Эффективность реагентной обработки высокоцветных и маломутных вод в зависимости от природы органических загрязнений

Таблица 2.

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.

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.

Показатели качества модельных растворов до и после обработки реагентами