Інтенсифікація процесу фільтрування води на швидких фільтрах із застосуванням активованих розчинів флокулянтів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ВОДНОГО ГОСПОДАРСТВА ТА ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук: "ІНТЕНСИФІКАЦІЯ ПРОЦЕСУ ФІЛЬТРУВАННЯ ВОДИ НА ШВИДКИХ ФІЛЬТРАХ ІЗ ЗАСТОСУВАННЯМ АКТИВОВАНИХ РОЗЧИНІВ ФЛОКУЛЯНТІВ"

05.23.04 - водопостачання, каналізація

Благодарна Галина Іванівна

Рівне - 2003



Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківській державній академії міського господарства Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор

Душкін Станіслав Станіславович,

Харківська державна академія міського

господарства, завідувач кафедри водопостачання, водовідведення та очищення вод.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Орлов Валерій Олегович,

Український державний університет водного господарства та природокористування, завідувач кафедри водопостачання і бурової справи;

кандидат технічних наук, доцент Зотов Микола Ілліч,

начальник лабораторії ДОКП Донецькоблводоканал.

Провідна установа: Донбаська державна академія будівництва та архітектури, кафедра міського будівництва і господарства, м. Макіївка.

Захист відбудеться 13 червня 2003 р. о 12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 47.104.01 при Українському державному університеті водного господарства та природокористування за адресою: 33000, м. Рівне, вул. Соборна, 11.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Українського державного університету водного господарства та природокористування за адресою: 33000, м. Рівне, вул. Приходька, 75.

Автореферат розісланий 8 травня 2003 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради, к.т.н., доцент Востріков В.П.



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Для очищення води поверхневих джерел водопостачання, що забезпечують водою близько 70% населення України, від грубодисперсних, колоїдних та інших забруднень найбільше поширення одержала фізико-хімічна технологія, в якій процес фільтрування є останньою стадією освітлення води і виконується на фільтрах із зернистим завантаженням.

У даний час особлива увага приділяється інтенсифікації процесу очищення природних вод, удосконаленню технологій і розробці нових ефективних методів очищення, впровадженню ресурсозберігаючих технологій. При цьому досягнення практичних результатів можливо за рахунок підвищення роботи окремих споруд комплексів систем водопостачання, важливим елементом яких є швидкі фільтри.

Серед методів і способів, що використовуються для інтенсифікації водообробки, найбільш перспективними є методи, пов'язані з використанням раціональних, технологічно обґрунтованих схем, модернізацією існуючих і розробкою нових методів і конструкцій водоочисних апаратів. Усе більшого значення набувають фізичні методи, до числа яких відноситься розглянутий у даній роботі метод інтенсифікації процесу фільтрування води із застосуванням активованих розчинів флокулянтів. Він дозволяє збільшити продуктивність швидких фільтрів, знизити витрати реагентів, що використовуються при очищенні води без погіршення якості фільтрату, а також знизити трудомісткі процеси приготування і дозування реагентів, зменшити витрати на експлуатацію очисних споруд і, в кінцевому підсумку, - знизити собівартість очищення води. Економічна і технологічна доцільність використання активованих розчинів флокулянтів у процесах очищення води підтверджена дослідженнями, виконаними в лабораторних умовах і на дослідно-промисловій пілотній установці на очисних спорудах водопроводу м. Світловодська. Розроблений метод інтенсифікації процесу фільтрування води із застосуванням активованих розчинів флокулянтів пройшов апробацію, технологічні прийоми і конструктивні рішення для їхньої реалізації захищені патентами України №38471 А, №45258 А, №45813 А. Він надійний, високоефективний, задовольняє вимогам автоматизації виробництва, економічно доцільний.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Робота виконувалась згідно з держбюджетною темою МОН України Дослідження адсорбційних, каталітичних і корозійних явищ на поверхні твердих тіл з метою розвитку наукових основ ресурсозберігаючих технологій, номер державної реєстрації 0100U003101, у якій автор брала участь як співвиконавець.

Мета і задачі дослідження:

Метою дисертаційної роботи є розробка методу інтенсифікації процесу фільтрування води із застосуванням активованих розчинів флокулянтів.

Для досягнення поставленої мети необхідне вирішення наступних основних задач:

1. Розробка експериментальної установки для дослідження процесу фільтрування води з використанням активованих розчинів флокулянтів; обґрунтування методики проведення досліджень і оцінка надійності результатів експериментів і відтворюваності дослідів.

2. Аналіз теоретичних передумов та виконання експериментальних досліджень закономірностей застосування активованих розчинів флокулянтів для інтенсифікації роботи швидких фільтрів.

3. Дослідження впливу активованого розчину флокулянту на зміну структурно-механічної гідратації коагульованих домішок і флокулюючої здатності активованих розчинів флокулянтів; аналіз впливу активованого розчину флокулянту на зміну електрокінетичного потенціалу фільтруючого завантаження і на міцність сорбційного закріплення флокулянту до поверхні кварцового завантаження фільтра.

4. Дослідження методом ЯМР-релаксації впливу активованого розчину флокулянту на процеси очищення води.

5. Дослідження основних технологічних прийомів застосування активованих розчинів флокулянтів у процесах фільтрування води.

6. Дослідження основних факторів, що впливають на освітлення води при обробці її активованим розчином флокулянту.

7. Дослідно-промислові випробування активованих розчинів флокулянтів на очисних спорудах комунального водопостачання і впровадження результатів досліджень у практику проектування комунального та промислового водопостачання.

Об'єкт дослідження - очисні споруди комунального водопостачання.

Предмет дослідження - процес фільтрування води на швидких фільтрах, які є найважливішим елементом систем водопостачання.

