Файл: Карюхина Т.А. Химия воды и микробиология учебник.pdf

ходимым условием является обеспечение в обрабатыва­ емой воде остаточного хлора (непрореагировавшего) до 0,5 мг/л (в среднем 0,1—0,3 мг/л). Чем более загрязне­ на вода, тем выше требуемая доза хлора. В практике эксплуатации бывают случаи, когда расход хлора напредварительное хлорирование повышают до 7—8 мг/л.

Снижение цветности вследствие предварительного хлорирования может достигать 30—50%, а обеззаражи­ вание (по содержанию бактерий Coli) —90—99%-

При повышении интенсивности запаха и появлении новых его оттенков предварительное хлорирование до­ полняется углеванием. В отдельных случаях углевание, как и предварительное, хлорирование, проводят кругло­ годично.

Углевание производят пульпой активированного уг­ ля, которую вводят в смеситель, в ковш или в каналы, подводящие воду к станции. Доза активированного уг­ ля зависит от интенсивности запаха; обычно она нахо­ дится в пределах 1—10 мг/л. Правилами технической эксплуатации допустимая доза активированного угля определена в 20 мг/л, если пульпа вводится до отстой­ ников, и в 5 мг/л при введении после отстойников. При­ менение углевания позволяет получать воду, удовлетво- • ряющую требованиям ГОСТа по показателю «запах».

Контроль технологического процесса предваритель­ ной обработки воды складывается из определения и поддержания необходимых доз хлора и угля и регистра­ ции качества воды после обработки этими реагентами. Качество предварительно обработанной воды оцени­ вается теми же .показателями, что и качество исходной воды источника.

§ 49. Коагулирование

Одним из наиболее широко применяемых ме­ тодов снижения количества взвеси является седимента­ ция под действием сил тяжести частиц. Поскольку ча­ стицы взвеси, обусловливающие мутность природных вод, отличаются малыми размерами, их осаждение про­ исходит крайне медленно; кроме того, наличие приме­ сей коллоидного характера еще более осложняет про­ цесс седиментации.

Для интенсификации процесса осаждения и повы­ шения его эффективности применяется обработка воды

95

лиакрйламид и другие вещества. Если исходная вода имеет низкую щелочность, то коагуляция затрудняется.

подщелачивания воды. Коагуляция в среде с повышен­ ной щелочностью происходит более эффективно.

Вода после обработки коагулянтами освобождается от взвеси, части гумусовых веществ, обусловливающих цветность, значительной части бактериальных загрязне­ ний (вследствие их сорбции) и более крупных планктон­ ных организмов.

Действие коагулянта в воде может быть сведено к трем основным процессам: собственно коагуляции, флокуляции и соосаждению, сорбции.

Большинство коллоидных частиц природных вод име­ ют на грануле отрицательный заряд. Его нейтрализация, разрушение диффузионного слоя и гидратной оболочки достигаются введением электролита и золей с противопо­ ложным зарядом частиц. В роли электролитов исполь­ зуют соли алюминия и железа.

Поскольку природные воды имеют запас щелочности, то введенный катион алюминия вступает во взаимодей­ ствие с карбонат- и гидрокарбонат-ионами с образовани­ ем малорастворимой (при р Н < 1 0 , 2 ) гидроокиси алюми­ ния:

Т

A l 3 + + 3HCO;f -> А1(ОН)3 + ЗС02 ;

2 А 1 3 + Ч - З С О | - + З Н 2 0 -=> 2А1(ОН)3 + З С 0 2 .

Если в качестве коагулянта используется железный купорос FeSC>4, то в результате нейтрализации образует­ ся гидроокись закиси железа Fe(OH)2 , которая в при­ сутствии растворенного кислорода в воде (при р Н > >6,8) очень быстро переходит в гидроокись трехвалент­ ного железа:

Fe2 + + 2НСО3- -» Fe(OH)2 + 2С0 2 ;

96

F e 2 + + O0f~ + FrO -> Fe(OH)2 + CO~2;

2Fe(OH), + 0 2 -> 2Fe(OH)3 ,

v

Гидроокиси алюминия и железа образуют в воде зо­ ли с положительным зарядом на грануле. Эти коллоид­ ные частицы усиливают общее коагулирующее действие введенных солей.

