7576
.pdfМИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
А.Л. Васильев, Э.А. Кюберис, Е.В. Воробьева, О.В. Кащенко, М.О. Жакевич, С.В. Кулемина
ОЧИСТКА ПРИРОДНЫХ ВОД. РЕАГЕНТНОЕ ХОЗЯЙСТВО ВОДОПРОВОДНЫХ СТАНЦИЙ.
ПОРЯДОК РАСЧЕТОВ
Учебно-методическое пособие по выполнению курсового проекта
для обучающихся по дисциплине «Очистка природных вод» направлению подготовки 08.03.01 Строительство, направленность (профиль) Водоснабжение и водоотведение
Нижний Новгород
2022
2
МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
А.Л. Васильев, Э.А. Кюберис, Е.В. Воробьева, О.В. Кащенко, М.О. Жакевич, С.В. Кулемина
ОЧИСТКА ПРИРОДНЫХ ВОД. РЕАГЕНТНОЕ ХОЗЯЙСТВО ВОДОПРОВОДНЫХ СТАНЦИЙ.
ПОРЯДОК РАСЧЕТОВ
Учебно-методическое пособие по выполнению курсового проекта
для обучающихся по дисциплине «Очистка природных вод» направлению подготовки 08.03.01 Строительство, направленность (профиль) Водоснабжение и водоотведение
Нижний Новгород ННГАСУ
2022
3
УДК 628.16
Васильев А.Л. / Очистка природных вод. Реагентное хозяйство водопроводных станций. Порядок расчетов: учебно-методическое пособие / А.Л. Васильев, Э.А. Кюберис, Е.В. Воробьева, О.В. Кащенко, М.О. Жакевич, С.В. Кулемина; Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет. – Нижний Новгород: ННГАСУ, 2022. – 70 с. – Текст: электронный.
В учебно-методическом пособии излагаются сведения о применении реагентов в технологиях очистки природных вод для питьевых целей. Приводятся основные сведения о реагентах, методики и примеры расчета реагентного хозяйства.
Предназначено для обучающихся в ННГАСУ для выполнения курсового проекта по дисциплине «Очистка природных вод» направлению подготовки 08.03.01 Строительство, направленность (профиль) Водоснабжение и водоотведение.
© А.Л. Васильев, Э.А. Кюберис, Е.В. Воробьева, О.В. Кащенко
М.О. Жакевич, С.В. Кулемина, 2022 © ННГАСУ, 2022
4
СОДЕРЖАНИЕ
1.РЕАГЕНТНЫЕ СПОСОБЫ ОЧИСТКИ ВОДЫ…………………………….5
2.НАЗНАЧЕНИЕ И ВИДЫ ПРИМЕНЯЕМЫХ РЕАГЕНТОВ………………8
2.1.Коагулянты………………………………………………………………….8
2.2.Флокулянты .........................................................…………………………16
2.3.Подщелачивающие реагенты……………………………...……………..21
2.4.Реагенты для удаления привкусов и запахов ...…………………………22
2.5.Реагенты для фторирования воды ..................... |
…………………………23 |
3.РАСЧЕТ РЕАГЕНТНОГО ХОЗЯЙСТВА ............ |
…………………………24 |
3.1.Дозы реагентов для обесцвечивания и осветления воды……………….24
3.2.Сухой способ хранения реагентов............ …………………….................25
3.2.1.Расчет площади склада………………………………………………………....25
3.2.2.Расчет растворных и расходных баков.......... …………………………26
3.3.Расчет сооружений для мокрого хранения коагулянта………………….30 3.4.Дозирование реагентов…………………………………………….……...34
3.5. Отделение извести…………………………………………………………37
3.6.Отделение полиакриламида (ПАА)……………………………………...44 3.7.Отделение активной кремнекислоты(АК)……………………………….47 3.7.Отделение активированного угля………………………………………..49 3.8.Отделение соды, перманганата калия и тиосульфата натрия………….51 4. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ………...…………………………………………....52
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………….67
5
1. РЕАГЕНТНЫЕ СПОСОБЫ ОЧИСТКИ ВОДЫ
Очистка воды обычно представляет собой комбинацию нескольких про-
цессов: физических, химических, биологических и других. Они обеспечивают вначале удаление всех взвешенных веществ, затем коллоидных и некоторых растворенных неорганических и органических примесей, полного обеззара-
живания. Отдельные характеристики воды иногда нуждаются в корректировке.