Методи дослідження. При проведенні експериментів використовували сучасні методи дослідження та обладнання: газовий хроматограф Колір-500, релаксометр спін-ехо ЯМР. Дослідні дані обробляли за допомогою ПЕОМ, результати експериментів - відповідно до рекомендацій Міжнародного союзу чистої і прикладної хімії (ІНПАК) за методами визначення і формою позначення помилок відхилень, одержуваних при масових аналітичних дослідженнях. Оцінку надійності й відтворення дослідних даних визначали в межах довірчого інтервалу.

Наукова новизна одержаних результатів:

1. Досліджено і запропоновано метод інтенсифікації процесу фільтрування води на швидких фільтрах із застосуванням активованих розчинів флокулянтів.

2. Встановлено теоретичні передумови, що пояснюють механізм інтенсифікації процесу фільтрування води на швидких фільтрах за допомогою активованих розчинів флокулянтів.

3. Обґрунтовано умови використання активованих розчинів флокулянтів для інтенсифікації процесу фільтрування води на швидких фільтрах.

4. Методом математичного планування експерименту складена функціональна залежність, що характеризує ефективність освітлення води на швидких фільтрах виходячи з основних факторів, які впливають на фільтрування води при використанні активованого розчину флокулянту.

Наукові положення, висновки і рекомендації, сформульовані в дисертаційній роботі, теоретично обґрунтовані, їхня вірогідність підтверджена результатами експериментів, проведених з використанням сучасних методів дослідження в лабораторних і виробничих умовах на дослідно-промисловій пілотній установці. За результатами досліджень отримано три патенти України.

Практична значущість одержаних результатів:

1. На підставі виконаних теоретичних та експериментальних досліджень, вивчення особливостей роботи й експлуатації швидких фільтрів очисних споруд водопроводу для підвищення ефективності їхньої роботи запропонований метод інтенсифікації процесу фільтрування води із застосуванням активованих розчинів флокулянтів.

2. Обґрунтовано умови застосування активованих розчинів флокулянтів залежно від особливостей технологічної схеми очищення води.

3. Методом математичного планування експерименту складена функціональна залежність для прогнозування ефективності освітлення води на швидких фільтрах залежно від кольоровості й температури освітлюваної води і параметрів активації розчину флокулянту.

4. Результати виконаних досліджень використані при розробці технологічної документації для промислового впровадження активованого розчину флокулянту в технологічній схемі очищення води питного водопроводу м. Світловодська.

5. Рекомендації щодо інтенсифікації процесу фільтрування води на швидких фільтрах із застосуванням активованого розчину флокулянту використані при розробці проектної документації очисних споруд питного водопостачання Лисичанського заводу Лисичанськнафтооргсинтез.

Особистий внесок автора:

1. Виконано дослідження теоретичних передумов інтенсифікації процесу фільтрування води на швидких фільтрах із застосуванням активованих розчинів флокулянтів.

2. Проведено лабораторні дослідження і промислові випробування пілотної установки на очисних спорудах водопроводу м. Світловодська.

3. Встановлено основні фактори, що впливають на освітлення води при її обробці активованим розчином флокулянту.

4. Методом математичного планування експерименту складена функціональна залежність, що характеризує ефективність освітлення води на швидких фільтрах залежно від кольоровості й температури освітлюваної води і параметрів активації розчинів флокулянтів.

5. Розроблено технологічну документацію для промислового впровадження активованого розчину флокулянту в технологічній схемі очищення води на очисних спорудах водопроводу м. Світловодська.

6. Розроблено рекомендації щодо інтенсифікації процесу фільтрування води на швидких фільтрах із застосуванням активованого розчину флокулянту на очисних спорудах питного водопостачання Лисичанського заводу Лисичанськнафтооргсинтез.

Апробація роботи. Основні результати досліджень і головні положення дисертації доповідалися й обговорювалися на:

Міжнародній конференції Сучасні інформаційні та енергозберігаючі технології життєзабезпечення людини (СІЕТ-99), Секція №2. Екологія та техногенна безпека; комплексна оцінка якості виробів, матеріалів, речовин і послуг (грудень 1999 р., Харків);

Міжнародній конференції Сучасні проблеми підвищення екологічної безпеки та економічної роботи систем водопостачання і каналізації (2000 р., Київ);

ХХХ (травень 2000 р.) і ХХХI (квітень 2002 р.) науково-технічних конференціях Харківської державної академії міського господарства (ХДАМГ, Харків);

V Українській науково-технічній конференції Використання пластмас у будівництві і міському господарстві (травень 2000 р., ХДАМГ, Харків);

Міжнародній науково-практичній конференції Проблеми і перспективи очищення і повторного використання води (листопад 2000 р., ХДАМГ, Харків);

Міжнародному конгресі Екологія, технологія, економіка у водопостачанні і каналізації (травень 2001 р., Ялта);

Міжвузівській конференції Прикладна екологія (травень 2001 р., Харків);

Міжнародній науково-практичній конференції Сталий розвиток міст (березень 2002 р., ДГАМГ, Харків);

VI Міжнародній науково-технічній конференції Застосування пластмас у будівництві і міському господарстві (жовтень 2002 р., ХДАМГ, Харків);

Міжнародній науково-практичній конференції Вода, екологія, суспільство (листопад 2002 р., ХДАМГ, Харків).

Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 15 праць, у тому числі 9 у фахових виданнях, отримано 3 патенти України на винаходи №38471 А, №45258 А і №45813 А.

