Выбор и расчет системы водоподготовки

Флокулянты – это вещества, ускоряющие слипание агрегативно неустойчивых частиц в обрабатываемой воде, интенсифицирующие процесс образования хлопьев и увеличивающие их размеры. Сорбируясь частицами осадка, флокулянты как бы «сшивают» их и образуют сетчатую структуру, способствуя образованию крупных флокул, более тяжелых и оседающих быстрее.

Флокулянты:

а) природные:

• неорганические (Н₂SiО₃)
• органические (крахмал, карбоксилметилцеллюлоза)

б) синтетические  высокомолекулярные флокулянты (ВМФ) – органические полимеры или сополимеры с разнообразными функциональными группами.

Синтетические ВМФ подразделяют на неионные, катионные и анионные соединения.

К неионным флокулянтам относится полиоксиэтилен (ПЭО), состав его элементарного звена: СН₂ – СН₂ – О – (М = 4 · 10⁴ – 5 · 10⁷).

Преимущество  – индифферентность к рН раствора; недостаток – малая прочность  флоккул и легкая разрушаемость  при интенсивном перемешивании.

Наиболее  известен полиакриламид (ПАА) – полимер акриламида:

      СН₂ – СН –

           

               С = О

 

               N Н₂        

                               n

 

 

                                       (М = 1-6 · 10⁶)

 

 

 

 

 

2.2.1. Определение дозы коагулянта

 

В технологии водообработки под термином «коагулирование» подразумевают совокупность всех методов, применяемых в процессе коагуляции примесей воды.

Доза коагулянта по цветности  определяется по формуле:

                                                        (2)

 

где Ц – цветность воды, град.

Д_к =4Ö90=37,95 ,мг/л

Доза коагулянта по мутности определяется по табл. 2, т.к. мутность равна 60мг/дм³ , то Д_к =30,мг/л.

Для обработки  мутных вод дозу коагулянта - например сульфата алюминия, принимают по табл. 2 в зависимости от мутности воды.

Таблица 2

Определение дозы коагулянта

Мутность воды, мг/л	Доза безводного коагулянта   для обработки мутных вод, мг/л
До 100	25–35
Св. 100 до 200	30–40
«  200 « 400	35–45
«  400 « 600	45–50
«  600 « 800	50–60
«  800 « 1000	60–70
« 1000 « 1500	70–80

Примечание. При одновременном содержании в воде взвешенных веществ и цветности принимается большая из доз коагулянта, определенных по табл. 2 и формуле (2).

Для дальнейших расчетов выбираем большую дозу коагулянта по цветности  Д_к =37,95,мг/л. Принимаем для удобства 38 мг/л.

 

2.2.2. Применение флокулянтов

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

– при  вводе перед отстойниками или  осветлителями со взвешенным осадком  – по табл. 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 3

Определение дозы флокулянта

Мутность воды, мг/л	Цветность воды, град	Доза безводного ПАА, мг/л
До 10	Св. 50	1–1,5
Св. 10 до 100	30–100	0,3–0,6
« 100 «  500	20–60	0,2–0,5
« 500 « 1500	–	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 %

Для дальнейших расчетов выбираем дозу флокулянта ПАА 0,5 мг/л.

2.2.3. 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.

В качестве подщелачивающего реагента наиболее целесообразно  применять известь. Необходимые для улучшения процесса хлопьеобразования дозы подщелачивающих реагентов Д_щ , мг/л, определяют по формуле

Д_щ = К_щ (Д_к /е_к– Щ + 1),                                         (3)

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.

Щ – минимальная щелочность воды, мг.

 

   Щ = Ж_к = Ж_общ - Ж_пост,                                           (4)

где Ж_общ – общая жесткость,        

Ж_пост – постоянная жесткость.

Реагенты  для подщелачивания воды следует  вводить одновременно с вводом коагулянтов. При получении по формуле (3) отрицательного значения дозы щелочи подщелачивание не требуется.

 

Щ = Ж_к = 7,0 – 2,3 = 4,7.

Д_щ = 28 (38/57 –4,7+ 1) = - 84,93.

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

 

2.2.4. Определение суточных расходов  реагентов

 

Принят метод очистки с использованием реагентов: коагулянта и флокулянта. В качестве коагулянта выбран наиболее распространенный реагент – сульфат алюминия с характеристиками, приведенными в табл. 4. Коагулянт поставляется в виде гранул и упакован в мягкие контейнеры типа BIG-BAG вместимостью до 2 т.

Основные  характеристики часто применяющихся  реагентов приведены в табл. 4.1.

Таблица 4

Характеристики  реагентов

Наименование		Химическая   формула		Содержание   активного   вещества   в техническом продукте а, %		Объемная масса r, кг/м3		Примечания
Коагулянты
Алюминия сульфат   гранулированный ГСА				51 в расчете на  ,   16 – Al2O3		1100		Поставка в мешках или в контейнерах  типа BIG-BAG
Алюминия    оксихлорид (ОХА)				Al2O3 – в жидком 20–25, в твердом –40–50		1300-1400		Поставка в жидком виде
Алюминат   натрия				55 Al2O3		1200		Поставка в мешках
Железо   хлорное		FeCl3		95–97		1300		Поставка в металлических барабанах
Реагенты для подщелачивания
Известь   негашеная		СаО		60–85		1000		Поставка в контейнерах типа BIG-BAG
Сода кальцинированная техническая				98		1000		Поставка в мешках
Наименование	Химическая   формула		Содержание   активного   вещества в   техническом продукте а, %		Объемная масса r, кг/м3		Примечания
Флокулянты
Праестол 650	–		100		1000		Поставка в мешках
Полиакриламид –гель технический   марки "аммиачный"	–		6		1000		Поставка в мешках
Флокулянт ПАА-ГС (полиакриламид гранулированный)	–		50–56		1000		Гранулы, поставка в мешках

 

В качестве флокулянта принят полиакриламид гранулированный ПАА-ГС, поставляемый в мешках. Доза флокулянта  Д_ф принята по данным табл. 3 и равна 0,5 мг/л.