В зависимости от объективных условий могут быть применены различные вари-
анты обработки воды.
В мировой и отечественной практике наблюдается разнообразие техноло-
гических приемов водоподготовки, вызванное, прежде всего качеством воды в источнике, требованием потребителя к качеству воды, экономическими факто-
рами, количеством очищаемой воды и некоторыми другими.
Одним из важных приемов очистки является применение коагулянтов и флокулянтов. В таблице 1 приведены основные технологии, в которых исполь-
зуют реагенты в разы ускоряя процесс водоподготовки [1].
Наибольшая степень загрязнения воды обусловлена присутствием в ней различных нерастворимых примесей. Эти примеси должны быть удалены из воды. Для удаления нерастворимых примесей могут быть применены раз-
личные методы, основанные на двух различных принципах:
а)непосредственное использование гравитационных сил, путем прямой седиментации:
б)процеживание или фильтрование.
Однако в естественных условиях процесс осаждения частиц различных материалов и организмов может быть чрезмерно затянувшимся.
6
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Основные сооружения |
|
Условия применения |
|
|
Произво- |
||
|
|
|
дите- |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Мутность, |
мг/л |
Цветность, ° |
|
|
льность |
|
|
исходная |
очищен- |
исходная |
|
очищен- |
|
станции, |
|
вода |
ная вода |
вода |
|
ная вода |
|
м3/сут |
Обработка воды с применением коагулянтов и флокулянтов |
|
|
|||||
1 Скорые фильтры (одно- |
|
|
|
|
|
|
|
ступенчатое фильтрование): |
|
|
|
|
|
|
|
а) напорные |
До 30 |
До 1,5 |
До 50 |
|
До 20 |
|
До 5000 |
б) открытые |
До 20 |
До 1,5 |
До 50 |
|
До 20 |
|
До 50000 |
2 Вертикальные отстойники |
До 1500 |
До 1,5 |
До 120 |
|
До 20 |
|
До 5000 |
- скорые фильтры |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
3 Горизонтальные отстойни- |
До 1500 |
До 1,5 |
До 120 |
|
До 20 |
|
Св. 30000 |
ки - скорые фильтры |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
4 Контактные префильтры - |
До 300 |
До 1,5 |
До 120 |
|
До 20 |
|
Любая |
скорые фильтры (двухсту- |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
пенчатое фильтрование) |
|
|
|
|
|
|
|
5 Осветлители со взвешен- |
Не менее |
До 1,5 |
До 120 |
|
До 20 |
|
Св. 5000 |
ным осадком - скорые филь- |
|
|
|||||
50 до 1500 |
|
|
|
|
|
|
|
тры |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 Две ступени отстойников - |
Более |
До 1,5 |
До 120 |
|
До 20 |
|
Любая |
скорые фильтры |
1500 |
|
|
|
|
|
|
7 Контактные осветлители |
До 70 |
До 1,5 |
До 70 |
|
До 20 |
|
Любая |
8 Горизонтальные отстойни- |
До 1500 |
8-15 |
До 120 |
|
До 40 |
|
Любая |
ки и осветлители со взве- |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
шенным осадком для ча- |
|
|
|
|
|
|
|
стичного осветления воды |
|
|
|
|
|
|
|
9 Крупнозернистые фильтры |
До 80 |
До 10 |
До 120 |
|
До 30 |
|
Любая |
для частичного осветления |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
воды |
|
|
|
|
|
|
|
10 Радиальные отстойники |
Св. 1500 |
До 250 |
До 120 |
|
До 20 |
|
Любая |
для предварительного освет- |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ления высокомутных вод |
|
|
|
|
|
|
|
11 Трубчатый отстойник и |
До 1000 |
До 1,5 |
До 120 |
|
До 20 |
|
До 800 |
напорный фильтр заводского |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
изготовления |
|
|
|
|
|
|
|
12 Крупнозернистые филь- |
До 150 |
30-50% |
До 120 |
|
Такая же, |
|
Любая |
тры для частичного осветле- |
|
исходной |
|
|
как ис- |
|
|
ния воды |
|
|
|
|
ходная |
|
|
13 Радиальные отстойники |
Более |
30-50% |
До 120 |
|
То же |
|
" |
для частичного осветления |
|
|
|||||
1500 |
исходной |
|
|
|
|
|
|
воды |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
7
В табл.2 приводится время осаждения частиц различной природы и круп-
ности.