Структура й обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, 5 розділів, основних висновків, списку використаної літератури, що містить 179 робіт вітчизняних та іноземних авторів і додатків. Загальний обсяг дисертації 231 сторінка, у тому числі 127 сторінок друкованого тексту, 39 рисунків і 36 таблиць. Додатки додаються до дисертації.



ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, сформульовано мету та основні задачі дисертаційного дослідження, встановлено наукову новизну і практичне значення роботи, а також особистий внесок автора.

У першому розділі розглянуто сучасні уявлення про фізико-хімічну сутність явищ і закономірностей, що лежать в основі коагуляції і флокуляції, проведено аналіз стану методів інтенсифікації процесу фільтрування води на очисних спорудах водопроводу, показана роль у цьому процесі активованих розчинів флокулянтів у порівнянні з традиційними методами інтенсифікації процесу очищення води.

Визначено шляхи підвищення ефективності фільтрування води на швидких фільтрах комунальних систем водопостачання. Аналіз результатів досліджень, виконаних Д.М. Мінцем, Л.А. Кульським, С.А. Шубертом, Ю.И. Вейцером, Л.С. Лейбензоном, Л.М. Паскуцькою, С.С. Душкіним, В.Ф. Накорчевською, А.А. Баран, В.А. Сліпченко, П.А. Грабовським, Д. Робертом, М.Г. Журбою, В.О. Орловим, Є.Д. Бабенковим, В.А. Петросовим, Х. Вальтером, С. Таканіко та іншими дослідниками, фахівцями ВНДІ ВОДГЕО, АКХ ім. Памфілова, ГПІ Союзводоканалпроект, фірмами Дегремон, Аллайд Коллоідс та іншими, показав, що інтенсифікація процесу фільтрування води на швидких фільтрах із застосуванням флокулянтів не завжди може бути реалізована з технічних і економічних причин. У зв'язку з цим існує необхідність розробки нових більш ефективних методів, що дозволяють інтенсифікувати процес фільтрування води на швидких фільтрах, підвищити їхню продуктивність, знизити витрату реагентів, зменшити витрату води на власні потреби, поліпшити якість очищення води.

Обґрунтовано актуальність проведення роботи з інтенсифікації процесу фільтрування води на швидких фільтрах із застосуванням активованих розчинів флокулянтів.

Наприкінці першого розділу на основі критичної оцінці публікацій вітчизняних і іноземних авторів визначено напрямки досліджень, сформульовано мету та основні задачі роботи.

У другому розділі викладена методика проведення досліджень, їхня організація та обробка експериментальних досліджень.

При постановці експериментів застосовано сучасні фізико-хімічні методи досліджень і обладнання. Математична обробка дослідних даних виконана за допомогою ПЕОМ. Результати експериментів оброблені відповідно до рекомендацій Міжнародного союзу чистої і прикладної хімії (ІНПАК). Відтворюваність дослідних даних визначали в межах довірчого інтервалу. Результати досліджень зіставляли з аналогічними даними, отриманими іншими методами. Висновки роботи ґрунтуються на експериментах, проведених на різних джерелах водопостачання, у лабораторних і виробничих умовах.

Розроблена методика виконання досліджень дозволила з якісної сторони в лабораторних умовах і на пілотній установці обґрунтувати можливість інтенсифікації процесу фільтрування на швидких фільтрах із застосуванням активованих розчинів флокулянтів.

Для активування розчинів флокулянтів використовували спеціальний пристрій - активатор реагентів, на який виданий патент України №45813 А.

Конструктивна схема моделі активатора реагентів наведена на рис. 1.

Пристрій складається з корпусу 1, виготовленого з органічного скла, всередині якого розташоване секціоноване осердя з металевих кілець 2, які встановлені на шпильці 3 і закріплені на фланці 4 між металевими кільцями 2 і розташованим по периметру внутрішнього корпусу 1 металевим електродом 5, який закріплений на фланці 4, і нижньому розподільчому кільці 6 рівномірної подачі розчину флокулянту. До шпильки 3 пригвинчений металевий конус-осердя магнітопроводу 7, що розташований по центру корпусу регулятора швидкості 8, виготовленого з нержавіючої сталі. Зовні регулятора швидкості розташована електромагнітна система, що включає намагнічувальну котушку 9, магнітопровід 10 і конусоподібне осердя 7. Між конусним осердям 7 і корпусом регулятора швидкості 8 утворюється зазор 11 для руху оброблюваної рідини, що подається по патрубку 12, в зонах магнітних потоків відповідної напруженості магнітного поля. Весь пристрій встановлений на підставці 13. Для відведення обробленого розчину передбачено вихідні патрубки 14.

Вихідний розчин реагенту надходить через вхідний патрубок 12 у нижню частину корпусу і проходить через зони магнітного потоку, що утворюється зам-кнутою електромагнітною системою 7, 9, 10, де піддається обробці магнітним полем відповідної напруженості, далі розчин надходить у верхню частину корпусу, де за наявності струму, що протікає між електродами 2 і 5, відбувається його насичення анодно-розчиненим залізом. Оброблений розчин видаляється через вихідні патрубки 14.

Експерименти проводили паралельно на воді, обробленій активованим розчином флокулянту, і в умовах звичайної флокуляції. Оцінювали якісні показники очищення води за правилами технологічного аналізу, рекомендованого для контролю роботи швидких фільтрів очисних споруд водопроводу. У ряді випадків, зокрема на очисних спорудах ВУВГХ м. Світловодська, методику коригували залежно від конкретних умов експериментів.

Якісна характеристика води джерел водопостачання наведена в табл. 1.