 

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

 

 

 

 

                                                (5)

 

где Д – доза реагента, мг/л; а – содержание активного вещества в товарном продукте, %, по табл. 4.

 

Для коагулянта (сульфата алюминия) Д_к = 38 мг/л, а = 51 %,

 

 

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

 

 

 

2.3. Хранение, приготовление  растворов и дозирование реагентов  

 

2.3.1. Общие сведения 

 

Комплекс  устройств, сооружений, оборудования для  складирования, хранения, приготовления  растворов и дозирования реагентов  называют обычно реагентным хозяйством водоочистной станции.

Реагенты  на станцию поставляются в сухом  виде (порошки, гранулы кусковые материалы), в виде раствора или сжиженного газа (хлор, аммиак, кислород).

Реагенты  в твердом виде доставляются навалом, в мешках или в мягких контейнерах. Растворы доставляются крепостью до 30 % в автомобильных или железнодорожных  цистернах. Сжиженные газы транспортируются в специальных баллонах или контейнерах.

Обычно  реагенты вводятся в обрабатываемую воду в виде растворов, поэтому сухие  вещества перед использованием следует  растворять.

Порошкообразные, хорошо растворимые реагенты,  вводят в воду в их естественном сухом виде с помощью специальных дозаторов.

Способ  хранения и использования реагентов  зависит от их агрегатного состояния, условий поставки с заводов-изготовителей  и расхода вещества.

При небольших  расходах реагентов их хранят на складе в сухом виде, навалом или в  заводской таре. В этом случае периодически готовят рабочие растворы. Приготовление растворов при сухом хранении достаточно трудоемко и сопровождается выделением вредностей в воздух цеха.

Широкое распространение получил способ мокрого хранения реагентов. В этом случае на водоочистной станции предусматривают  специальные резервуары, в которых  расчетный запас коагулянта, доставляемого  с завода-изготовителя, хранится в  виде концентрированного раствора. В  процессе эксплуатации этот раствор  подается в расходные баки, где  доводится до рабочей концентрации, и затем дозируется в обрабатываемую воду.

На станции  должен храниться запас реагентов  на срок не менее 15 суток. В расчетах обычно принимается месячный запас.

2.3.2. Отделение приготовления коагулянта

 

Наиболее  распространенные схемы приготовления  коагулянта приведены на рис. 1.

По схеме 1, а коагулянт на станцию доставляется автотранспортом и хранится на складе 6 в транспортной таре. При хранении реагентов в таре высота штабеля обычно от 1,5 до 3 м. По мере надобности коагулянт со склада перемещают в растворные баки, где он растворяется водой до концентрации 15–24 %. В случае использования кускового коагулянта растворные баки должны быть снабжены колосниковой решеткой, на которой размещается кусковой материал.

Для ускорения  процесса растворения коагулянта производится барботаж воздухом с помощью дырчатых труб, расположенных под колосниковой решеткой. По мере растворения коагулянта находившиеся в кусках примеси (шлам) через отверстия колосниковой решетки опускаются на дно растворного бака. Днища баков устраиваются с наклоном к горизонту под углом 45⁰. Для выпуска шлама служит трубопровод d = 150 мм.

После отстаивания  раствор коагулянта перекачивают насосом 2 в расходные баки 3, где разбавляют водой до концентрации 4–10 % и подают в очищаемую воду насосом-дозатором 4.

Днища расходных  баков также должны иметь уклон  к сбросному трубопроводу, диаметр  которого d = 100 мм.

Для перегрузки коагулянта от транспорта на склад  и далее к растворному баку в цехе предусматривается грузоподъемный механизм 5.

Время полного  цикла приготовления раствора коагулянта (загрузка, растворение, отстаивание, перекачка, при необходимости чистка поддона) следует принимать 10–12 ч. Количество растворных баков надлежит назначать  с учетом объема разовой поставки, способов доставки и разгрузки коагулянта, его вида, а также времени его  растворения и должно быть не менее  трех. Количество расходных баков  должно быть не менее двух.

Отделение приготовления коагулянта с мокрым хранением приведено на рис. 1, б. Здесь вся масса коагулянта, рассчитанная на нормативный срок хранения, выгружается в растворные баки-хранилища 1, и коагулянт хранится в виде раствора. Растворение коагулянта производится только при его доставке 1–2 раза в месяц, поэтому при приготовлении реагента создаются лучшие условия труда.

Дальнейшее  приготовление рабочего раствора и  его дозирование аналогично приведенному на рис. 1, а.

 

 

 

 

Рис. 1. Цех реагентов. Отделение  приготовления коагулянта: а – с сухим хранением; б – с мокрым хранением; 1 – растворный бак; 2 – насос перекачки раствора в расходный бак; 3 – расходный бак коагулянта; 4 – насос-дозатор; 5 – грузоподъемный механизм; 6 – склад