2. Определение дозы подщелачивающего реагента

При низкой щелочности воды, замедляющий процесс образования и выпадения хлопьев при коагулировании, в воду следует вводить подщелачивающие реагенты, улучшающие процесс хлопьеобразование.

Необходимые для улучшения процесса хлопьеобразования дозы подщелачивающих реагентов Д_щ , мг/л, определяют по формуле

                                   (4.4)

где Д_к – доза безводного коагулянта, мг/л; е_к – эквивалентная масса коагулянта (безводного), мг/мг-экв, принимаемая для , 57; – коэффициент, равный для извести(по CaO) 28,  для соды по  – 53.

При получении по формуле (4.4) отрицательного значения дозы щелочи подщелачивание не требуется. Реагенты для подщелачивания воды следует вводить одновременно с вводом коагулянтов.

В качестве подщелачивающего реагента наиболее целесообразно применять известь, дозу которой следует рассчитывать по формуле:

Д_щ = 28 (0,0175*Д_к – Щ + 1),

где Д_к – максимальная в период подщелачивания доза коагулянта, мг/л; 0,0175 – требуемое количество щелочи в мг-экв на 1 мг/л вводимого Al₂ (SO₄)_3;

Щ – минимальная щелочность воды, мг.

Щ = Ж_к = Ж_общ - Ж_пост,

где Ж_общ – общая жесткость,

Ж_пост – постоянная жесткость.

Щ = Ж_к = 4,8 – 2,3 = 2,5.

Д_щ = 28 (0,0175*45 –2,5+ 1) = - 19,95.

В этом случае подщелачивание воды не требуется, т.к. она имеет достаточный щелочной резерв.

4.2. Применение флокулянтов

К флокулянтам относятся химические вещества, ускоряющие процесс хлопьеобразования и седиментации образовавшихся хлопьев коагулянта.

В воде флокулянты образуют макромолекулы. Эти молекулы адсорбируют гидроксиды коагулянтов, связывая их вместе с примесями в крупные, тяжелые хлопья.

Все известные в настоящее время флокулянты подразделяются на неорганические полимеры и синтетические органические полимеры. По заряду макромолекулы различают флокулянты анионного типа (с отрицательным зарядом макромолекулы) и катионного (с положительным зарядом).

Поскольку большинство примесей природных вод заряжены отрицательно, то флокулянты анионного типа дают эффект при использовании их дополнительно к коагулянту. Флокулянты катионного типа могут использоваться самостоятельно без коагулянта.

Наиболее распространенный неорганический флокулянт – активная кремниевая кислота (АК), получаемая путем конденсации низкомолекулярных кремниевых кислот или их труднорастворимых солей.

Сырьем для получения АК является жидкое стекло – водный раствор силиката натрия, содержащий 23–39 % SiO₂ и 8–15 % Na₂O. Химический состав силиката натрия выражается формулой Na₂O  mSiO₂  nH₂O.

Для активации силиката натрия с целью получения кремниевой кислоты из ее соли используются минеральные кислоты (HCl, H₂SO₄), диоксиды углерода и серы (CO₂, SO₂). После перемешивания раствора силиката с активатором система выдерживается в течение 1–2 часов для вызревания золя. Затем созревший золь разбавляют водой до концентрации SiO₂ 0,5–0,75 % и используют в качестве рабочего раствора, дозируя его в обрабатываемую воду. Отрицательный  – потенциал золя АК улучшает сорбционное взаимодействие с положительно заряженными частицами (хлопьями) гидроксидов алюминия или железа.

 Из синтетических высокомолекулярных анионных флокулянтов наибольшее распространение получил полиакриламид (ПАА).

Получают полиакриламид полимеризацией 4–9 %-ных водных растворов акриламида в окислительно-восстановительной среде в присутствии персульфата калия, триэтаноламина и гидросульфата натрия. Полиакриламидные флокулянты в большинстве случаев выпускают в виде геля с содержанием полимера от 7 до 11%. Более удобен для транспортировки и использования гранулированный полиакриламид с содержанием основного вещества 82–98 %. Одним из флокулянтов такого типа является ПАА-ГС (полиакриламид гранулированный сульфатный) с содержанием основного вещества около 90 %.

Полиакриламид гидролизуется в воде с образованием акриловой кислоты и ее солей. При этом образуются карбоксильные группы, придающие молекулам ПАА отрицательный заряд.