Таблиця 1. - Якісна характеристика води досліджених джерел водопостачання

Період досліджень	Температура, оС	Зважені речовини, мг/дм3	Кольоровість, град.	рН	Загальна жорсткість води, моль/дм3	Лужність, моль/дм3
р. Дніпро
Зимовий Січень Лютий	0,5 - 1,1 0,5 - 2,6	6,4 - 10,4 6,6 - 12,5	34 - 45 35 - 42	7,2 - 7,9 8,0 - 8,2	3,35 - 3,65 3,65 - 3,80	2,3 - 2,8 2,7 - 3,1
Весняний Березень Квітень	2,2 - 6,5 2,5 - 9,5	10,5 -14,8 11,3 - 16,5	35 - 42 41 - 53	8,0 - 8,2 8,0 - 8,3	3,95 - 4,10 3,75 - 4,05	3,1 - 3,3 3,3 - 3,5
Літній Червень Липень Серпень	17,5 - 23,6 22,4 - 23,8 22,3 - 25,3	11,2 - 22,3 17,4 - 43,3 16,5 - 38,5	45 - 65 55 - 70 55 - 85	7,3 - 7,7 7,5 - 7,7 7,2 - 7,6	2,95 - 3,25 2,90 - 3,15 2,95 - 3,20	2,6 - 3,1 2,4 - 2,7 2,5 - 2,8
Осінній Вересень Жовтень	17,3 - 19,5 10,3 - 17,6	17,2 - 41,3 14,6 - 41,6	47 - 65 50 - 65	7,7 - 7,9 7,5 - 7,9	2,95 - 3,15 2,95 - 3,15	2,5 - 2,7 2,6 - 3,15
Модельна вода
	1,1 - 25,4	2,5 - 500	20 - 100	7,0 - 7,9	3,35 - 3,65	2,55 - 2,85

Фізико-хімічні й технологічні аналізи виконували за загальноприйнятими методиками, а в промислових умовах - з урахуванням інструкцій, що діють на даному підприємстві, і з використанням для цієї мети спеціальних приладів і обладнання.

У третьому розділі розглянуто теоретичні передумови процесу фільтрування води із застосуванням активованих розчинів флокулянтів.

Ступінь структурно-механічної гідратації зависі при використанні активованих розчинів флокулянтів нижче, ніж при звичайній коагуляції. При цьому структурно-механічна гідратація зависі, що утворюється при обробці води активованим розчином флокулянту, залежить від параметрів активації (вміст у розчині активованого флокулянту анодно-розчиненого заліза і напруженості магнітного поля). Спостерігається також збільшення питомої ваги твердої речовини каркасу пластівців осаду (коагуляційних структур) (табл. 2).

Встановлено, що величина - потенціалу кварцового піску при обробці його активованим розчином флокулянту більш висока, ніж при використанні звичайного розчину флокулянту (табл. 3). З огляду на те коагульовані домішки, що надходять на фільтри, мають негативний заряд, підвищення (- потенціалу фільтруючого завантаження, яке має позитивний заряд, дозволяє інтенсифікувати процес очищення води на швидких фільтрах, що знаходить вираження у збільшенні тривалості фільтроциклу, а також у підвищенні якості фільтрату як за кольоровістю, так і мутністю освітленої води.

Таблиця 2. - Зміна ступеня структурно-механічної гідратації і питомої ваги твердої речовини при обробці освітлюваної води активованим розчином флокулянту

Параметри активації	Ступінь структурно-механічної гідратації, Г0	Величина довірчого інтервалу, а (=0,95, n=4)	Питома вага твердої речовини, г/мл	Величина довірчого інтервалу, а (=0,95, n=4)	Зміна показників, %
Напруженість магнітного поля, кА/м	Вміст анодно-розчиненого заліза, мг/дм3					Г0	Т, г/мл
0	0	1224*	1221,02а1226,53	1,062*	1,059а1,065	-	-
80	700	992*	991,55а994,22	1,294*	1,291а1,297	18,9	21,8
120	550	915*	914,02а917,11	1,323*	1,269а1,377	25,2	24,5
160	400	894*	893,35а895,31	1,384*	1,378а1,390	26,9	30,3

* - середні значення 3-4 дослідів.



Таблиця 3. - Зміна - потенціалу кварцового піску, обробленого розчинами флокулянтів ПАА і Magnafloc LT - 25

№ серії експерименту	Тип флокулянту	Величина потенціалу, мВ	Величина довірчого інтервалу	Зміна - потенціалу кварцового піску, %	Примітка
		звичайний розчин флокулянту	активований розчин флокулянту	звичайний розчин флокулянту	активований розчин флокулянту
1.	Поліакриламіду (ПАА)	+ 26,28*	+ 30,42*	25,93а26,84	30,05а31,02	15,8*	1. Величина фільтруючого шару 50 см 2. Параметри активації: Н - 160 кА/м, СFe3+ - 400 мг/дм3
2.	Mag-nafloc LT-25	+ 55,34*	+ 65,64*	55,11а55,94	64,91а66,22	18,6*

* - середні значення 3-4 дослідів.

Активація розчинів флокулянтів збільшує їх флокулюючу здатність, що дозволяє зменшити дозу флокулянту при необхідній якості освітлення води (рис. 2).

Методом ЯМР на спін-ехо релаксометрі показана наявність структурних змін у розчині активованого флокулянту. Активування розчину флокулянту призводить до порушення динамічної рівноваги водно-дисперсної системи і створює умови для утворення іонних асоціатів - зародків нової фази, що виконують роль центрів флокуляції при очищенні води. Активні центри колоїдної стадії дисперсності, що утворяться під дією магнітного поля, після стабілізації анодно-розчиненим залізом, виконуючи роль додаткових центрів флокуляції, впливають на процеси очищення води.

