6750

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

А.Л. Васильев, Л.А. Васильев, Э.А. Кюберис, Е.В. Воробьева

РЕАГЕНТНОЕ ХОЗЯЙСТВО ВОДОПРОВОДНЫХ СТАНЦИЙ. ПОРЯДОК РАСЧЕТОВ

Учебно-методическое пособие по выполнению курсового проекта для обучающихся по дисциплине «Водоподготовка»

направлению подготовки 08.03.01 Строительство, профиль Теплогазоснабжение, вентиляция, водоснабжение и водоотведение зданий, сооружений населенных пунктов

Нижний Новгород

2016

3

УДК 628.16

Васильев А.Л. / Реагентное хозяйство водопроводных станций. Порядок расчетов. [Электронный ресурс]: учеб.-метод. пос. / А.Л. Васильев, Л.А. Васильев, Э.А. Кюберис, Е.В. Воробьева; Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун - т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – 70 с.– 1 электрон. опт. диск (CD-RW).

В учебно-методическом пособии излагаются сведения о применении реагентов в технологиях очистки природных вод для питьевых целей. Приводятся основные сведения о реагентах, методики и примеры расчета реагентного хозяйства.

Предназначено для обучающихся в ННГАСУ для выполнения курсового проекта по дисциплине «Водоподготовка» направлению подготовки 08.03.01 Строительство, профиль Теплогазоснабжение, вентиляция, водоснабжение и водоотведение зданий, сооружений населенных пунктов.

© А.Л. Васильев, Л.А. Васильев, Э.А. Кюберис, Е.В. Воробьева, 2016 © ННГАСУ, 2016

4

СОДЕРЖАНИЕ

5

1. РЕАГЕНТНЫЕ СПОСОБЫ ОЧИСТКИ ВОДЫ

Очистка воды обычно представляет собой комбинацию нескольких процессов: физических, химических, биологических и других. Они обеспечивают вначале удаление всех взвешенных веществ, затем коллоидных и некоторых растворенных неорганических и органических примесей, полного обеззараживания. Отдельные характеристики воды иногда нуждаются в корректировке. В зависимости от объективных условий могут быть применены различные варианты обработки воды.

В мировой и отечественной практике наблюдается разнообразие технологических приемов водоподготовки, вызванное, прежде всего качеством воды в источнике, требованием потребителя к качеству воды, экономическими факторами, количеством очищаемой воды и некоторыми другими.

Одним из важных приемов очистки является применение коагулянтов и флокулянтов. В таблице 1 приведены основные технологии, в которых используют реагенты в разы ускоряя процесс водоподготовки [1].

Наибольшая степень загрязнения воды обусловлена присутствием в ней различных нерастворимых примесей. Эти примеси должны быть удалены из воды. Для удаления нерастворимых примесей могут быть применены различные методы, основанные на двух различных принципах:

а)непосредственное использование гравитационных сил, путем прямой седиментации:

б)процеживание или фильтрование.

Однако в естественных условиях процесс осаждения частиц различных материалов и организмов может быть чрезмерно затянувшимся.

6

7

В табл.2 приводится время осаждения частиц различной природы и крупности.

Характеристика осаждения некоторых частиц

Из таблицы видно, что естественная скорость осаждения коллоидных частиц очень мала, хотя, в то же время именно эта взвесь составляет большую часть примесей и обуславливает мутность воды. Требуется изменить условия осаждения таким образом, чтобы частицы могли коалисцировать между собой с образованием больших агломератов, которые легко удалить. Однако коалисценция не проходит самостоятельно, т.к. коллоидные соединения характеризуются наличием сил, поддерживающих взвесь в диспергированном состоянии. Это состояние характеризуется стабильностью, которая может объясняться или сольватацией, или защитным действием определенных адсорбированных веществ, или действием электростатических сил, отталкивающих частицы друг от друга. В природных водах коллоиды всегда имеют отрицательный заряд. Чтобы осуществить их осаждение с достаточной скоростью, необходимо вызвать агломерацию коллоидных примесей с образованием относительно крупных частиц. Такое изменение суспензии может быть результатом двух процессов:

1.Дестабилизации, которая достигается обычно добавлением химических реагентов, снимающих действие сил отталкивания;

2. Агломерации «нейтрализованных» коллоидов.