В последние годы в России стали широко применяться  флокулянты марки Праестол (преимущественно Праестол-650). Праестол – это органические, синтетические, высокомолекулярные вспомогательные средства флокуляции на основе полиакриламида. Все флокулянты этого типа  предлагаются как в форме гранулята (твердые продукты), так и в жидкой форме в виде эмульсий.

Для осаждения  отрицательно заряженных примесей природных вод (взвесь и коллоидные частицы гумусовых веществ) весьма целесообразно использование катионного флокулянта ВА-2. Сырьем для получения этого флокулянта служит полистирол. Установлено, что для очистки мутных вод оптимальные дозы его составляют 0,4–4 % от концентрации дисперсной фазы (взвеси), а при обесцвечивании воды – 0,2–1 мг/дм³ на 10 градусов цветности. Использование ВА-2 вместо сульфата алюминия увеличивает в несколько раз продолжительность фильтроцикла фильтровального сооружения.

Промышленность выпускает более сотни различных марок флокулянтов, характеристики некоторых из них приведены в табл. 4.1.

Дозу флокулянтов (в дополнение к дозам коагулянтов) следует принимать на основании технологических исследований, а для полиакриламида (ПАА)  по рекомендациям 1, считая по безводному продукту:

– при вводе перед отстойниками или осветлителями со взвешенным осадком  – по табл. 4.3;

– при вводе перед фильтрами при двухступенчатой очистке – 0,05–0,1 мг/л;

– при вводе перед контактными осветлителями или фильтрами при одноступенчатой очистке, а также перед префильтрами – 0,2–0,6 мг/л.

 

Таблица 4.3

Определение дозы флокулянта

#G0Мутность воды, мг/л	Цветность воды, град	Доза безводного ПАА, мг/л
#G1   До 10	#G0Св. 50	1–1,5
#G1   Св. 10 до 100	#G030–100	0,3–0,6
#G1    « 100 «  500	#G020–60	0,2–0,5
#G1    « 500 « 1500	#G0–	0,2–1

Флокулянты следует добавлять в воду после коагулянта. При очистке высокомутных вод допускается ввод флокулянтов до коагулянтов. Следует предусматривать возможность введения флокулянтов и коагулянтов с разрывом во времени до 2–3 мин в зависимости от качества обрабатываемой воды. Флокулянты следует применять в виде растворов с концентрацией полимера 0,1–1 %.

Пример 2. Выбор реагентов и определение их доз для очистки воды

Качество воды, подаваемой на очистку, метод очистки, производительность станции и состав сооружений взяты по примеру 1.

Принят метод очистки с использованием реагентов: коагулянта и флокулянта. В качестве коагулянта выбран наиболее распространенный реагент – сульфат алюминия с характеристиками, приведенными в табл. 4.1. Коагулянт поставляется в виде гранул и упакован в мягкие контейнеры типа BIG-BAG вместимостью до 2 т.

 Доза коагулянта для обесцвечивания воды определена по формуле (4.3)

= 40 мг/л.

Доза коагулянта для устранения мутности воды определена по табл. 4.2 и равна 35 мг/л.

Расчетная доза коагулянта принимается большей из этих двух определений:                        

= 40 мг/л.

В качестве флокулянта принят полиакриламид гранулированный ПАА-ГС, поставляемый в мешках. Доза флокулянта принята по данным табл. 4.3 и равна 0,5 мг/л.

Доза щелочи определена по формуле (4.4). в расчете в качестве щелочи принят наиболее эффективный реагент – известь, = 28, = 57 мг/мг-экв, = 0,5 мг-экв/л. В результате

                          = 28 (40/57 – 1,0) +1 = 7 мг/л.

Для применения принята известь строительная негашеная с содержанием активной части СаО 80 %. На станцию известь поставляется автотранспортом в мягких контейнерах типа BIG-BAG.

Суточные расходы реагентов Д, кг/сут, определены по формуле

,                                            (4.5)

где Д – доза реагента, мг/л; а – содержание активного вещества в товарном продукте, %, по табл. 4.1.

Для коагулянта (сульфата алюминия) Д_к = 40 мг/л, а = 51 %,

= 408 кг/сут.

Для флокулянта (ПАА-ГС) Д_ф = 0,5 мг/л, а = 50 %,

= 5,2 кг/сут.

Для щелочи (извести СаО) Д_и= 7 мг/л, а = 60 %,

= 61 кг/сут.