У четвертому розділі розглянуто результати досліджень процесу фільтрування води із застосуванням активованих розчинів флокулянтів.

Встановлено, що активовані розчини флокулянтів залежно від умов роботи очисних споруд водопроводу можуть бути використані:

перед відстійниками;

для модифікації завантаження фільтра;

у вигляді добавок в освітлювану воду безпосередньо перед фільтруючим завантаженням.

Обробка води активованим розчином флокулянту дозволяє збільшити гідравлічну крупність коагульованої зависі. Найбільш сильний вплив активований розчин флокулянту справляє на гідравлічну крупність зависі 0,2 мм/с і менше. промисловий очисний споруда водопостачання

При введенні активованого розчину флокулянту перед відстійниками в результаті підвищення гідравлічної крупнисті коагульованої зависі, збільшення розміру та питомої ваги пластівців процес освітлення і знебарвлення води інтенсифікується, якість освітлюваної води підвищується, що дозволяє збільшити навантаження на швидкі фільтри, поліпшити параметри їхньої роботи з одержанням фільтрату необхідної якості.

Встановлено, що ефективність освітлення води при використанні активованих розчинів флокулянтів значною мірою залежить від параметрів активації: напруженості магнітного поля і вмісту в розчині анодно-розчиненого заліза, оптимальні значення яких залежать насамперед від якісних показників освітлюваної води.

Обробку води активованим розчином флокулянту при освітленні її у відстійниках доцільно виконувати при вмісті у воді зважених речовин до 200-300 мг/дм³. Кольоровість освітлюваної води при обробці активованим розчином флокулянту не залежить від вмісту зважених речовин і в 1,5-1,6 раза нижче кольоровості при використанні звичайного розчину флокулянту.

Аналіз виконаних досліджень дозволяє зробити висновок про високу ефективність використання активованого розчину флокулянту при очищенні маломутних кольорових (р. Дніпро) і мутно-кольорових вод (джерела водопостачання східних і ряду західних регіонів України). При цьому температура води не справляє істотного впливу на якість її очищення. Обробка води активованим розчином флокулянту Magnafloc LT-25 більш ефективна, ніж обробка води флокулянтом ПАА.

На якість освітлення води впливає інтервал між введенням коагулянту й активованим розчином флокулянту, тобто час, необхідний для рівномірного розподілу у воді коагулянту, його гідролізу і утворення первинних часток гідроксидів і сорбції гумінових речовин. Оптимальний інтервал між введенням коагулянту і флокулянту в основному залежить від вмісту зважених речовин і температури води: для маломутних кольорових вод - 90-120 с (температура до 5⁰С) і 45-90 с (температура більше 12⁰С); для мутно-кольорових - відповідно 45-60 і 20-45 с.

Встановлено, що обробка води активованим розчином флокулянту дозволяє поліпшити якість фільтрату як за кольоровістю, так і мутністю, залишковий вміст алюмінію в освітленій воді знижується на 50-70%.

Внаслідок більш інтенсивного протікання процесів осідання домішок у відстійнику і зниження структурно-механічної гідратації коагульованих осадів, що мають місце при обробці води активованим розчином флокулянту, тривалість захисної дії завантаження і час гранично допустимої втрати напору збільшиться на 25-30% без погіршення якості фільтрату. При цьому створюються умови санітарної надійності очищення води (t_з t_н), що дозволяє забезпечувати оптимальний режим фільтрування води через фільтруюче завантаження фільтра (рис. 3).

До основних факторів, що впливають на освітлення води при обробці її активованим розчином флокулянту, належать такі:

Ц_в. - кольоровість вихідної води, град.;

Н - напруженість магнітного поля, кА/м;

С_Fe - вміст у розчині флокулянту анодно-розчиненого заліза, мг/дм³;

t - температура освітлюваної води, ⁰С.

Методом математичного планування експерименту складена функціональна залежність для прогнозування ефективності освітлення води при кольоровості 30-80 мг/дм³ і температурі 3-25 ⁰С освітлюваної води залежно від параметрів активації розчинів флокулянтів (напруженість 500, 850, 1200 кА/м, вміст анодно-розчинного заліза 150, 350, 550 мг/дм³, що має такий вигляд:

Коефіцієнти залежності розраховані з використанням результатів експериментів по освітленню води на ПЕОМ.

Порівняння даних, отриманих дослідним і розрахунковим шляхами, дозволило зробити висновок про можливість використання отриманої залежності для практичних цілей (табл. 4).

У п'ятому розділі приведені технічні рішення з інтенсифікації процесу фільтрування води на швидких фільтрах очисних споруд міського водопроводу і впровадження результатів досліджень у практику проектування очисних споруд систем водопостачання.

Дослідно-промислові випробування, виконані на пілотній установці на очисних спорудах водопроводу м. Світловодська, дозволили встановити можливість поліпшення якісних показників фільтрату: за мутністю в середньому на 45,5%, кольоровістю - у середньому на 20,1%, вмісту алюмінію у фільтраті - в середньому на 66,3%; зниження дози флокулянту в процесі очищення води на 20-25% з одержанням фільтрату необхідної якості; підвищення продуктивності швидких фільтрів і всієї системи очисних споруд у цілому - в середньому на 25%.