8

В практике обработки воды термин «коагуляция» принято относить к процессам дестабилизации и термин «флокуляция» - к агломерации нейтральных коллоидов. Соответствующие реагенты известны как коагулянты и флокулянты.

2. НАЗНАЧЕНИЕ И ВИДЫ ПРИМЕНЯЕМЫХ РЕАГЕНТОВ 2.1. Коагулянты

Коагуляция (от латинского coagulation - свертывание, сгущение) объединение частиц дисперсной фазы в агрегаты при соударениях. Соударения происходят в результате броуновского движения частиц, а также седиментации, перемещения частиц в электрическом поле (электрокоагуляция), механического воздействия на систему (перемешивания, вибрации). Характерные признаки коагуляции - увеличение мутности (интенсивности рассеиваемого света), появление хлопьевидных образований - флокул (отсюда термин флокуляция), расслоение исходно устойчивой к седиментации системы с выделением дисперсной фазы в виде коагулята (осадка). При высоком содержании частиц дисперсной фазы коагуляция может приводить к отверждению всего объема системы вследствие образования пространственной сетки коагуляционной структуры. В относительно грубодисперсных системах (суспензиях) при отсутствии броуновского движения первичных частиц о коагуляции можно судить по изменению седиментации от оседания независимых первичных частиц с постепенным накоплением осадка (бесструктурная седиментация) к оседанию агрегатов сплошным слоем; при достаточно высокой концентрации частиц в системе такой слой образует четкую границу (структурная седиментация). Кроме того, коагуляция приводит к увеличению конечного объема осадка.

Коагулянты - вещества, способные вызывать или ускорять коагуляцию. Введение в систему коагулянтов широко используют для облегчения процессов, связанных с необходимостью отделения вещества дисперсной фазы от дисперсионной среды.

Использование неорганических коагулянтов известно с конца XIX века. Были установлены законы, управляющие действием коагуляции. Чем выше ва-

9

лентность, тем более эффективно коагулирующее действие. Этим объясняется причина применения трехвалентных солей железа и алюминия в любых очистных системах с коагуляционной обработкой воды. Однако, эти коагулянты имеют ряд недостатков:

1.Гидролизуясь, вызывают нежелательные изменения физико-химических характеристик обрабатываемой воды.

2.Изменяют рН воды.

3.Изменяют удельную проводимость воды.

4.Использование больших доз коагулянта ведет к образованию избыточных количеств осадка и остаточных количеств воде алюминия, железа и др.

5.Не всегда образуется осадок, обладающий характеристиками, необходимыми для его эффективного осаждения.

Иногда применяют коагулянты не только неорганические, но и органические: альгинаты, крахмал, а также синтетические (полиэлектролиты). Наиболее часто у нас в стране в качестве коагулянтов используют соли железа и алюминия. Коагулирующее действие этих веществ проходит вслед за растворением, но не приводит сразу к образованию гидроксидов, и, образуя, например, промежуточные соединения — гидроксиалюминиевые комплексы, обусловливает изменения, необходимые для нейтрализации коллоидов, а также полимеризацию, т.е. образование мостиков между коллоидами, чем обеспечивается инициация процессов флокуляции.

На сегодняшний день на российском рынке предлагается множество реагентов, применяемых в технологии очистки воды. Перечень некоторых из них представлен в таблице 3 [5] .

Заслуживает внимания коагулянт ОХА «Бриллиант®50» производства Ишимбаевского специализированного химического завода катализаторов, Башкирия.

Рассмотрим более подробно наиболее часто применяемые коагулянты.

Сернокислый алюминий – Al 2(SO4)3

Этот коагулянт наиболее часто применяется для осветления и обесцвечи-

вания воды. Сырьем для его получения служат глинозем Al2(SO4)3 × 18H2O, бокситы, глины и серная кислота. Весь продукт поступает навалом в закрытых железнодорожных вагонах. Очищенный сернокислый алюминий (ГОСТ 12966-85). Сначала его растворяют, отфильтровывают примеси, упаривают раствор до определенной концентрации, дают ему застыть в твердую массу. Выпускается 3 сорта: высший, 1 и 2. Качество продукта определяется следующими показателями (см.табл.4).