Получены уравнения, показывающие характер зависимости дозы коагулянта, введенного в смеситель при одновременной аэрации воды, от концентрации и среднего размера частиц гетерофазных примесей, а также газонасыщения полученной водовоздушиой смеси и градиента скорости перемешивания. Предложен и теоретически обоснован реагентосберегающий способ высокоградиентного перемешивания воды с коагулянтами и сжатым воздухом при концентрированном коагулировании.

3. Экспериментально установлено, что применение концентрированного коагулирования с высокоградиентным ступенчатым перемешиванием является

более предпочтительным по эффективности последующей очистки воды по сравнению с аналогичным способом, использующим низкоградиентное коагулирование со значением градиента скорости в порядка 120 с"1.

Использование сжатого воздуха при высокоградиентном концентрированном коагулировании позволяет повысить эффективность последующей очистки воды поверхностного источника, причем наиболее значимое снижение мутности, цветности и ПО в процессе водоочистки имеет место при относительном объемном воздухонасыщении вспомогательного потока воды в пределах от 0,08 до 0,12, а также перемешивании данного объема с коагулянтами в две ступени с градиентами скорости 01=3,2-104 с"1 и 02=1,0104 с'1.

4. Применение концентрированного коагулирования с рекомендуемыми параметрами воздухонасыщения и перемешивания вспомогательного потока воды позволяет снизить дозы СА в летний и осенне-зимний периоды по сравнению с традиционным методом коагуляционной обработки всего объема очищаемой воды на 25-30%. В период паводка наиболее значимое снижение весовых расходов реагентов (до 30%) достигается совместным использованием СА и ПОХА «АКВА-АУРАТ™ 30», при этом соотношения расходов СА и ПОХА должны быть в пределах 6:1-7:1.

5. Рекомендуемые значения относительного объема (расхода) воды Пу, обработанной коагулянтами с применением предлагаемого способа коагулирования в летний и осенне-зимний периоды с использованием СА находятся в пределах 3%. В период паводка с использованием СА и ПОХА оптимальное значение Пу составляет порядка 5%, с использованием только СА - 7%.

Получены аналитические зависимости для расчета доз алюмосодержа-щих реагентов при обработке воды высокоградиентным концентрированным коагулированием с использованием сжатого воздуха в различные периоды года.

6. Предложенная технология концентрированного коагулирования воды с алюмосодержащими реагентами и воздухом прошла производственные испытания на ВОС пл. «Подгорная» г. Пензы производительностью 30 тыс. м'/сут. Внедрение новой технологии позволило сократить дозы СА в осеннее-зимний и летний периоды на 30% по сравнению с традиционным методом обработки всего объема воды. Добавление реагента ПОХА «АКВА-АУРАТ™ 30» с дозами 4,0-8,0 мг/л в период паводка с применением предложенного способа интенсификации процесса коагуляции привело к экономии весового расхода коагулянта СА на 40%, а также к снижению остаточной концентрации алюминия в очищенной воде в 1,4 раза.

7. Расчетный годовой экономический эффект от внедрения новой технологии составил более 350 тыс. руб. (в ценах 2010 года). Разработаны рекомен-

дации к расчету основных устройств и оборудования, входящих в состав предложенной технологической схемы высокоградиентпого концентрированного коагулирования с использованием алюмосодержащих реагентов.

Основные положения и результаты диссертационной работы изложены в следующих публикациях :

1. Сафронов М.А. Новый регентосберегагощий способ пневматического перемешивания воды с коагулянтами на водопроводных очистных сооружениях [Текст] / Б.М. Гришин, СТО. Андреев, П.В. Пивоваров, A.B. Крымкии, М.А. Сафронов// Проблемы энергосбережения и экологии в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах: сб. трудов IX Ме-ждунар. науч.-практ. конф. - Пенза: ПГУАС, 2008 г. - с. 88-90.

2. Сафронов М.А. Интенсификация процессов реагептной очистки природных вод [Текст] / Б.М. Гришин, П.В. Пивоваров, Бикупова М.В., Е.А. Савицкий, М.А. Сафронов // Здоровье нации - основа процветания России: материалы науч.-практ. конгрессов IV Всероссийского форума - Москва: 2008 г. - с. 35- 36.

3. Сафронов М.А. Интенсификация процессов очистки природных вод с применением новых алюмосодержащих коагулянтов [Текст] / М.А. Сафролов, A.B. Крымкнн, Б.М. Гришин// Студенческая наука - интеллектуальный потенциал XXI века: сб.докладов студенческой науч.-техн. конф. - Пенза: ПГУАС, 2008 г. - с. 232-234.

