Повышение эффективности реагентной обработки поверхностных природных вод алюмосодержащими коагулянтами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.04, кандидат технических наук Сафронов, Максим Александрович

• Сафронов, Максим Александрович
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Сафронов, Максим Александрович

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.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности реагентной обработки поверхностных природных вод алюмосодержащими коагулянтами»

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.