Анализ существующей схемы очистки питьевой воды г. Новочеркасска

 

Преимущества дренажных фильтров.

 

Вся продукция отличается высоким качеством изготовления в соответствии с самой передовой технологией.

 

• Высокая прочность и долговечность.
• Химическая стойкость.
• Простота монтажа и демонтажа.
• Равномерное распределение воздуха или воды.
• Минимальные потери напора в системе.
• Восстановление диспергирующего слоя.
• Устойчивость к гидро – и аэродинамическим ударам.
• Контроль качества и испытания.

 

Производственная и научная деятельность фирмы осуществляется на базе собственных разработок и изобретений. Все производимое оборудование запатентовано и сертифицировано. На все проводимые работы имеются лицензии.

 

2.3.Химические и физические  процессы, происходящие при очистке  воды

 

В процессе осветления воды происходит коагуляция примесей воды – это процесс укрупнения мельчайших коллоидных и дисперсионных частиц вследствие их взаимного слипания под действием сил молекулярного притяжения. Коагуляция завершается образованием видимых невооруженным глазом агрегатов – хлопьев и отделением их от жидкой среды.

Частицы примесей природной воды при столкновении друг с другом или с частицами контактной массы обычно отталкиваются, так как они обладают определенной агрегативной устойчивостью. Она обусловлена электростатическими силами отталкивания, определяемыми наличием вокруг частиц двойного электролитического слоя, состоящего из противоположно заряженных ионов. Чтобы вызвать коагуляцию примесей воды, к ней добавляют химические реагенты – коагулянты – соли алюминия или железа. При введении в обрабатываемую воду сернокислотного алюминия происходит диссоциация его молекул:

Образовавшиеся ионы алюминия частично адсорбируются коллоидными и взвешенными частицами, а частично гидролизуется с образованием гидроокиси алюминия. В первом случае нарушается агрегативная устойчивость примесей воды, происходит их взаимное слипание при контакте друг с другом или с частицами контактной массы. Во втором случае формируются хлопья гидроокиси алюминия, на поверхности которых сорбируются дисперсные и коллоидные вещества (примеси). Отдельные хлопья при контакте укрупняются, а затем выпадают в осадок ила, задерживаются в толще фильтрующей загрузки.

Процесс коагуляции в значительной степени зависит от следующих факторов: правильного выбора дозы коагулянта, концентрации водородных ионов в воде, щелочности и температуры воды, условий перемешивания (в КХО), быстроты смешивания коагулянта с водой и содержания в воде естественных взвесей.

Для улучшения процесса коагуляции в воду могут вводиться флокулянты – химические вещества, способствующие образованию крупных флокул. В качестве флокулянтов используется полиакриламид или активированная кремневая кислота.

Действие полиакриламида на укрупнение хлопьев объясняется следующим: он представляет собой полимер амида и солей акриловой кислоты:

При диссоциации в водном растворе в цепочке полимера могут образовываться отрицательно заряженные группы R-COO. Положительные группы получаются в результате гидротации амидов с образованием . В воде, содержащей коллоидные загрязнения, их частицы собираются молекулами полиакриламида. При этом частицы загрязнений оказываются связанными цепочками полимера.

Это приводит к образованию крупных быстроосаждающихся хлопьев – флоккул. Но для образования хлопьев необходимо чтобы молекулы ПАА и взвешенные частицы сближались настолько, чтобы начали действовать силы молекулярного притяжения. Для этого необходимо вводить флокулянт в воду после введения коагулянта.

Для обеззараживания воды применяют хлорирование. Под действием хлора большинство бактерий погибает в результате окисления веществ, входящих в состав протоплазмы клеток. Хлорирование является также хорошим средством борьбы с развитием в воде мельчайших водорослей.

При хлорировании в результате гидролиза хлора образуется хлорноватистая и соляная кислоты.

Хлорноватистая кислота HOCl – соединение не стойкое, диссоциирующее с образованием гипохлоритного иона OCl– . При этом окислительное действие оказывают как хлорноватистые кислота, так и гипохлоритный ион.

2.4. Рекомендации по организации  работы очистных сооружений.

Оксихлориды алюминия во многих странах мира уже давно применяются для очистки природных и сточных вод. В 1935 году опубликована первая работа, в которой предложено проводить флокуляцию загрязненного сахарного раствора с помощью оксихлорида алюминия.

Интенсивные работы по получения и применению ОХА для очистки природных вод проводятся в Японии, Италии, Франции, Англии и других странах. Уже впервые работы по получению ОХА в качестве коагулянтов в нашей стране показали целесообразность его производства и применения.