4. Сафронов М.А. Выбор рациональных режимов коагулирования природной воды [Текст] / М.А. Сафронов// Тезисы докладов Республиканской 61 науч. конф. по проблемам архитектуры и строительства. - Казань, КазГАСУ, 2009 г. - с. 200 - 20].

5. Сафронов М.А. Перспективные технологии интенсификации коагуляционной очистки природных вод [Текст] / Б.М. Гришин, П.В. Писовароч, М.А. Сафронов, A.A. Дыров // Проблемы энергосбережения и экологии в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах: сб. статей X Междунар. науч.-практ. конф. - Пенза: ПГУАС, 2009 г. - с. 229-231.

6. Сафронов М.А. Экспериментальные исследования коагулирующей способности минеральных реагентов, применяемых при водоподготовке [Текст] /Б.М. Гришин, М.В. Би-кунова, М.А. Сафронов, П.В. Пивоваров, Е.А. Савицкий// Здоровье нации - основа процветания России: материалы науч.-практ. конгрессов V Всероссийского форума - Москва: 2009 г.-с. 15-17.

7. Сафронов М.А. Очистка сурской воды алюмосодержащими коагулянтами [Текст] / Б.М. Гришин, М.В. Бикупова, Е.А. Титов, В.В. Голубев, М.А. Сафронов //Проблемы энергосбережения и экологии в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах: сб. статей XI Междунар. науч.-практ. конф. - Пенза: ПГУАС, 2010 г. - с. 76-78.

8. Сафронов М.А. Сравнительные лабораторные испытания эффективности действия различных коагулянтов [Текст] / Б.М. Гришин, М.В. Бикупова, М.А. Сафронов, П.В. Пивоваров, Е.А. Савицкий, С.II. Хазов//Проблемы энергосбережения и экологии в промышленном и жнлнщно-коммуналыюм комплексах: сб. статей XI Междунар. науч.-практ. конф. - Пенза: ПГУАС, 2010 г. -с. 86-89.

9. Сафронов М.А. Сравнительные лабораторные испытания эффективности действия минеральных коагулянтов на сурской воде [Текст] / A.A. Дыров, М.А. Сафронов, Б.М. Гришин// Новые достижения но приоритетным направлениям науки и техники: сб. докладов Междунар. пауч.-техн. конф. молодых ученых н исследователей. - Пенза: ПГУАС, 2010 г. -с. 324-325.

10. Сафропов МЛ. Исследование реагеитосберегающего способа коагуляиионн очистки воды поверхностного источника |Текст| / 1>.М. Гришин, М.В. Бнкунова, Е.. Титов, В.В.Голубев, М.А. Сафропов // Известия вузов. Строительство. - Новосибирск 2010,-№6-с. 48-56.

11. Сафропов М.А. Экспериментальные исследования очистки воды Сурско водохранилища с использованием алюмосодержащпх коагулянтов [Текст] / П.М. Гр шин, М.В. 1>нкунова, Е.А. Титов, В.В. Голубев, М.А. Сафропов II Водоочистка.- М. 2010.-№7,-с. 23-30.

12. Сафропов М.А. Основные направления повышения эффективности коагуляцио пой обработки поверхностных природных вод [Текст] Б.М. Гришин, М.В. Бнкунова, П. Пивоваров. М.А. Сафропов, А.А. Дыров, С.В. Максимова // Сборник докладов Всероса ской научно-технической конференции «Вода: проблемы и решения». - Тюме! ТЮМГАСУ, 2010 г. - с. 45 - 47.

* Примечание/Жирным шрифтом выделены работы в изданиях, рскомепдовп пых ВАК.

Повышение эффективности реагентной обработки поверхностных природных вод алю.мосодержашимн коагулянтами

Сафропов Максим Александрович

05.23.04 - Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов

Автореферат

Подписано к печати_ Формат 60x84 1/16__

Бумага офсетная №2. Печать офсетная. Объем 1 усл. печ. л. Тираж экз. Заказ № Бесплатно.

Издательство Пензенского государственного университета архитектуры и строительства Отпечатано в цехе оперативной полиграфии ПГУАС 440028, г.Пенза, ул.Г.Титова, 28.

ВВЕДЕНИЕ.

