Эффективность реагентной обработки высокоцветных и маломутных вод в зависимости от природы органических загрязнений
Таблица 2.
Показатели качества речных вод до и после обработки реагентами
Наименование реки | Тип обработки | Ц, °БКШ | М, мг/л | рН | П.О., мгО2/л | Fe общ., мг/л | Щел, мг-экв/л | Жест., мг-экв/л | Al ост. мг/л |
Волхов | Исходная | 93,4 | 6,27 | 7,3 | 19,9 | 0,57 | 1,75 | 3,8 | – |
ОХА + Pr.650 | 16,56 | 5,34 | 7,05 | 9,68 | 0,197 | – | – | 0,065 | |
Полисепт + Pr.650 | 14,01 | 2,4 | 7,55 | 11,28 | Отс. | – | – | – | |
Полисепт + ОХА + Pr.650 | 27,2 | 5,34 | 7,4 | 15,3 | 0,108 | – | – | 0,0415 | |
Орша | Исходная | 288,7 | 21,2 | 7,4 | 38,5 | 1,76 | 2,8 | 3,6 | – |
ОХА + Pr.650 | 14,4 | 3,47 | 6,6 | 10,32 | 0,299 | – | – | 0,025 | |
Полисепт + Pr.650 | 23,4 | 3,07 | 7,6 | 13,28 | Отс. | – | – | – | |
Полисепт + ОХА + Pr.650 | 34,8 | 4,8 | 7,05 | 16,2 | 0,168 | – | – | 0,035 | |
Березина | Исходная | 206,4 | 6,1 | 7,25 | 35,2 | 0,84 | 3,9 | 4,7 | – |
ОХА + Pr.650 | 16,3 | 3,27 | 6,55 | 5,3 | Отс. | – | – | – |
При выполнении исследований по эффективности снижения цветности в пробах природной речной воды при низких температурах учитывались особенности каждого реагента, порядок ввода, интенсивность смешения с водой, условия хлопьеобразования. В результате исследований установлено:
- оптимальные условия перемешивания ОХА с водой – 150 с-1 в течение 1 мин;
- при сочетании ОХА+Pr.650 лучший эффект обеспечивается при их последовательном введении с интервалом 1 мин с последующим перемешивание 50 с-1;
- оптимальное время смешения Полисепта с водой составляет 2 мин, время хлопьеобразования – 10мин при интенсивности перемешивания 50 с-1;
- при сочетании Полисепта + ОХА, наилучший эффект обеспечивается при их совместном или последовательном введении с интервалом 1 мин и последующем хлопьеобразовании 10 мин при интенсивности перемешивания 50 с-1;
Таким образом, в результате эксперимента с пробами речных вод изучены условия обработки и установлено, что:
- для высокоцветных вод реки Орша наиболее эффективным является сочетание ОХА+Pr.650, при дозе 30 мг/л и 0,5 мг/л обеспечивается снижение цветности с 288,7 до 14,4 0 по БКШ, перманганатная окисляемость с 38,5 до 10,3 мгО2 /л;
- для среднецветных вод реки Волхов, наиболее эффективным является сочетание Полисепта + Pr 650, позволяющих снизить цветность с 93,4 до 14,0 0БКШ, перманганатную окисляемость с 19,9 до 11,3 мгО2/л.
При дальнейших исследованиях предстояло изучить свойства РОВ (растворенного органического вещества) и механизм воздействия реагентов на РОВ.
С этой целью выполнены исследования на модельных растворах, приготовленных на основе гумата натрия и фульвокислот, выделенных из вод реки Suwannee и принятых за международный стандарт. Результаты исследований представлены на рис. 2.
Данные представленные на рис. 2 свидетельствуют о том, что ОХА лучше, чем Полисепт снижает мутность среднецветной воды, а Полисепт лучше чем ОХА, снижает цветность, обусловленную гуматом натрия. Это объясняется тем, что в результате обработки раствора оксихлоридом алюминия образуются нерастворимые гидроксиды, выпадающие в осадок. При обработке Полисептом гидроксидов не образуется, хлопья мельче и легче и хуже оседают. В этой связи сделано заключение о том, что Полисепт больше применим в технологии осветления с применением контактной коагуляции на фильтрах, а не отстаиванием.