 

 

Физико-химические свойства водных растворов хлорида и оксихлоридов алюминия

 

С увеличением содержания соли плотность, вязкость и кислотность растворов увеличивается. Вязкость в растворах хлорида алюминия заметно выше, чем в растворах оксихлоридов. Это свидетельствует о том, что в растворах АlCl3 имеет место комплексообразование. Максимум электропроводности по мере увеличения основности оксихлорида сдвигается в область более концентрированных растворов.

В растворах ОХА, где кислотность среды заметно ниже, вклад ионного механизма в перенос тока возрастает с увеличением основности оксихлорида. А поскольку электропроводность зависит от концентрации ионов, ответственных за перенос тока, повышение концентрации оксихлорида способствует увеличению электропроводности.

По данным Танабе, состав основного хлорида, полученного различными методами, отвечает по формуле Аl2+n (ОН)3n Cl3. В зависимости от способа получения этих соединений изменяется скорость нейтрализации их соляной кислотой, что указывает на различное содержание ОН - в комплексных ионах, находящихся в равновесии в растворе.

Этим же автором изучался состав растворов основного хлорида алюминия с помощью электрофореза на бумаге. Исследованиям подвергались оксихлориды  общей формулы Аl2+n (ОН)3n Cl3 в присутствии буферных растворов с рН 3—7. Путь перемещения ионов уменьшается с ростом рН. При рН >5 он растет с увеличением, а при рН < 5 с уменьшением основности (n). Конденсация гидроксоалюминиевых ионов солевыми мостиками, измеренная по скорости нейтрализации растворов действием 0,1N HCl, зависит как от температуры и времени, так и концентрации алюминия. Степень конденсации в растворах высокой основности увеличивается с ростом концентрации, а в растворах низкой основности – с падением концентрации. В первом случае главную роль играет сближение ионов, во втором – прогрессирующий гидролиз за счет координационно связанной воды.

Э.И.Левицкий и В.Н.Максимов считали, что в растворах реально существует только один основной хлорид алюминия – 5/6-оксихлорид, который можно легко выделить с свободном состоянии. Более низкоосновные продукты гидролиза представляют собой комбинацию из АlCl3 и Аl2 (ОН)3Cl в различных соотношениях, а высокоосновные – есть не что иное как «полимеризованные разности 5/6-оксихлорида».

Из гидролизованных растворов хлорида алюминия практически удается выделитъ только один основной продукт - 5/6-оксихлорид. Впервые его строение описал Тредвелл. По ходу кривых потенциометрического титрования он предположил существование катионов [Al2O3(ОН)]+.

Температура кипения растворов 5/6-оксихлорида с увеличением концентрации от 1 до 15% массы (по Аl2О3) изменяется незначительно от 99,9 до 100,7 °С. При длительном кипячении растворов Al2(ОН)3 Сl разлагается с образованием

Аl(ОН)3 , а при длительном хранении (больше месяца) растворы начинают опалесиировать.

Товарный продукт 5/6-оксихлорида алюминия может поставляться как в виде растворов различной концентрации, так и в виде стекловидных пластин или порошка с зернистостью примерно 1 мм и насыпным весом 1 г/cм3. Твердый продукт негигроскопичен и хорошо растворим в воде. Содержание Аl2О3 в нем – 42%.

Остальные основные хлориды алюминия существуют только в растворах. Каждому из них отвечает определенный интервал рН. Однако свойства этих растворов подробно не изучались.

 

 

Формы существования оксихлоридов алюминия в водных растворах

 

В работах предпринята попытка с помощью различных методов физико-химического исследования (радиометрия, УФ, КРС и др.) определить состав продуктов гидролиза и некоторые количественные характеристики системы АlCl3 – вода в состоянии равновесия. Исследованию подвергались растворы ОХА различного состава Аl(ОН)Cl2, Al(ОН)2Сl, Al2(ОН)3Сl, получаемые при взаимодействии алюминия с водным раствором АlCl3, а также самого хлорида алюминия в широком диапазоне концентраций – от 1·10-3 до 2 мол/л.

Результаты спектроскопических исследований примерно одинаковы. Спектральные кривые молекулярных  растворов исследуемых объектов во всех случаях индивидуальны. Накладка происходит лишь при смешении растворов оксихлоридов различной основности. Так, спектральные кривые растворов АlCl3 + Al(ОН)2Cl и Al(ОН)Cl2 полностью идентичны.