1. ПРИМЕСИ ПРИРОДНЫХ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД, ИХ ВЛИЯНИЕ НА ВЫБОР МЕТОДА ВОДОПОДГОТОВКИ. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ КОАГУЛЯНТОВ ПРИ ОЧИСТКЕ ВОД ПОВЕРХНОСТНЫХ ИСТОЧНИКОВ ВОЛЖСКОГО БАССЕЙ

1.1 Классификация примесей воды. Современные методы и процессы обработки воды.

1.2 Современные минеральные коагулянты. Их свойства и область применения.

1.3 Оценка эффективности использования алюмо- и железосодержащих коагулянтов для очистки поверхностных вод Волжского бассейна.

1.4 Методы интенсификации процесса коагуляции.

1.4.1 Реагентные методы интенсификации коагуляции.

1.4.2 Безреагентные методы интенсификации коагуляции.

Выводы.

Цель и задачи исследований.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ КОАГУЛЯЦИИ И ОБОСНОВАНИЕ ПРИНЯТЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ СОКРАЩЕНИЕ РАСХОДОВ АЛЮМОСОДЕРЖАЩИХ КОАГУЛЯНТОВ.

2.1 Современная физико-химическая теория коагулирования гетерофазных примесей воды.

2.2 Теоретический анализ влияния аэрации воды на процессы коагуляции.

2.3 Теоретические исследования влияния интенсивности перемешивания на коагуляционные процессы и обоснование для применения предлагаемой реагентосберегающей технологии коагуляционной обработки воды.

Выводы.

3. ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ АЛЮМОСОДЕРЖАЩИХ РЕАГЕНТОВ С ВОДОЙ ПРИ КОНЦЕНТРИРОВАННОМ КОАГУЛИРОВАНИИ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОЧИСТКИ.

3.1 Объект исследований, программа и методика проведения лабораторных испытаний.

3.1.1 Объект исследования и описание лабораторной установки.

3.1.2 Программа и методика проведения лабораторных исследований.

3.1.3 Методика проведения химических анализов.

3.2 Результаты экспериментальных исследований влияния интенсивности перемешивания коагулянтов СА и ПОХА с водой при концентрированном коагулировании без добавления воздуха на эффективность водоочистки.

Выводы.

4. ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КОНЦЕНТРИРОВАННОГО КОАГУЛИРОВАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВЫСОКОГРАДИЕНТНОГО ПЕРЕМЕШИВАНИЯ АЛЮМОСОДЕРЖАЩИХ РЕАГЕНТОВ С ВОДОВОЗДУШНОЙ СМЕСЬЮ.

4.1 Программа и методика проведения лабораторных исследований.

4.2 Результаты экспериментальных исследований влияния перемешивания вспомогательного объема воды с коагулянтами и воздухом на эффективность водоочистки.

4.3 Оценка достоверности полученных экспериментальных данных. Разработка математических зависимостей для определения доз коагулянтов при обработке сурской воды способом концентрированного коагулирования с высокоградиентным перемешиванием водовоздушной смеси.

Выводы.

5. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ КОНЦЕНТРИРОВАННОГО КОАГУЛИРОВАНИЯ С ВЫСОКОГРАДИЕНТНЫМ ПЕРЕМЕШИВАНИЕМ ВОДОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕЁ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ. РЕКОМЕНДАЦИИ К РАСЧЕТУ ОСНОВНЫХ УСТРОЙСТВ И ОБОРУДОВАНИЯ.

5.1 Производственные испытания предлагаемой технологии и оценка её экономической эффективности.

5.2 Расчет экономической эффективности от внедрения предлагаемого способа концентрированного коагулирования воды.

5.3 Рекомендации к расчету основных устройств и оборудования, входящих в состав технологической схемы.

5.3.1 Повысительные насосы.

5.3.2 Вихревой смеситель.

5.3.3 Распределительные линии и дроссельные устройства.

ВЫВОДЫ.

В настоящее время более двенадцати тысяч городов и населенных пунктов РФ имеют централизованные системы коммунального водоснабжения общей мощностью более 50 млн. м /сут. Источниками водоснабжения, в основном, являются поверхностные воды, доля которых в общем объеме водозабора составляет 68 %, при этом около 30 % воды, забираемой из рек и водохранилищ, подвергается реагентной обработке в целях её очистки от различных примесей.