На рисунке 3 представлены результаты изучения эффективности Полисепта в зависимости от дозы при раздельном и совместном применении с ОХА.
Представленная на рис. 3 зависимость показывает, что совместное применение ОХА и Полисепта приводит к увеличению эффективности снижения цветности и дозы Полисепта по сравнению с раздельным его применением. Механизм последовательности введения Полисепт+ОХА объясняется химической природой взаимодействия гумусовых веществ с Полисептом, скорость которой больше скорости реакции гидролиза оксихлорида алюминия. Подтверждается это примерно одинаковым эффектом снижения цветности при одновременном вводе Полисепта с ОХА и дозированием Полисепта перед ОХА. В том случае, если Полисепт вводят после ОХА, гумусовые вещества уже связаны в микрохлопья продуктами гидролиза ОХА и Полисепт уже не работает как коагулянт.
Рис. 2. Показатели цветности и мутности модельного раствора на основе гумата натрия в зависимости от типа реагента и дозы, мг/л: СА – 12,5; ОХА–10; Полисепт – 4,5; Полисепт+ОХА – 2,5+2,5.
Рис. 3. Зависимость качества воды от дозы Полисепта при отдельном и совместном применении с ОХА (соотношение 1 : 1, Ц= 157 °БКШ, М=28 мг/л)
На рисунке 4 представлены результаты исследований модельного раствора приготовленного на основе гумата натрия.
Рис. 4. Зависимость цветности модельного раствора от дозы ОХА при соотношении коагулянт : флокулянт 10 : 1
Полученные зависимости (рис. 4) свидетельствуют, что сочетание ОХА с флокулянтами приводит к резкому снижению цветности и, что наиболее эффективным сочетанием является ОХА и Praestol 650 даже при малых дозах..
Изучение свойств гумусовых кислот показало, что они полифункциональны, имеют нестехиометрический состав, нерегулярное строение, полидисперсны по молекулярной массе. Также сильно отличаются свойства гуминовых и фульвокислот, они различны по молекулярной массе, перманганатной окисляемости, цветности, растворимости в воде. Можно заключить, что различие свойств растворенных в воде гуминовых и фульвокислот оказывает значительное влияние как на состав воды, так и на механизм взаимодействия с реагентами. На рисунке 5 представлены зависимости цветности модельного раствора от концентрации гумусовых кислот приготовленных на основе гумата натрия и фульвокислоты выделенной из вод реки Suwannee, являющейся международным стандартом.
Рис. 5. Зависимость цветности от концентрации гумусовых
кислот в модельном растворе
Характер зависимостей (рис. 5) свидетельствует о том, что гуматы натрия гораздо интенсивнее повышают цветность воды, при одинаковой концентрации 20 мг/л, цветность раствора гуматов превышает 200 0БКШ, а цветность фульвокислот всего 50 0БКШ. С другой стороны, обращает на себя внимание тот факт, что при одной и той же цветности, концентрация фульвокислот в несколько раз выше гуминовых кислот. Гуматы натрия удаляются из растворов при дозах в несколько раз меньших, чем фульвокислоты, обеспечивая при этом более высокое качество очистки. При извлечении гуминовых кислот оптимальные дозы ОХА составили 1520 мг/дм3, для фульвокислот – 2530 мг/дм3. Это можно объяснить большей концентрацией фульвокислот и меньшим количеством в их составе, по сравнению с гуминовыми, функциональных групп, вступающих в реакцию с образованием нерастворимых комплексов.
Полученные результаты обусловлены более низкой молекулярной массой фульвокислот и большей их растворимостью в воде с жесткостью 3,5 мг-экв/л.
Рис. 6. Зависимость мутности модельного раствора после
обработки Полисептом различными дозами.
При такой жесткости гуматы натрия могут переходить в нерастворимые гуматы кальция, которые легче и при меньших дозах коагулянта удаляются из воды, в связи с тем, что ионы кальция и магния хорошо высаживают находящиеся в воде гуматы. Соответственно при более мягких водах дозы реагентов возрастают.
