Методы улучшения реагентного умягчения воды в осветлителях

В статье рассматриваются методы улучшения свойств контактной среды использованием полиакриламида без коагулянта в процессе реагентного умягчения воды в осветлителях; зависимость максимальных значений показателей, таких как увеличение скорости осаждения и массовой концентрации взвеси от соотношения компонентов в осадке и от дозы флокулянта.

В технологических процессах широко применяется подготовка воды методом реагентного умягчения, осуществляемый в осветлителях со взвешенным слоем осадка. С целью интенсификации осаждения взвеси, применяют коагулянты и флокулянты.

Нередко использование коагулянтов приводит к перерасходу извести эквивалентно его дозе.

Вышеизложенные факторы предопределили проведение исследований по концентрированию взвешенного слоя осадка в осветлителях в присутствии одного флокулянта и выявлению взаимосвязи между этим показателем и параметрами работы сооружения, в особенности при пониженных температурах обрабатываемой воды. Первоначально установили, что процесс взаимодействия полиакриламида (ПАА) с частицами, образующимися при известковании воды, проходит как по сорбционному механизму (остаточная концентрация ПАА при его дозе 1 мг/л составляла не более 0,01 мг/л), так и электрохимическому. Последнее обстоятельство доказано уменьшением величины электрокинетического потенциала частиц, связанных с ПАА, а в отдельных случаях изменением знака заряда. Данное объяснение механизма процесса согласуется с теоретическими выводами.

При изучении особенностей технологии процесса выявили целесообразность ввода флокулянта перед известкованием, что обусловлено более равномерным распределением флокулянта и взаимодействием его с большим количеством минеральных частиц.

Эксперименты проводились на водах, характеризующихся следующими показателями: жесткость 7-11 мг-экв/л, щелочность 3-5 мг-экв/л, окисляемость 1 мг/л, содержание взвешенных веществ до 100 мг/л.

В начале модели осветлителя, определяли скорость осаждения взвеси при разных составах исходных вод, режимах умягчения и сочетания реагентов при температуре 200С. Полученные результаты показали, что при изменении значения αм от 0,1 до 0,35 скорость свободного осаждения взвеси при разных составах исходных вод, режимах умягчения и сочетания реагентов при температуре 200С. Полученные результаты показали, что при изменении значения αм от 0,1 до 0,35 скорость свободного осаждения взвеси υr находится в пределах 5-3,2 мм/с. При этом для достижения максимального значения υr с повышением доли гидроксида магния в осадке необходимое количество флокулянта увеличивается. В случае использования коагулянта FeSO4 в аналогичных условиях υr составляет 2,35-2 мм/с.

На основании экспериментальных данных было выявлена взаимосвязь:

DПАА = 0,006 Cи αм,

В действительности, при водоподготовке большой интерес представляет не только улучшение седиментационных свойств взвеси, но и оценки возможности концентрирования взвешенного слоя осадка с целью ведения процесса при уменьшении температуры. В связи с этим на модели осветлителя получена зависимость между удельной дозой полиакриламида и массовой концентрацией твердой фазы взвешенного осадка Св при заданной αм и скорости восходящего потока воды υ0 = 1,5 мм/с (рисунок).

Массовые концентрации вывешенного слоя осадка при разных дозах полиакриламида для различных αм при скорости восходящего потока 1,5 мм/с

1- λм =0,07; t=20˚С; 2- λм =0,07; t=33˚С;3- λм =0,16; t=20˚С; 4- λм =0,3; t=20˚С;

Опыты показали, что при небольших значениях αм ≤ 0,1 (т.е. при декарбонизации) массовая концентрации Св до 20 г/л, а при αм=0,3 концентрация твердой фазы во взвешенном слое осадка Св не превышает 6 г/л. Кривые 1, 2, полученные при разных температурах прочих равных условиях, свидетельствуют о положительном влиянии на Св снижения температуры с 33 до 200С, однако при оптимальной пики этих кривых практически совпадают.

Другим показателем контактной среды является величина ее объемной концентрации Со. Методика определения описана в [1,2]. Известно [1], что применение флокулянтов приводит к увеличению Со, что обусловлено получением боле плотного осадка. Проведенные исследования показали, что в условиях максимального использования адсорбционной активности ПАА во взвешенном слое осадка возрастает концентрация твердой фазы и объемная концентрация контактной среды.

Общеизвестно, что объемную концентрацию Со в пределах значений 0,05-0,2 связано с критерием сепарации Кс, характеризующим адгезионные свойства контактной среды.

На основе результатов экспериментов, проведенных при различных режимах умягчения и постоянной высоте контактной среды этот принцип использован при расчете Кс:

Кс=(30+0,5 t)Hc,

где t–температура, оС; Со – объемная концентрация; Hc – высота слоя, мм.

Влияние флокулянта адгезионные свойства контактной среды при различных режимах умягчения

Во втором этапе изучали влияние концентрации твердой фазы во взвешенном слое на показатели качества умягченной воды при различных температурах. Увеличение концентрации твердой фазы в контактной среде служит предпосылкой как более глубокого протекания процесса, так и возможности снижения температуры при одинаковом эффекте умягчения. Сопоставление результатов при разных режимах умягчения и дозах ПАА проводились на водах, близких по качеству.

Выявлено, что увеличение концентрации твердой фазы во взвешенном слое осадка при одинаковых температуре и режиме умягчения позволяет снизить остаточную щелочность воды, наличие концентрированного взвешенного слоя фактически нивелирует влияние температуры и процесс умягчения можно эффективно осуществлять при пониженных температурах без снижения производительности осветлителя.

Представленные результаты лабораторных исследований доказывают, что использование флокулянта ПАА перед известкованием воды позволяет увеличить производительность процесса разделения твердой и жидкой фаз при умягчения седиментационных свойств взвеси, а, следовательно, скорости ее осаждения. С другой стороны, появляется возможность концентрирования твердой фазы и снижения температуры процесса при получении необходимого качества воды.

При этом преимущественным оказался ввод флокулянта в воздухоотделитель, т.е. перед известкованием, о чем свидетельствует повышение массовой концентрации взвеси и скорости ее осаждения, и снижение температуры воды до 15оС не уменьшило эффекта умягчения, а содержание взвешенных веществ в обработанной не превысило ~3 мг/л при увеличении нагрузки на 60 %. Таким образом:

- на реальных условиях подтверждена возможность осуществления процесса при пониженных температурах с одновременным повышением единичной производительности осветлителя без ухудшения качества обработанной воды;

- использование ПАА без коагулянта в процессе реагентного умягчения подземных и маломутных вод позволяет улучшить свойства контактной среды: увеличит скорость осаждения и массовую концентрацию взвеси. Максимальные значения этих показателей зависят как от соотношения компонентов в осадке, так и от дозы флокулянта;

- улучшение седиментационных свойств взвеси позволяет повысить единичную производительность осветлителя, концентрирование взвешенного слоя осадка – вести процесс при пониженной температуре без ухудшения качество обработанной воды.

Литература:

1. Кургаев Е.Ф. «Основы теории и расчета осветлителей». – М.: Госстройиздат. 1962
2. Квятковский В.М., Баулина А.И. «Руководящие указания по известкования воды на электростанциях». – М.: СЦНТ 1973.
3. Баулина А.И. «Исследование контактной среды и совершенствование осветлителей при известковании воды». Автореф. диссерт. конд.тех.наук. – М.: 1978.
4. La Mer V.K. Filtration of Colloid Dispersions Flocculateol by Anionic and Canonic Polyelectrolyte’s // Discussions of Farday Society. 1966.