В растворах оксихлоридов присутствует в основном хлорид-ионы и алюминийсодержащие катионы, которые ответственны за перенос тока.

С увеличением рН растворов гидролиз осложняется ассоциативными процессами. Согласно криоскорическим измерениям, каждый из оксихлоридов характеризуется вполне определенной температурной депрессией. В растворах АlCl3 отношение близко к 4 (4 сорта частиц), для растворов Al(ОН)Cl2 оно равно 2, в растворах Al(ОН)2Cl – 1 и для 5/6-оксихлорида – 0,25.Низкая температурная депрессия для растворов высокоосновных оксихлоридов свидетельствуют не об отсутствии электролитных свойств, а о нарастающем процессе ассоциации частиц.

С помощью концентрационной зависимости функции Бьеррума были рассчитаны ступенчатые константы гидролиза в растворах АlCl3 для стадий образования 1/3 – 2/3 и 5/6-оксихлоридов и равновесные концентрации каждой из форм. Полученные данные свидетельствуют о том, что равновесные концентрации всех трех продуктов гидролиза сравнительно мало зависят от аналитической концентрации  АlCl3. При этом наблюдается довольно хорошее постоянство константы гидролиза для стадий Al(ОН)Cl2→ Al(ОН)2Cl→ Al2(ОН)3Сl. Резкое де изменение концентрационной константы гидролиза для стадии АlCl3→ Al(ОН)Cl2 связано с существенными изменениями коэффициентов активности при быстром изменении истинной концентрации АlCl3, в равновесных растворах с ростом его аналитической концентрации.

Таким образом, полученные данные свидетельствуют об одновременном существовании в хлоридных растворах алюминия нескольких гидролизованных форм, находящихся в динамическом равновесии друг с другом. Соотносительное

содержание этих форм является функцией состава и рН раствора. Именно поэтому многие методы, в частности спектральные, кондуктометрические, показывают плавный характер изменения состава продуктов гидролиза в растворах, которые удобно выражать одной общей формулой [Al(ОН)3-хClх]n, где х, в зависимости от кислотности и концентрации раствора, может принимать любые значения от 1 до 3. Приведённые данные не противоречат мнению о том, что оксихлориды алюминия – это соединения переменного состава, находящиеся в различной степени гидратации.

 

Основные технологические параметры

 

В настоящее время на ОСВ применяется новый реагент для очистки воды оксихлорид алюминия (ОХА).

Для использования оксихлорида алюминия на ВОС-1 была проведена реконструкция существующего склада коагулянта [Al2(SO4)3] и замена существующих насосов подачи рабочего раствора коагулянта на новые.

Существующий склад коагулянта разделяется на две части кирпичной стеной. В одной части будет хранится сульфат алюминия, во второй оксихлорид алюминия.

Проектируемый склад рассчитан на хранение жидкого товарного оксихлорида алюминия 10-18% концентрации и приготовление жидкого 10% ОХА из сухого реагента 30% активности.

Доставка жидкого ОХА на очистные сооружения предусматривается в автоцистерне марки КО-505-А, оборудованной насосом. Из автоцистерны насосом жидкий ОХА подается в 4 емкости по 16 м3  каждая (поз. 1…4), которые имеются на ВОС-1.

Настоящим проектом предусматривается антикоррозийная защита внутренней поверхности этих емкостей.

Для их установки в складе необходимо воспользоваться существующими проемами ворот, которые в дальнейшем закладываются кирпичом.

Доставка сухого реагента ОХА, расфасованного в мешки весом 25 кг, осуществляется автотранспортом, а его хранение предусмотрено в существующем складе пустой тары.

Потребление товарного жидкого коагулянта ОХА 10% активности составляет 3,8 м3/сут; 114 м3/мес.

Приготовление 10% раствора ОХА из сухого коагулянта предусматривается в двух гуммированных вертикальных аппаратах с мешалками емкостью по 2 м3 (поз. 8,9).

Из склада коагулянта ОХА 10% активности подается насосами-дозаторами ДП2500/10 (поз. 6,7-1 раб., 1 рез.) в 3 существующие растворно – расходные емкости объемом по 12 м3, где готовится 1-2% раствор ОХА. Из растворно–расходных емкостей раствор ОХА насосами – дозаторами ДП2500/10 (поз. 12…15-2 раб., 2рез.) подается в два существующих вихревых смесителя.

Приготовление растворов оксихлорида алюминия, подвод затворной жидкости к насосам – дозаторам предусматривается от проектируемого хоз – питьевого водопровода.