7576

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

А.Л. Васильев, Э.А. Кюберис, Е.В. Воробьева, О.В. Кащенко, М.О. Жакевич, С.В. Кулемина

ОЧИСТКА ПРИРОДНЫХ ВОД. РЕАГЕНТНОЕ ХОЗЯЙСТВО ВОДОПРОВОДНЫХ СТАНЦИЙ.

ПОРЯДОК РАСЧЕТОВ

Учебно-методическое пособие по выполнению курсового проекта

для обучающихся по дисциплине «Очистка природных вод» направлению подготовки 08.03.01 Строительство, направленность (профиль) Водоснабжение и водоотведение

Нижний Новгород

2022

3

УДК 628.16

Васильев А.Л. / Очистка природных вод. Реагентное хозяйство водопроводных станций. Порядок расчетов: учебно-методическое пособие / А.Л. Васильев, Э.А. Кюберис, Е.В. Воробьева, О.В. Кащенко, М.О. Жакевич, С.В. Кулемина; Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет. – Нижний Новгород: ННГАСУ, 2022. – 70 с. – Текст: электронный.

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 «Очистка природных вод» направлению подготовки 08.03.01 Строительство, направленность (профиль) Водоснабжение и водоотведение.

© А.Л. Васильев, Э.А. Кюберис, Е.В. Воробьева, О.В. Кащенко

М.О. Жакевич, С.В. Кулемина, 2022 © ННГАСУ, 2022

4

СОДЕРЖАНИЕ

1.РЕАГЕНТНЫЕ СПОСОБЫ ОЧИСТКИ ВОДЫ…………………………….5

2.НАЗНАЧЕНИЕ И ВИДЫ ПРИМЕНЯЕМЫХ РЕАГЕНТОВ………………8

2.1.Коагулянты………………………………………………………………….8

2.2.Флокулянты .........................................................…………………………16

2.3.Подщелачивающие реагенты……………………………...……………..21

2.4.Реагенты для удаления привкусов и запахов ...…………………………22

3.1.Дозы реагентов для обесцвечивания и осветления воды……………….24

3.2.Сухой способ хранения реагентов............ …………………….................25

3.2.1.Расчет площади склада………………………………………………………....25

3.2.2.Расчет растворных и расходных баков.......... …………………………26

3.3.Расчет сооружений для мокрого хранения коагулянта………………….30 3.4.Дозирование реагентов…………………………………………….……...34

3.5. Отделение извести…………………………………………………………37

3.6.Отделение полиакриламида (ПАА)……………………………………...44 3.7.Отделение активной кремнекислоты(АК)……………………………….47 3.7.Отделение активированного угля………………………………………..49 3.8.Отделение соды, перманганата калия и тиосульфата натрия………….51 4. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ………...…………………………………………....52

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………….67

5

1. РЕАГЕНТНЫЕ СПОСОБЫ ОЧИСТКИ ВОДЫ

Очистка воды обычно представляет собой комбинацию нескольких про-

цессов: физических, химических, биологических и других. Они обеспечивают вначале удаление всех взвешенных веществ, затем коллоидных и некоторых растворенных неорганических и органических примесей, полного обеззара-

живания. Отдельные характеристики воды иногда нуждаются в корректировке.

В зависимости от объективных условий могут быть применены различные вари-

анты обработки воды.

В мировой и отечественной практике наблюдается разнообразие техноло-

гических приемов водоподготовки, вызванное, прежде всего качеством воды в источнике, требованием потребителя к качеству воды, экономическими факто-

рами, количеством очищаемой воды и некоторыми другими.

Одним из важных приемов очистки является применение коагулянтов и флокулянтов. В таблице 1 приведены основные технологии, в которых исполь-

зуют 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 раз-

личные 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 круп-

ности.

Характеристика осаждения некоторых частиц

Из таблицы видно, что естественная скорость осаждения коллоидных ча-

стиц 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 коалис-

ценция не проходит самостоятельно, т.к. коллоидные соединения характери-

зуются наличием сил, поддерживающих взвесь в диспергированном состоя-

нии. Это состояние характеризуется стабильностью, которая может объяс-

няться или сольватацией, или защитным действием определенных адсорбиро-

ванных веществ, или действием электростатических сил, отталкивающих части-

цы друг от друга. В природных водах коллоиды всегда имеют отрицательный заряд. Чтобы осуществить их осаждение с достаточной скоростью, необхо-

димо вызвать агломерацию коллоидных примесей с образованием относительно крупных частиц. Такое изменение суспензии может быть результатом двух про-

цессов:

1.Дестабилизации, которая достигается обычно добавлением химиче-

ских реагентов, снимающих действие сил отталкивания;

2. Агломерации «нейтрализованных» коллоидов.

8

В практике обработки воды термин «коагуляция» принято относить к про-

цессам дестабилизации и термин «флокуляция» - к агломерации нейтральных коллоидов. Соответствующие реагенты известны как коагулянты и флокулян-

ты.

2. НАЗНАЧЕНИЕ И ВИДЫ ПРИМЕНЯЕМЫХ РЕАГЕНТОВ

2.1. Коагулянты

Коагуляция (от латинского coagulation - свертывание, сгущение) объ-

единение частиц дисперсной фазы в агрегаты при соударениях. Соударения проис-

ходят в результате броуновского движения частиц, а также седиментации, переме-

щения частиц в электрическом поле (электрокоагуляция), механического воздей-

ствия на систему (перемешивания, вибрации). Характерные признаки коагуляции -

увеличение мутности (интенсивности рассеиваемого света), появление хлопье-

видных 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 грубо-

дисперсных системах (суспензиях) при отсутствии броуновского движения пер-

вичных частиц о коагуляции можно судить по изменению седиментации от осе-

дания независимых первичных частиц с постепенным накоплением осадка (бес-

структурная седиментация) к оседанию агрегатов сплошным слоем; при достаточ-

но высокой концентрации частиц в системе такой слой образует четкую границу

(структурная седиментация). Кроме того, коагуляция приводит к увеличению ко-

нечного объема осадка.

Коагулянты - вещества, способные вызывать или ускорять коагуляцию.

Введение в систему коагулянтов широко используют для облегчения про-

цессов, 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 очист-

ных 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 избыточ-

ных количеств осадка и остаточных количеств воде алюминия, железа и др.

5.Не всегда образуется осадок, обладающий характеристиками, необходи-

мыми для его эффективного осаждения.

Иногда применяют коагулянты не только неорганические, но и органиче-

ские: альгинаты, крахмал, а также синтетические (полиэлектролиты). Наиболее часто у нас в стране в качестве коагулянтов используют соли железа и алюми-

ния. Коагулирующее действие этих веществ проходит вслед за растворением, но не приводит сразу к образованию гидроксидов, и, образуя, например, промежу-

точные соединения — гидроксиалюминиевые комплексы, обусловливает из-

менения, 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 реа-

гентов, 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, Баш-

кирия.

Рассмотрим более подробно наиболее часто применяемые коагулянты.

Сернокислый алюминий – Al2(SO4)3

Этот коагулянт наиболее часто применяется для осветления и обесцвечи-

вания воды. Сырьем для его получения служат глинозем Al2(SO4)3 18H2O, бок-

ситы, глины и серная кислота. Весь продукт поступает навалом в закрытых же-

лезнодорожных вагонах. Очищенный сернокислый алюминий (ГОСТ 12966-85).

Сначала его растворяют, отфильтровывают примеси, упаривают раствор до определенной концентрации, дают ему застыть в твердую массу. Выпускает-

ся 3 сорта: высший, 1 и 2. Качество продукта определяется следующими показа-

телями (см.табл.4).