На рисунке 6 представлены зависимости показывающие, что мутность воды, содержащей фульвокислоты, сразу после смешения с Полисептом, увеличивается монотонно с ростом дозы Полисепта, что свидетельствует о протекании химического взаимодействия органического коагулянта с фульвокислотами, а кривая мутности при удалении гуматов натрия, выходит на плато, соответствующее максимальной адсорбции Полисепта на коллоидных частицах солей гуминовых кислот. Увеличение содержания гуматов натрия в модельной воде сопровождается ухудшением эффекта очистки по цветности и увеличением дозы органического коагулянта. В ходе эксперимента выявлено, что увеличение цветности модельной воды в 2 раза со 163 до 330 °БКШ сопровождается увеличением дозы Полисепта с 6,5 мг/л до 9 мг/л. Остаточная цветность при этом увеличивается с 8,8 до 10 °БКШ.
Таким образом, в ходе эксперимента выяснено, что неорганические и органические коагулянты в условиях преобладания гумата натрия или фульвокислот работают неодинаково. Полисепт эффективнее ОХА снижает цветность модельного раствора гумата натрия до 8,8 °БКШ. Применение ОХА совместно с Полисептом позволяет снизить дозу последнего вдвое без снижения качества очищенной воды.
При дальнейших исследованиях использованы модельные растворы, приготовленные на основе гуминовых веществ различного природного происхождения (табл. 3), результаты исследований представлены в табл. 4.
Таблица 3.
Гуминовые вещества
Шифр | Тип препарата | Расшифровка / Источник происхождения |
SFA Pw-98 | ФК | Дерново-подзолистая почва (лес, Моск. обл.) |
SHA Pw-98 | ГК | Дерново-подзолистая почва (лес, Моск. обл.) |
PHF-T4H98 | ГФК | Верховой торф (Тверская обл.) |
PHA-T4H98 | ГК | Верховой торф (Тверская обл.) |
AHF-IsX2-04 | ГФК | р.Истра |
SR DOM | РОВ | р.Suwannee, Сев.Америка |
В ходе исследований получена зависимость дозы ОХА от типа препарата свидетельствующая, что гуминовые вещества, извлеченные из почвы и торфа, хорошо удаляются при дозах 15-20 мг/л (рис. 7).
Рис. 7. Увеличение дозы ОХА в зависимости от типа препарата.
Таблица 4.
Показатели качества модельных растворов до и после обработки реагентами
Шифр | Тип обработки (доза, мг/л) | С, мг/л | Ц, °БКШ | М, мг/л | рН | П.О., мгО2/л | Al ост. Мг/л |
ФК почвы | Исходная | 15,95 | 55,2 | 5,3 | 6,8 | 7,6 | — |
ОХА (25) + Pr.650 (1) | 11,0 | 1,0 | 8,9 | 5,2 | 2,51 | ||
ГК почвы | Исходная | 18,2 | 128 | 29,4 | 6,55 | 10,2 | — |
ОХА (15)+ Pr.650 (1) | 8,5 | 1,6 | 7,4 | 2,4 | 0,135 | ||
ОХА (5) + Полисепт (5) + Pr.650 (1) | 19,95 | 4,14 | 10,2 | 2,8 | –– | ||
ГФК торфа | Исходная | 18,2 | 135,4 | 18,43 | 9,8 | 12,2 | — |
ОХА (15)+ Pr.2640 (1) | 18,25 | 1,6 | 7,4 | 2,72 | 0,132 | ||
Полисепт (20)+ Pr.650 (1,5) | 2,1 | 12,16 | 10,6 | 7,4 | — | ||
ГК торфа | Исходная | 14,0 | 202,9 | 21,6 | –– | 18,04 | — |
ОХА (20) + Pr.2640 (1) | 10,6 | 0,7 | 7,5 | 2,72 | 0,0825 | ||
Полисепт (25) + Pr.2640 (2) | 1,7 | 17,1 | 10,4 | 7,4 | — | ||
ГФК р.Истра | Исходная | 24,84 | 39,9 | 4,8 | 6,7 | 9,0 | — |
ОХА (30)+ Pr.650 (1) | 31,4 | 0,8 | 9,45 | 6,2 | 5,08 | ||
Полисепт (10) + Pr.650 (1) | 8,06 | 2,4 | 7,6 | 6,1 | — | ||
РОВ р.Suwannee (растворенные органические вещества) | Исходная | 20,5 | 99,8 | 7,2 | 6,7 | 13,1 | — |
ОХА (50) + Pr.650 (3) | 9,34 | 2,67 | 7,5 | 2,3 | 0,085 |