.Таким образом, собственно коагуляция складывает­ ся из действия электролита и золя образующейся гидро­ окиси. Коагулирующее действие золя оказывается пре­ обладающим, поскольку коагуляция только за счет электролита в воде с малой щелочностью практически ' не происходит. Вот почему при недостатке запаса щелоч­ ности в воде ее создают искусственно введением щелоч­ ного агента, чаще всего извести. Вводимая известь кро­ ме прямого назначения, являясь электролитом, проявля­ ет коагулирующее действие, а нерастворимая часть из­ вести (в товарной извести ее содержание доходит до 70%) действует как механический сорбент.

Гидроокиси железа и алюминия в воде почти нерас­ творимы. Хлопья частиц гидроокиси осаждаются на дно сооружения и увлекают с собой нерастворенные частицы взвеси (ила, клеток планктона, крупных организмов, ос­ татков растений и т.д.). Это явление носит название флокуляции (укрупнения частиц при их столкновении) и соосаждения.

терии, гуминовые вещества и некоторые растворенные соединения, например ионы тяжелых металлов. Указан­ ные механизмы действия коагулянта осуществляются одновременно, и при изучении этого явления их рассмат­ ривают всегда в комплексе.

Доза коагулянта устанавливается на основе данных пробного коагулирования. Ориентировочно при проекти­ ровании дозу сернокислого алюминия определяют по табл.4. Этой таблицей пользуются в том случае, если предполагается обрабатывать высокомутную воду с ко­ личеством взвешенных веществ не менее 100 мг[л. Для маломутных, но высокоцветных вод при определении до-

Т а б л и ц а 4

гдеД к — максимальная доза безводного сернокислого

При отрицательной величине Д щ подщелачивание не требуется.

Процессы коагуляции могут быть интенсифицирова­ ны путем добавления к основному коагулирующему агенту специальных веществ, названных флокулянт.ами. Флокулянты могут быть как неорганическими (активи­ рованная кремниевая кислота), так и органическими

98

[полиакриламид (ПАА), альгинат натрия, щелочной крахмал, карбоксиметилцеллюлоза, катиониты К-4, К-6, ВА-2 и др.]. Наибольшее распространение получили ак­ тивированная кремниевая кислота и ПАА.

Кремниевая кислота дает отрицательно заряженный золь (по типу золя, показанного на рис. 3), введение которого ускоряет коагуляцию золя гидроокиси алюми­ ния. Возникновение центров коагуляции, т. е. первых хлопьев осадка, обусловливает быстрое хлопьеобразование во всем объеме воды.

Полиакриламид в воде образует длинные цепочки вытянутой или изогнутой формы, которые способны с частицами взвеси образовывать крупные, хорошо осаж­ дающиеся хлопья. Обычно ПАА применяется в дополне­ ние к основному коагулянту, реже —• самостоятельно.

основного коагулянта. Особенно эффективен полиакрил­ амид при обработке высокомутных вод. Полезно вво­ дить ПАА и на последующих стадиях обработки воды, перед фильтрами; необходимые его дозы в этом случае очень малы — примерно 0,01—0,1 мг/л.

Перед использованием любого реагента обязательно проводят его подробный химический анализ для уста­ новления доли активной части реагента и наличия неже­ лательных примесей, например некомпенсированной серной кислоты, окислов мышьяка в сернокислом алю­ минии, нефтепродуктов, тяжелых металлов. Этих приме­ сей в реагенте быть не должно.

