Опис технології процесу коагулювання питної води

Вступ

Забезпечення населення чистою, доброякісної водою має велике гігієнічне значення, тому що охороняє людей від різних епідеміологічного захворювань, що передаються через воду. Подача достатньої кількості води в населений пункт дозволяє підняти загальний рівень його благоустрою. Для задоволення потреб сучасних великих міст у воді, потрібно величезне її кількість, що вимірюється в мільйону кубічних метрів на добу. Виконання цього завдання, а також забезпечення високих санітарних якостей питної води вимагає ретельного вибору природних джерел, їх захисту від забруднення і належного очищення води на водопровідних спорудах. Деякі промислові підприємства пред'являють до якості споживаної води спеціальні вимоги.

Водопровідні мережі та водоводи займають особливе місце в системах водопостачання. Водопровідна мережа запроектована з урахуванням необхідної надійності водо забезпечення споживачів.

Подальший розвиток систем водопостачання пов'язана також з удосконаленням і створенням нових видів механічного та електричного обладнання, розробкою та впровадженням нових реагентів для обробки води, засобів автоматичного контролю й регулювання.

Широке впровадження засобів обчислювальної техніки дозволить вирішувати задачі проектування та експлуатації споруд систем водопостачання на якісно новому рівні, що забезпечує вимоги економічності і надійності. До числа таких завдань відносяться гідравлічні розрахунки систем подачі та розподілу води, розрахунки по захисту водоводів від гідравлічних ударів, вибору оптимальних режимів, розрахунки окремих споруд і всієї системи водопостачання в цілому, а також ряд інших складних завдань.

Тема курсового проекту «Автоматизація процесу дозування розчину коагулянту у питну воду».

Ефективність очистки води займає значне місце в народному господарстві країни, тому велике значення надається речовинам, які очищують воду. Кожен тип коагулянту по-різному поводиться в тій чи іншій воді, що очищують. До числа факторів, що впливають на процес коагулювання як у відношенні ефективності очищення води, так і у відношенні властивостей осаду, що утворюється, відносяться також рН розчину і солевміст оброблюваної води, доза коагулянту, склад домішок, що видаляються, а також температура води. Правильний вибір реагентів і процесу значною мірою може інтенсифікувати процес коагуляційного очищення природних і стічних вод і підвищити його ефективність.

1 Загальна чистина

Опис технології процесу коагулювання питної води

Коагуляція, відстоювання і швидке фільтрування води. Прагнення прискорити осідання завислих частинок, знебарвлення води і прискорення процесу фільтрування призвело до використання у практиці очистки води коагулювання. Для цього до води додають речовини, названі коагулянтами: А1₂(SО₄)₃, FеС1₃, FеSО₄ та ін. Реагуючи з розчиненими у воді електролітами, коагулянти утворюють гідроксиди, які випадають з утворенням пластівців, що швидко осідають. Маючи величезну активну поверхню і позитивний електричний заряд, гідроксиди адсорбують навіть найдрібнішу негативно заряджену завись мікробів і колоїдні гумінові речовини, які осідають на дно відстійника пластівцями. Після осідання пластівців у відстійнику і проходження води через фільтр, на якому затримується їх залишок, отримують прозорий і безбарвний фільтрат. Застосування коагуляції дозволяє знебарвити воду, скоротити термін відстоювання води до 2-3 год. і застосувати швидко діючі фільтри. Унаслідок коагуляції і відстоювання з води осідає понад 95 % яєць гельмінтів.

Завдяки обробці води коагулянтами і ефективному утворенню пластівців з води виводиться до 90% і більше бактерій та вірусів. Коагуляцію зараховують до найефективніших методів очистки води від вірусів. Найкращого очищення води досягають за допомогою змішаного коагулянту (сульфату алюмінію та солей заліза).

Як коагулянт найчастіше використовують сульфат алюмінію А1₂(SО₄)₃+18Н₂О. У воді він вступає в реакцію з бікарбонатами кальцію:

 А1₂(SО₄)₃ + 3Са(НСО₃)₂ = 2А1(ОН)₃ + 3СаSО₄ + 6 СО₂.

Гідроксид алюмінію А1(ОН)₃ погано розчиняється у воді і випадає у вигляді пластівців. Коагулянт застосовують у дозах від 30 до 200 мг на 1 л води. Доза коагулянту, необхідна для обробки, залежить від кольору, мутності, рН води і багатьох інших умов. Добирають її дослідним шляхом. Останнім часом використовують молекулярні речовини-флокулянти, які в мізерних дозах полегшують і прискорюють коагуляцію. Наприклад, поліакриламід (ПАА) в дозі 0,2—2,0 мг на 1 л води значно прискорює коагуляцію і заощаджує витрати коагулянту. Як флокулянт використовують також активовану кремнієву кислоту.