Для удаления из воды грубодисперсных и коллоидных минеральных примесей, а также значительной части органических и микробиологических загрязнений используются коагулянты. Наиболее распространенным коагулянтом, применяемым на водоочистных станциях (ВОС) населенных пунктов, расположенных в бассейне р. Волги, является сернокислый алюминий (СА), обеспечивающий достаточно стабильные показатели очищенной воды при невысоких эксплуатационных затратах. Однако, данный реагент имеет ряд недостатков, в частности, наблюдается его повышенная чувствительность к колебаниям рН воды, резкое снижение скорости процессов хлопьеобразования при низких'температурах в водоисточнике, повышенные концентрации остаточного алюминия в очищенной воде во время паводка.

С 90-х годов 20 века на российском рынке получили распространение новые коагулянты - полиоксихлориды алюминия (ПОХА), обладающие определенными преимуществами по сравнению с СА — более широкой областью применения в интервале рН, возможностью использования при низких температурах воды, меньшими дозами при обработке и, соответственно, меньшими остаточными концентрациями алюминия в очищенной воде. С другой стороны, широкое применение ПОХА на водоочистных станциях сдерживается их весьма высокой стоимостью (в 4-6 раз выше, чем СА).

Совместное применение в практике водоподготовки коагулянтов СА и ПОХА при условии нахождения их оптимальных соотношений, режимов ввода и перемешивания с обрабатываемой водой позволяет в наибольшей степени использовать преимущества каждого реагента при одновременном обеспечении технико-экономической эффективности процесса очистки. Важной задачей при совместном использовании алюмосодержащих коагулянтов является снижение их доз в процессе обработки воды, которое может быть достигнуто применением различных методов интенсификации коагуляции. К числу наиболее перспективных относятся безреагентные методы концентрированного коагулирования и аэрации, не требующие, как правило, больших эксплуатационных затрат и сложного оборудования.

Таким образом, разработка новой реагентосберегающей технологии очистки воды поверхностных источников с комплексным использованием коагулянтов ПОХА и СА и применением эффективных методов интенсификации процессов коагуляции является актуальной задачей, решение которой позволит сократить эксплуатационные затраты на водоподготовку при обеспечении высоких качественных показателей очищенной воды.

Данная диссертация выполнялась в рамках «Программы социально-экономического развития Пензенской области на 2002-2010 гг.», в которой важное место отведено совершенствованию работы водопроводных очистных сооружений централизованных систем водоснабжения.

Целью диссертации является разработка и исследование реагентосберегающей технологии очистки природных поверхностных вод алюмосодер-жащими коагулянтами с применением безреагентных методов интенсификации процессов коагуляции.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- теоретически и экспериментально обосновано применение нового способа ступенчатого высокоградиентного перемешивания воды с алюмосодер-жащими коагулянтами и воздухом для интенсификации процесса концентрированного коагулирования природной воды;

- определено влияние технологических характеристик предложенного способа обработки воды (относительного объема вспомогательного потока, степени воздухонасыщения воды, весового соотношения коагулянтов ПОХА и СА, режимов их перемешивания с водовоздушной смесью) на эффективность последующей очистки природной воды и выбор оптимальных доз данных реагентов при их совместном или самостоятельном использовании;

- получены аналитические зависимости для определения доз алюмосо-держащих реагентов при обработке природной воды с применением предложенного способа интенсификации процесса коагуляции в различные периоды года.

Практическая значимость.

Предложена и апробирована в промышленных условиях новая реаген-тосберегающая технология обработки сурской воды с применением алюмосо-держащих коагулянтов, обеспечивающая высокое качество водоподготовки при существенном снижении эксплуатационных затрат. Разработаны рекомендации к расчету устройств и оборудования, входящих в состав технологической схемы очистки воды с использованием реагентов ПОХА и СА.

Практическая реализация.

Предложенная технология концентрированного коагулирования с высокоградиентным перемешиванием воды с алюмосодержащими коагулянтами и воздухом внедрена на блоке водопроводных очистных сооружений пл. «Подгорная» г. Пензы производительностью 30 тыс. м /сут. Годовой экономический эффект от внедрения составил более 350 тыс. руб. в ценах 2010 года.

Апробация работы и публикации.

По материалам диссертации опубликованы 12 работ, в том числе две статьи в журналах, рекомендованных ВАК. Получено положительное решение по заявке на патент № 2010106679/20 (009395) от 24.02.10 «Смеситель». Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 8 региональных, всероссийских и международных конференциях в г. Москве, Пензе, Казани и Тюмени в 2008-2010 г.