Дослідження впливу модифікованого розчину коагулянту сульфату алюмінію на процес знебарвлення води у контактних прояснювачах

Душкін Станіслав Станіславович

докт. техн. наук, професор кафедри водопостачання, водовідведення і очищення вод

Шевченко Тамара Олександрівна

канд. техн. наук, доцент кафедри водопостачання, водовідведення і очищення вод

Харківський національний університет міського господарства імені О. М. Бекетова

ТЕХНІЧНІ НАУКИ (Гідротехніка)

 Дослідження впливу модифікованого розчину коагулянту сульфату алюмінію на процес знебарвлення води у контактних прояснювачах

Проблемами сьогодення є питання інтенсифікації процесів очистки питної води, вдосконалення технологій і розробки нових методів очищення питної води.

Впровадження ресурсозберігаючих технологій і споруд, які дозволяють інтенсифікувати процеси очищення води, є одним з варіантів вирішення проблем очистки природних вод. Одним з таким шляхів є очистка питної води на контактних прояснювачах [1].

Встановлено, що процес контактної коагуляції може бути інтенсифікований за рахунок підвищення гідравлічної крупності коагульованих домішок при обробці води модифікованим розчином коагулянту [2–4]. При цьому сітчаста структура гелю, що утворюється на поверхні завантаження, є більш структурованою, що дозволяє, в свою чергу, поліпшити технологічні параметри роботи контактних прояснювачів і в кінцевому підсумку – підвищити ефективність їх роботи. Контактні прояснювачі вельми ефективні при очищенні маломутних забарвлених вод незалежно від температури вихідної води.

Відомо, що контактна коагуляція завислих і колоїдних домішок води на зернах піску при русі води через зернисте завантаження фільтрів відбувається значно швидше, повніше, стабільніше при зміні фізико-хімічних умов коагуляції за сезонами року. І, нарешті, при менших дозах коагулянту, ніж звичайна коагуляція цих домішок у вільному об’ємі води в камерах утворення пластівців та у відстійниках [4].

Встановлено, що найважливішими факторами, які впливають на затримування зависі, є: висота і пористість завантаження контактного прояснювача; крупність зерен завантаження; тривалість фільтроциклу; швидкість фільтрації; концентрація зависі у воді; крупність частинок зависі.

При проектуванні та експлуатації контактних прояснювачів, особливо при необхідності покращення ефективності їх роботи, важливо правильно розрахувати не тільки площу фільтрації, допустиму швидкість фільтрації, але й визначити необхідну висоту шару і розмір зерен завантаження, визначити час, протягом якого контактні прояснювачі здатні видавати воду необхідної якості, і швидкість приросту втрат напору в фільтруючому завантаженні.

Ефективність застосування контактних прояснювачів для очищення питної води визначається, з одного боку, показниками якості води в джерелі водопостачання (мутністю, концентрацією завислих речовин, забарвленістю та ін.), а з іншого – влаштуванням завантаження. Експериментальні дослідження і теоретичні розрахунки [1, 4] показують, що влаштування завантаження впливає на ефект прояснення води, також на тривалість робочого циклу. Зменшенням розміру зерен або збільшенням висоти шару завантаження досягається підвищення ефекту прояснення і збільшення тривалості роботи контактних прояснювачів між промивками.

Важливою умовою ефективності роботи контактних прояснювачів є рівномірний розподіл забруднень за площею і глибиною фільтруючого завантаження, яке, в основному, залежить від рівномірності розподілу води, якості завантаження і технологічних параметрів матеріалів, що завантажуються. Чим рівномірніше розподіляються забруднення в товщі завантаження, тим менше можливості виникнення вакууму. Також необхідно періодично проводити промивку та очищення вхідних камер і розподільних систем.

В контактних прояснювачах основна маса забруднень накопичується в нижніх крупнозернистих шарах піску і дрібного гравію, тому при визначенні залишкових забруднень, причиною появи яких є наявність застійних зон в завантаженні при обтіканні зерен потоком промивної води та наявність капілярно утримуваної вологи, відбір проб завантаження в контактних прояснювачах необхідно провести не тільки з поверхні фільтруючого завантаження, але і за всією глибиною, особливо в нижніх шарах. Оптимальним завантаженням слід вважати таке завантаження, при якому втрати напору в нижніх шарах, будуть досягати граничного значення пізніше, ніж у верхніх шарах.

Контактні прояснювачі доцільно застосовувати в одноступеневих схемах очищення маломутних забарвлених вод, коли загальний вміст завислих речовин у воді, що надходить на контактні прояснювачі, включаючи завись, що утворюється в результаті введення у воду реагентів, не перевищує 150 мг/дм³. При більшому вмісті зависі у воді різко зростає витрата води на промивку контактних прояснювачів

Методика проведення досліджень описана в [1]. Вплив модифікованого розчину коагулянту сульфату алюмінію на знебарвлення маломутних забарвлених вод наведено на рисунку 1.

Дослідні дані свідчать про досить високу ефективність прояснення маломутних забарвлених вод модифікованим розчином коагулянту сульфату алюмінію. Так, при обробці води модифікованим розчином коагулянту забарвленість води знижувалась у межах 33,3–63,3%, тоді як під час використання звичайного розчину коагулянту забарвленість зменшилась тільки на 17,6–39,5%. При цьому вплив модифікованого розчину коагулянту значно

більше при забарвленості води понад 40 град, що має певне значення при очищенні високозабарвлених вод (наприклад, р. Дніпро).

Рис. 1. Вплив модифікованого розчину коагулянту сульфату алюмінію на знебарвлення маломутних забарвлених вод

Результати дослідів показали, що ефективність застосування модифікованих розчинів коагулянтів сульфату алюмінію зі збільшенням вмісту завислих речовин у вихідній воді підвищується і досягає максимальних значень 200–350 мг/дм³, далі спостерігається тенденція до зменшення ефективності. При цьому встановлено, що температура води не має істотного впливу на ефективність очищення води.

Список використаних джерел:

1. Шевченко Т. О. Контактні прояснювачі в процесах підготовки питної води/ С. С. Душкін, Г. І. Благодарна, С. С. Душкін, Т. О. Шевченко / Комунальне господарство міст. – Т. 1, № 161. – 2021. – С. 46-52. DOI 10.33042/2522-1809- 2021-1-161-46-52
2. Dushkin, S. Applying a modified aluminium sulfate solution in the processes of drinking water preparation / Dushkin, T. Shevchenko // Eastearn European

Journal of Enterprise Technologies. – 4 (10-106), (2020). – pp. 26-36. https://doi.org/10.3103/S1068364X19100041.

3. Рафф, П.А. Технология контактного осветления воды в условиях Волжского водозабора г. Казани / П.А. Рафф, А.В. Селюков, И.С. Байкова // Научно-технический и производственный журнал «Водоснабжение и санитарная техника», вып. – 2011. – С. 25–34.
4. Повышение эффективности работы сооружений при очистке питьевой воды:  монография/    С.М.    Эпоян,    Г.И.    Благодарная,    С.С.    Душкин, В.А. Сташук; Харьк. нац. акад. гор. хоз–ва. – Х.: ХНАГХ, – 190 с.