Рис. 1.1 Схема технологічна процесу дозування розчину коагулянту у питну воду

Проблемою автоматичного дозування коагулянту являється відсутність надійного і єдиного показника якості води і методу його вимірювання. Тому в сучасних методах дозування використовується метод стабілізації концентрації розчину, що подається до змішувача за допомогою насосу-дозатора. Такий дозуючий електромеханічний агрегат складається з малопотужного синхронного насосу, що регулюється за допомогою варіатору – можна плавно змінювати оберти насосу, що впливає на продуктивність процесу дозування. Вода з водойми за допомогою відцентрованого насосу потрапляє в змішувач, туди ж потрапляє розчин коагулянту 5% концентрації з резервуару коагулянту. Після знезараження вода подається у відстійник, де вона освітлюється в процесі відстоювання. Якщо в машинній залі в результаті роботи пролилася вода, то вона накопичується в дренажному приямку. При досягненні максимального рівня вона видаляється дренажним носом в каналізацію.

При мокрому дозуванні грубо подрібнений коагулянт завантажується в розчинні баки, де концентрація розчину приблизно 20%-вої міцності. Далі у витратних баках міцність розчини доводитися приблизно до 5% и у такому вигляді він поступає в дозуючий пристрій.

Колоїдні частинки забруднень, зіштовхуючись із лапатим осадом гідролізного коагулянту, прилипають до них чи механічно захоплюються розрихленими агрегатами осаду. На поверхні лапатого осаду поряд з адгезією колоїдних частинок може відбуватися молекулярна адсорбція фарбованих органічних домішок, а також хемосорбція забруднень. Повнота і швидкість освітлення води залежить як від властивостей коагулянту, так і від властивостей забруднюючих воду речовин.
     При розчиненні у воді солей коагулянтів утворюються колоїдні розчини гідроксидів відповідних металів. Сучасні уявлення про будову колоїдних частинок ґрунтуються на фізичному (адсорбційному) підході до розгляду механізму виникнення колоїдних міцел, а також можливих хімічних взаємодій при їхньому формуванні. Відповідно до фізичної теорії, виникненню колоїдних частинок передує формування агрегатів з молекул, чи атомів іонів речовини, що становить дисперсну фазу. На поверхні такого кристалика адсорбуються іони, здатні добудовувати його кристалічні ґратки, так звані потенціал-визначаючі іони. Потенціал-визначаючими іонами можуть бути також іони, здатні вибірково адсорбувати на поверхні агрегату чи утворювати з протилежно зарядженими іонами кристалічної поверхні малорозчинні з'єднання. Агрегат молекул разом з потенціал-визначаючими іонами становить електрично-заряджене ядро міцели. До зарядженого ядра з навколишнього розчину електростатичними силами притягаються іони протилежного знаку, що компенсують заряд потенціал-визначаючих іонів.

Серед ряду технологій, які використовують для очищення природних і стічних вод, технологія коагуляційного очищення займає особливе місце. Це пов'язано з її достатньою ефективністю і відносною дешевиною. Істотне значення має і те, що більшість водопровідних станцій укомплектована устаткуванням, розрахованим на коагулянтне очищення. Зміна зазначеної технології водо-підготовки вимагає практично повного переустаткування підприємств, що спричиняє великі витрати. Тому на даному етапі найбільш раціональним є удосконалювання технології коагуляційного очищення й оптимальне рішення вузьких технологічних питань.

До одного з них варто віднести питання удосконалювання бази реагенту, зокрема розширення асортименту і поліпшення якості використовуваних коагулянтів і флокулянтів. У наш час практично усі водопровідні станції України працюють з використанням традиційного сульфату алюмінію (СА), що поряд з перевагами має і безліч недоліків.

Широко висвітлені технологічні аспекти застосування сульфату алюмінію в процесах водо-підготовки і водоочищення. Цей коагулянт ефективний при дестабілізації природних дисперсій з невисоким вмістом глинистих мінералів і колоїдно-розчинених гумусових речовин в інтервалі значень рН 5,0 – 7,5. Однак істотним недоліком сульфату алюмінію є зниження ефективності його дії при зниженій температурі води, яка очищується. Підвищення стійкості гідроксиду алюмінію в цих умовах (~ 1 – 2°С) сповільнює швидкість утворення реагенту і седиментації, що приводить до збільшення вмісту алюмінію в очищеній воді і осадженню його у формі Аl(ОН)₃. Висока кислотність сульфату алюмінію у випадку недостатнього лужного резерву води вимагає її нейтралізації, що досягається додаванням лужних реагентів. Відзначається і невисока ефективність сульфату алюмінію при видаленні з води органічних домішок (гумусових речовин).

Освітлення і знебарвлення води коагулюванням звичайно включає приготування розчину коагулянту і його дозування, змішування дозованого розчину з водою, гідроліз коагулянту з утворенням золю й адсорбцією на ньому домішок води, коагуляцію золю, відстоювання і фільтрування води.