Таблиця 4. - Експериментальні й розрахункові значення кольоровості

в освітлюваній воді

Номер досліду	Параметри активації	Кольоровість вихідної води, град.	Температура води, 0С	Результати досліду (Цосв)експ, град.	Результати розрахунку (Цосв)роз, град.	Похибка дослідів, %
	Напруженість, Н, А/м	Вміст у розчині флокулянту анодно-розчиненого заліза, СFe, мг/дм3
1	2	3	4	5	6	7	8
1	1200	150	30	25	18	17,8	0,9
2	500	550	80	3	41	41,2	0,5
3	1200	550	30	25	37	36,4	1,6
4	1200	550	80	3	19	19,49	2,6
5	500	150	80	3	35	34,9	0,3

Результати виконаних досліджень використані при розробці технологічної документації для промислового впровадження активованого розчину флокулянту в технологічній схемі очищення води із швидкими фільтрами на очисних спорудах водопроводу м. Світловодська.

Рекомендації щодо інтенсифікації процесу фільтрування води на швидких фільтрах із застосуванням активованих розчинів флокулянтів використані при розробці проектної документації очисних споруд питного водопостачання Лисичанського заводу Лисичанськнафтооргсинтез.

Приведена техніко-економічна оцінка впровадження технічних рішень по інтенсифікації процесу фільтрування води на швидких фільтрах із застосуванням активованих розчинів флокулянтів.

Для оцінки ефективності впровадження активованих розчинів флокулянтів у процесі фільтрування води на швидких фільтрах визначили:

- економічний ефект від впровадження розробленої технології за результатами дослідно-промислових випробувань пілотної установки на очисних спорудах водопроводу м. Світловодська;

- потенційний ефект від впровадження технічних рішень на очисних спорудах питного водопроводу заводу Лисичанськнафтооргсинтез з урахуванням їх реконструкції і розширення.

Економічний ефект від впровадження розробленої технології на очисних спорудах водопроводу м. Світловодська дорівнює 5866,08 грн., потенційний ефект від впровадження технічних рішень на очисних спорудах питного водопроводу заводу Лисичанськнафтооргсинтез з урахуванням їх реконструкції і розширення складе 70632,98 грн., що підтверджує економічну доцільність використання активованих розчинів флокулянтів для інтенсифікації процесу фільтрування води на швидких фільтрах.



ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

У результаті нового підходу до вирішення актуального науково-практич-ного завдання інтенсифікації процесу фільтрування води на швидких фільтрах із застосуванням активованих розчинів флокулянтів, спрямоване на суттєве зниження витрат реагентів, зокрема флокулянтів, у процесі очищення води, поліпшення якості освітлення води, зменшення її собівартості за матеріалами, викладеними в дисертації, основні висновки можна звести до:

1. Запропоновано метод інтенсифікації процесу фільтрування води на швидких фільтрах із застосуванням активованих розчинів флокулянтів, що доз-воляє: знизити витрату флокулянтів, використовуваних при очищенні води, поліпшити якість освітлення води за зваженими речовинами і кольоровістю, збільшити продуктивність фільтрів і зменшити собівартість очищення води.

Питання про доцільність техніко-економічної ефективності застосування активованих розчинів флокулянтів залежить від фізико-хімічних показників освітлюваної води і забруднень, що містяться в ній, типу споруд і режиму роботи.

2. Дослідженнями встановлено, що активовані розчини флокулянтів залежно від умов роботи очисних споруд водопроводу можуть бути використані:

перед відстійниками;

для модифікації завантаження фільтра;

у вигляді добавок в освітлювану воду безпосередньо перед фільтруючим завантаженням.

3. На підставі проведених досліджень інтенсифікацію роботи швидких фільтрів за допомогою активованих розчинів флокулянтів можна пояснити такими факторами:

зменшенням структурно-механічної гідратації коагульованої зависі і збільшенням розмірів та питомої ваги коагуляційних структур, у зв'язку з чим процес освітлення і знебарвлення води інтенсифікується, що дозволяє підвищити навантаження на швидкі фільтри, поліпшити параметри їхньої роботи з одержанням фільтрату необхідної якості;

підвищенням - потенціалу фільтруючого завантаження швидких фільтрів, що дає можливість збільшити грязєємність завантаження фільтрів і підвищити ефективність їхньої роботи.

4. Методом ЯМР на спін-ехо релаксометрі показана наявність структурних змін у розчині активованого флокулянту, що призводять до порушення динамічної рівноваги водно-дисперсної системи, і створюють умови для утворення додаткових центрів флокуляції, що справляють інтенсифікуючий вплив на процес очищення води.

5. Обробка води активованим розчином флокулянту дозволяє збільшити гідравлічну крупність коагульованої зависі. Найбільш сильний вплив активований розчин флокулянту справляє на гідравлічну крупність суспензії 0,2 мм/с і менше, тобто на найбільш дрібну і важковидалювану завись, що створює умови для більш інтенсивного осідання її у відстійниках і підвищення якості освітлення води, подаваної на швидкі фільтри.

6. Результати досліджень свідчать про високу ефективність використання активованого розчину флокулянту при очищенні маломутних кольорових і мутно-кольорових вод. При цьому вміст зважених речовин в освітлюваній воді не повинен перевищувати 300 мг/дм³.

7. На якість освітлення води впливає інтервал між введенням коагулянту й активованим розчином флокулянту, тобто час, необхідний для рівномірного розподілу у воді коагулянту, його гідролізу, утворення первинних часток гідроксидів і сорбції гумінових речовин. Оптимальний інтервал між введенням коагулянту і флокулянту в основному залежить від вмісту зважених речовин і температури води: для маломутних кольорових вод - 90-120 с (температура до 5⁰С) і 45-90 с (температура більше 12⁰С); для мутно-кольорових - відповідно 45-60 і 20-45 с.

8. Запропоновано функціональну залежність для прогнозування ефективності освітлення води при різній кольоровості, температурі освітлюваної води і параметрах активації розчинів флокулянтів, складену методом математичного планування експерименту.