Эффективность процесса коагуляции определяется рядом условий: составом и свойствами обрабатываемой воды, качеством используемого коагулянта, правильно­ стью определения его оптимальной дозы, гидродинами­ ческими условиями смешения и т. д.

В технике обработки природных вод различают коа­ гулирование в свободном объеме и контактную коагуля­ цию. В первом случае вода после смешения с реагента­ ми в смесителях передается в камеры хлопьеобразования, где находится 30 мин, и затем поступает в отстой­ ник. Во втором варианте вода с внесенными в нее реа­ гентами подается на фильтры и проходит через слой зернистой загрузки, выполняющей роль центров коагу­ ляции, чем облегчается, процесс образования и выделе­ ния хлопьев из воды.

§ 50. Отстаивание

Назначение отстойников — выделить из воды взвесь. В отстойниках выделение взвеси происходит за счет гравитационной седиментации.

В воде, находящейся в покое, частицы взвеси оседа­ ют на дно, если их плотность больше плотности воды; всплывают на поверхность, если их плотность меньше плотности воды, и остаются во взвешенном состоянии, если их плотность равна плотности воды.

Основная часть взвеси природных вод и взвеси после коагулирования имеет плотность больше плотности воды и поэтому седиментирует на дно. Скорость осаждения частиц (в мм/сек) при температуре воды 10° С называ­ ется гидравлической крупностью.

Взвесь природных вод полидисперсна: частицы имеют разные размеры, конфигурацию и плотность, по­ этому движутся в воде с разными скоростями. При осе­ дании частицы могут сталкиваться, укрупняться и раз­ укрупняться, при этом скорости осаждения вновь обра­ зованных частиц могут отличаться от первоначальных.

Процесс осаждения полидисперсной агрегативно не­ устойчивой взвеси описывается седиментационными кри­ выми, записываемыми с помощью седиментационных ве­ сов. В цилиндр с исследуемой водой опускают коромыс­ ло весов с подвешенной на него чашечкой. На чашечку оседает взвесь из столба воды над чашечкой. Изменение веса чашечки в процессе оседания взвеси фиксируется самописцем на равномерно движущейся ленте. При оп­ ределении эффекта осаждения за 100% принимают общее количество взвеси, определяемое при фильтрации пробы. Относя количество взвеси, выпавшее за опреде­ ленное время, к общему количеству взвеси, получают эффект осаждения. Гидравлическую крупность взвеси рассчитывают делением высоты столба воды над чашеч­ кой на время оседания. Таким образом, в результате опыта получают кривые, позволяющие определить воз­ можный эффект осветления в зависимости от времени отстаивания или'от гидравлической крупности частиц (рис. 20).

Однако условия осаждения в действующем сооруже­ нии — отстойнике — отличаются от условий проведения опыта. Вода в отстойнике движется, а не находится в покое; высота столба воды в нем во много раз превыша-

100

ет высоту столба воды над чашечкой в цилиндре; воз­ можно изменение температуры воды и т. п. Этим обус­ ловлены и иные скорости осаждения, которые могут быть и больше, и меньше, чем в лабораторных условиях.

стойнике к величине гидравлической крупности, опреде­ ленной лабораторным путем, вводят поправки, учиты­ вающие явление агломерации взвеси в процессе осажде­ ния в движущемся потоке.

нижнюю — зону накопления и уплотнения осадка. Оса­ док обычно удаляют при выключении отстойника из ра­ боты. Горизонтальные отстойники применяют для сред­ них и крупных станций (30 тыс. м3/'сутки и более).

Вода в вертикальных отстойниках подается в камеру хлопьеобразования, откуда попадает в зону осветления (рис. 22). Нижнюю часть сооружения выполняют в виде опрокинутого конуса с углом наклона стенок (к гори­ зонту) не менее 50°, чтобы обеспечить самопроизвольное сползание осадка к центру. Осадок удаляется под гид­ ростатическим давлением столба воды. Отстойники вер­

жения скорости движения воды. Затем вода радиально

101