Характеристика осаждения некоторых частиц
|
|
|
Таблица 2 |
Диаметр частиц, |
Название частиц |
Скорость оса- |
Время осаждения частиц |
мм |
|
ждения, мм/с |
на глубину 1 м |
1 |
Крупный песок |
100 |
10 с |
0,1 |
Мелкий песок |
8 |
2 мин |
0,01 |
Ил |
0,154 |
2 час |
0,001 |
Глина, бактерия |
0,00154 |
7-8 сут |
0,0001 |
Мелкая глина |
0,0000154 |
2 года |
0,00001 |
Коллоидная частица |
0,00000015 |
200 лет |
Из таблицы видно, что естественная скорость осаждения коллоидных ча-
стиц очень мала, хотя, в то же время именно эта взвесь составляет большую часть примесей и обуславливает мутность воды. Требуется изменить условия осаждения таким образом, чтобы частицы могли коалисцировать между собой с образованием больших агломератов, которые легко удалить. Однако коалис-
ценция не проходит самостоятельно, т.к. коллоидные соединения характери-
зуются наличием сил, поддерживающих взвесь в диспергированном состоя-
нии. Это состояние характеризуется стабильностью, которая может объяс-
няться или сольватацией, или защитным действием определенных адсорбиро-
ванных веществ, или действием электростатических сил, отталкивающих части-
цы друг от друга. В природных водах коллоиды всегда имеют отрицательный заряд. Чтобы осуществить их осаждение с достаточной скоростью, необхо-
димо вызвать агломерацию коллоидных примесей с образованием относительно крупных частиц. Такое изменение суспензии может быть результатом двух про-
цессов:
1.Дестабилизации, которая достигается обычно добавлением химиче-
ских реагентов, снимающих действие сил отталкивания;
2. Агломерации «нейтрализованных» коллоидов.
8
В практике обработки воды термин «коагуляция» принято относить к про-
цессам дестабилизации и термин «флокуляция» - к агломерации нейтральных коллоидов. Соответствующие реагенты известны как коагулянты и флокулян-
ты.
2. НАЗНАЧЕНИЕ И ВИДЫ ПРИМЕНЯЕМЫХ РЕАГЕНТОВ
2.1. Коагулянты
Коагуляция (от латинского coagulation - свертывание, сгущение) объ-
единение частиц дисперсной фазы в агрегаты при соударениях. Соударения проис-
ходят в результате броуновского движения частиц, а также седиментации, переме-
щения частиц в электрическом поле (электрокоагуляция), механического воздей-
ствия на систему (перемешивания, вибрации). Характерные признаки коагуляции -
увеличение мутности (интенсивности рассеиваемого света), появление хлопье-
видных образований - флокул (отсюда термин флокуляция), расслоение исходно устойчивой к седиментации системы с выделением дисперсной фазы в виде коагулята (осадка). При высоком содержании частиц дисперсной фазы коагуляция может приводить к отверждению всего объема системы вследствие образования пространственной сетки коагуляционной структуры. В относительно грубо-
дисперсных системах (суспензиях) при отсутствии броуновского движения пер-
вичных частиц о коагуляции можно судить по изменению седиментации от осе-
дания независимых первичных частиц с постепенным накоплением осадка (бес-
структурная седиментация) к оседанию агрегатов сплошным слоем; при достаточ-
но высокой концентрации частиц в системе такой слой образует четкую границу
(структурная седиментация). Кроме того, коагуляция приводит к увеличению ко-
нечного объема осадка.
Коагулянты - вещества, способные вызывать или ускорять коагуляцию.
Введение в систему коагулянтов широко используют для облегчения про-
цессов, связанных с необходимостью отделения вещества дисперсной фазы от дисперсионной среды.
Использование неорганических коагулянтов известно с конца XIX века.
Были установлены законы, управляющие действием коагуляции. Чем выше ва-
9
лентность, тем более эффективно коагулирующее действие. Этим объясняется причина применения трехвалентных солей железа и алюминия в любых очист-
ных системах с коагуляционной обработкой воды. Однако, эти коагулянты имеют ряд недостатков:
1.Гидролизуясь, вызывают нежелательные изменения физико-химических характеристик обрабатываемой воды.
2.Изменяют рН воды.
3.Изменяют удельную проводимость воды.
4.Использование больших доз коагулянта ведет к образованию избыточ-
ных количеств осадка и остаточных количеств воде алюминия, железа и др.