9. Дослідно-промислові випробування пілотної установки на очисних спорудах водопроводу м. Світловодська показали, що використання активованого розчину флокулянту в процесі очищення води на швидких фільтрах дозволяє підвищити якість фільтрату: за мутністю - в середньому на 45,5%, кольоровістю - у середньому на 20,1%, вмісту алюмінію у фільтраті - в середньому на 66,3%, зниженню дози флокулянту в процесі очищення води - на 20-25% з одержанням фільтрату необхідної якості в залежності від кольоровості освітлюваної води, підвищити продуктивність швидких фільтрів і всієї системи очисних споруд у цілому в середньому на 25%. Результати досліджень використані при розробці техдокументації для промислового впровадження активованого розчину флокулянту в технологічній схемі очищення води із швидкими фільтрами на очисних спорудах водопроводу м. Світловодська, що в повному обсязі передана в ПВВКХ м. Світловодська.

10. Результати досліджень використані при розробці проектної і конструкторській техдокументації для впровадження технічних рішень по підвищенню ефективності роботи швидких фільтрів на очисних спорудах питного водопостачання Лисичанського заводу Лисичанськнафтооргсинтез шляхом обробки освітлюваної води активованим розчином флокулянту, завдяки чому досягається підвищення якості очищеної води і зниження експлуатаційних витрат.

11. Економічний ефект від впровадження розробленої технології на очисних спорудах водопроводу м. Світловодська дорівнює 5866,08 грн., потенційний ефект від впровадження технічних рішень на очисних спорудах питного водопроводу заводу Лисичанськнафтооргсинтез з урахуванням їх реконструкції і розширення складе 70632,98 грн., що підтверджує економічну доцільність використання активованих розчинів флокулянтів для інтенсифікації процесу фільтрування води на швидких фільтрах.



СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Благодарная Г.И. Влияние активированного раствора полиакриламида на прочность гелей гидроксида алюминия // Вестник ХГПУ: Сб. научных трудов. Вып. 77. - Харьков, ХГПУ, 2000. - С. 2-3.

Благодарная Г.И. Исследование динамики фильтрования при обработке воды активированным раствором флокулянта // Коммунальное хозяйство городов: Науч.-техн. сб. Вып. 27. - К.: Техніка, 2001. - С. 50-52.

Благодарная Г.И. Интенсификация работы скорых фильтров очистных сооружений водопровода г. Краматорска // Коммунальное хозяйство городов: Науч.-техн. сб. Вып. 29. - К.: Техніка, 2001. - С. 3-5.

Благодарная Г.И. Повышение фильтрующей способности кварцевой загрузки фильтра при обработке его активированным раствором флокулянта // Коммунальное хозяйство городов: Науч.-техн. сб. Вып. 36. - К.: Техніка, 2001. - С. 279-283.

Благодарна Г.І. Підвищення флокулюючих властивостей активованих розчинів флокулянтів у процесах очищення води // Вісник Рівненського державного технічного університету: Зб. наук. робіт. Вип. 1 (14) - Рівне: РДТУ, 2002. - С. 77-80.

Благодарная Г.И. Влияние активированных растворов флокулянтов на изменение структурно-механической гидратации коагулированных примесей // Науковий вісник будівництва. Вип. 19. - Харків: ХДТУБА, 2002. - С. 99-103.

Благодарная Г.И. Модификация загрузки фильтра активированным раствором флокулянта // Коммунальное хозяйство городов: Науч.-техн. сб. Вып. 43. - К.: Техніка, 2002. - С. 173-177.

Благодарная Г.И. Исследование методом ямр-релаксации влияния активированного раствора флокулянта на процессы очистки воды // Коммунальное хозяйство городов: Науч.-техн. сб. Вып. 45. - К.: Техніка, 2002. - С. 117-121.

Душкин С.С., Сорокина Е.Б., Благодарная Г.И. Повышение эффективности работы фильтров очистных сооружений водопровода // Вестник ХГПУ: Сб. научных трудов. Вып. 65. - Харьков, ХГПУ, 1999. - С. 30-34.

Благодарная Г.И. Интенсификация процессов фильтрования воды с помощью активированного раствора флокулянта / Тези доповідей науково-практичної конференції Екологія Харківщини: стан, проблеми, перспективи. - Харків: УкрНДІЕП, 2000. - С. 8-9.

Благодарная Г.И. Влияние активированного раствора активной кремнекислоты на прочность гелей гидроксида алюминия / XXXI научно-техническая конференция преподавателей, аспирантов и сотрудников ХГАГХ, посвященная 80-летию академии. - Харьков: ХГАГХ, 2002. - С. 59-60.

Душкин С.С., Благодарная Г.И. Интенсификация процесса фильтрования воды путем добавки активированного раствора полиакриламида перед фильтрами / ХХХ научно-техническая конференция преподавателей, аспирантов и сотрудников ХГАГХ. - Харьков: ХГАГХ, 2000. - С. 51-52.

Пат. України №38471 А, МПК 6 С 20F 1/48. Спосіб приготування розчину поліакриламідного флокулянту для очищення природних і стічних вод / Душкін С.С., Сорокіна К.Б., Благодарна Г.І. Заявл. 10.07.2000; Опубл. 15.05.2001.

Пат. України №45258 А, МПК 6 С 20F 1/52, С 20F 1/48. Спосіб модифікації фільтруючого завантаження для освітлення природних і стічних вод / Душкін С.С., Благодарна Г.І., Тихонюк В.О. Заявл. 10.07.2001; Опубл. 15.03.2002.

Пат. України №45813 А, МПК 6 С 20F 1/48. Пристрій для активації розчинів реагентів / Душкін С.С., Беляєв В.І., Сорокіна К.Б., Благодарна Г.І., Тихонюк В.О. Заявл. 10.07.2001; Опубл. 15.04.2002.



АНОТАЦІЯ

Благодарна Г.І. Інтенсифікація процесу фільтрування води на швидких фільтрах із застосуванням активованих розчинів флокулянтів. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.04 - водопостачання, каналізація. - Український державний університет водного господарства та природокористування, Рівне, 2003.

Дисертація присвячена актуальній проблемі інтенсифікації процесу фільтрування води на швидких фільтрах із застосуванням активованих розчинів флокулянтів. Досліджено основні фактори, що сприяють поліпшенню роботи швидких фільтрів за допомогою активованих розчинів флокулянтів. Методом математичного планування експерименту складено функціональну залежність для прогнозування ефективності освітлення води при різній кольоровості, температурі освітлюваної води та параметрах активації розчинів флокулянтів. Розроблено технічні рішення з інтенсифікації процесу фільтрування води на швидких фільтрах очисних споруд міського водопроводу і впровадженню результатів досліджень у практику проектування очисних споруд питного водопостачання. Виконано дослідно-промислові випробування пілотної установки на очисних спорудах водопроводу м. Світловодська.

Ключові слова: фільтрування, швидкий фільтр, очищення води, активований розчин, флокулянт.



АННОТАЦИЯ

Благодарная Г.И. Интенсификация процесса фильтрования воды на скорых фильтрах с применением активированных растворов флокулянтов. Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.04 - водоснабжение, канализация. -Украинский государственный университет водного хозяйства и природопользования, Ровно, 2003.

Диссертация посвящена актуальной проблеме интенсификации процесса фильтрования воды на скорых фильтрах с применением активированных растворов флокулянтов. Проанализированы существующие методы интенсификации процесса фильтрования воды на очистных сооружениях водопровода. Внимание уделено повышению эффективности фильтрования воды на скорых фильтрах коммунальных систем водоснабжения. Сделан вывод о том, что интенсификацию работы скорых фильтров с помощью активированных растворов флокулянтов можно объяснить такими факторами: уменьшением структурно-механической гидратации коагулированной взвеси; увеличением размеров и удельного веса коагуляционных структур, в связи с чем процесс осветления и обесцвечивания воды интенсифицируется, что позволяет повысить нагрузку на скорые фильтры, улучшить параметры их работы с получением фильтрата требуемого качества; повышением -потенциала фильтрующей загрузки скорых фильтров, что дает возможность увеличить грязеемкость загрузки фильтров и повысить эффективность их работы. Методом ЯМР на спин-эхо релаксометре показано наличие структурных изменений в растворе активированного флокулянта, которые приводят к нарушению динамического равновесия водно-дисперсной системы и создают условия для образования дополнительных центров флокуляции, оказывающих интенсифицирующее влияние на процесс очистки воды. Использование активированного раствора флокулянта в процессе очистки воды на скорых фильтрах позволяет: снизить расход флокулянтов, используемых при очистке воды, на 20-25%; улучшить качество осветления воды по взвешенным веществам и цветности в среднем на 35%; увеличить производительность фильтров в среднем на 25%; уменьшить себестоимость очистки воды на 20-25%. Активированные растворы флокулянтов в зависимости от условий работы очистных сооружений водопровода могут быть использованы: перед отстойниками; для модификации загрузки фильтра; в виде добавок в осветляемую воду непосредственно перед фильтрующей загрузкой. Методом математического планирования эксперимента составлена функциональная зависимость для прогнозирования эффективности осветления воды при различной цветности, температуре осветляемой воды и параметров активации растворов флокулянтов. Выполнены опытно-промышленные испытания пилотной установки на очистных сооружениях водопровода г. Светловодска. Результаты испытаний использованы при разработке техдокументации для промышленного внедрения активированного раствора флокулянта в технологической схеме очистки воды со скорыми фильтрами на очистных сооружениях водопровода г. Светловодска. Экономический эффект от внедрения разработанной технологии на очистных сооружениях водопровода г. Светловодска равен 5866,08 грн., потенциальный эффект от внедрения технических решений на очистных сооружениях питьевого водопровода завода Лисичанскнефтеоргсинтез с учетом их реконструкции и расширения составит 70632,98 грн., что подтверждает экономическую целесообразность использования активированных растворов флокулянтов для интенсификации процесса фильтрования воды на скорых фильтрах.

Ключевые слова: фильтрование, скорый фильтр, очистка воды, активированный раствор, флокулянт.



SUMMARY

Blagodarnay G.I. - Intensification of Water Filtration Process on Speed Screens with Applying of Activated Solutions Flocculents. Manuscript.

The thesis for a candidate degree of technical science on a specialty 05.23.04 - Water Supply, Sewerage. - Ukrainian State University of Water Economy and Nature Management, Rivne, 2003.

The thesis is devoted to an urgent problem the intensification of water filtration process on speed screens with applying of activated solutions flocculents. The main factors have been suggested to improve upon of the speed screens operation with the help of activated solutions flocculents. The functional dependencies for water clarification efficiency fore casting have been elaborated by the method of mathematical planning of experiment under color, temperatures and flocculents solutions activation parameters. The technical decisions on intensification of water filtration process on speed screens of clearing structures of urban waterpipe and researches outcomes implementation in practice of drinking water supply clearing structures designing have been developed. The trial test of pilot device has been pursued at the Svetlovodsk waterpipe clearing structures.

Key words: filtration, speed screen, clearing of water, activated solution, flocculent.

Размещено на Allbest.ru

...