5.Не всегда образуется осадок, обладающий характеристиками, необходи-
мыми для его эффективного осаждения.
Иногда применяют коагулянты не только неорганические, но и органиче-
ские: альгинаты, крахмал, а также синтетические (полиэлектролиты). Наиболее часто у нас в стране в качестве коагулянтов используют соли железа и алюми-
ния. Коагулирующее действие этих веществ проходит вслед за растворением, но не приводит сразу к образованию гидроксидов, и, образуя, например, промежу-
точные соединения — гидроксиалюминиевые комплексы, обусловливает из-
менения, необходимые для нейтрализации коллоидов, а также полимеризацию,
т.е. образование мостиков между коллоидами, чем обеспечивается инициация процессов флокуляции.
На сегодняшний день на российском рынке предлагается множество реа-
гентов, применяемых в технологии очистки воды. Перечень некоторых из них представлен в таблице 3 [5].
Заслуживает внимания коагулянт ОХА «Бриллиант 50» производства Ишимбаевского специализированного химического завода катализаторов, Баш-
кирия.
Рассмотрим более подробно наиболее часто применяемые коагулянты.
|
|
|
10 |
|
|
Коагулянты, используемые в технологии очистки воды |
|
||
|
|
|
Таблица 3 |
|
Коагулянт |
Содержание |
Производитель |
|
|
|
|
Al2O3, |
|
|
|
|
% |
|
|
ПОХА PAX-PS |
30 |
Концерн «Kemira», Финляндия; поставщик |
||
|
|
|
ЗАО «Кемира Эко», г. Санкт-Петербург |
|
ПОХА «Аква-АуратТМ30» |
13 |
ОАО «Аурат», г. Москва |
|
|
Алюминия |
гидроксохлорид |
15 |
ОАО «Сорбент», г. Пермь |
|
марки Б |
|
|
|
|
Алюминия |
гидроксохлорид |
18,7 |
ОАО «Сорбент», г. Пермь |
|
марки А |
|
|
|
|
Алюминия |
гидроксохлор- |
15,2 |
ОАО «Сорбент», г. Пермь |
|
сульфат марки Б |
|
|
|
|
ПОХА PAС-АС-100 S |
30 |
Индия; поставщик ЗАО «Хим партнеры», |
||
|
|
|
г. Москва |
|
ПОХА POYPACS-30 LF |
30 |
Китай; поставщик ООО «Акватеп- |
||
|
|
|
Холдинг», г. Самара |
|
ПОХА PAX-18 |
17 |
Концерн «Kemira», Финляндия; поставщик |
||
|
|
|
ЗАО «Кемира Эко», г. Санкт-Петербург |
|
ПОХА «Аква-АуратТМ10» |
10 |
ОАО «Аурат», Москва |
|
|
ОХА «Бриллиант 50» |
48 |
Ишимбаевский специализированный |
хими- |
|
|
|
|
ческий завод катализаторов, Башкирия |
|
ОХА «Бриллиант 18» |
20 |
Ишимбаевский специализированный |
хими- |
|
|
|
|
ческий завод катализаторов, Башкирия |
|
ГОХА-А |
|
10 |
ООО «Алхим», Тольятти |
|
ПОХА (PАС-04) |
30 |
Китай; поставщик ООО «Метахим», г. |
||
|
|
|
Москва |
|
«Aquatics ПОХА» |
17 |
«Европейская химическая компания», г. |
||
|
|
|
Волгоград |
|
КМП-10 |
|
10 |
ООО «Синтезхим», г. Волжский |
|
КМП-20 |
|
20 |
ООО «Синтезхим», г. Волжский |
|
КМП-30 |
|
30 |
ООО «Синтезхим», г. Волжский |
|
КМП-40 |
|
40 |
ООО «Синтезхим», г. Волжский |
|
Сернокислый алюминий – Al2(SO4)3
Этот коагулянт наиболее часто применяется для осветления и обесцвечи-
вания воды. Сырьем для его получения служат глинозем Al2(SO4)3 18H2O, бок-
ситы, глины и серная кислота. Весь продукт поступает навалом в закрытых же-
лезнодорожных вагонах. Очищенный сернокислый алюминий (ГОСТ 12966-85).
Сначала его растворяют, отфильтровывают примеси, упаривают раствор до определенной концентрации, дают ему застыть в твердую массу. Выпускает-
ся 3 сорта: высший, 1 и 2. Качество продукта определяется следующими показа-
телями (см.табл.4).