УДК 54-412+66.028.2
Процессы коагуляции и флокуляции являются основными стадиями реагентной технологии очистки [1], от эффективности которых зависит конечный результат очистки [2].
Сегодня реагенты для очистки воды традиционно применяют в виде водных растворов или суспензий. Этот подход имеет ряд недостатков: резко ограничивается дальность перевозок реагентов; для хранения растворов требуется большое количество емкостей и складских помещений; растворы коагулянтов обладают кислотными свойствами, что приводит к коррозии оборудования; при длительном хранении растворов реагентов происходит изменение их физических и химических свойств и даже переход в нерастворимое состояние.
Этих недостатков лишены твердые композиционные реагенты. Согласно [3, 4], существенным преимуществом использования для очистки воды реагентов в сухом виде являются резкое упрощение процесса дозирования, возможность его автоматизации и сокращение количества емкостного оборудования.
В результате проведенных исследований предложены новые композиционные реагенты для очистки поверхностных и сточных вод, состоящие из компонентов с различными функциями: коагулянт + флокулянт; коагулянт + сорбент; коагулянт + флокулянт + сорбент; коагулянт + регулятор рН; коагулянт + флокулянт + регулятор рН; коагулянт + флокулянт + сорбент + регулятор рН.
Для приготовления композиций использовали промышленные реагенты: коагулянты сульфат алюминия (СА)
(Sigma-Aldrich, Германия) и пентагидроксохлорид алюминия «Бриллиант 50» (Б50) (ООО «Ишимбайский специализированный химический завод катализаторов», РФ), флокулянты полиакриламид (марки ПАА-ГС, ООО «Славия», РФ)
и Magnafloc LT 22 (BASF, Германия). В качестве сорбента применяли уголь активированный осветляющий древесный порошкообразный марки ОУ-А (ГОСТ 4453), (ОАО «Сорбент», РФ). Композиции получали в виде гранул, таблеток и порошков (рис. 1).
а
б
в
На рис. 2 представлены кривые распределения частиц по размерам, характеризующие дисперсный состав тройного композита на основе сорбента, коагулянта и флокулянта.
Рисунок 2. Кривые распределения по размерам частиц активированного угля ОУ-А (1), коагулянта СА (2) и флокулянта Magnafloc LT 22 (3), полученные микроскопическим методом [15].
Проведено сравнительное исследование эффективности действия композиционных реагентов и растворов коагулянта и флокулянта на примере дисперсий каолина и гуминовых соединений (ГС), моделирующих загрязнение природных вод. Как следует из табл. 1, скорость седиментации u, рассчитанная на основе данных о среднем диаметре <d>, объемной концентрации Сv и плотности частиц ρ, в случае растворенных реагентов была ниже, чем в случае твердых композиционных реагентов. Эффективность осаждения модельной дисперсии каолина дополнительно оценивали по ее мутности после коагуляции, а дисперсии ГС — по мутности и цветности. Самые низкие значения этих параметров были получены при использовании твердого композиционного реагента, что указывает на его более высокую эффективность в сравнении с действием растворенных реагентов.
Таблица 1. Характеристики дисперсии каолина и ГС в присутствии композиционного реагента (массовое соотношение коагулянт/флокулянт — 20:1), а также растворов коагулянта Б50 и флокулянта Magnafloc LT 22, взятых в таком же соотношении
| Вид реагентов |
рН |
<d>, мкм |
Сv, об. % |
ρ, кг/м3 |
u·103, м/с |
Мутность, мг/дм3 |
Цветность, град |
| Дисперсия каолина |
| Исходная дисперсия |
8,3±0,2 |
5,4±0,2 |
11,9±0,8 |
1820±50 |
0,013±0,001 |
12±1 |
– |
| Комп. реагент |
7,7±0,2 |
1480±70 |
2,1±0,2 |
1002±1 |
4,2±0,4 |
0,10±0,06 |
– |
| Раств. реагенты |
7,8±0,2 |
1540±80 |
2,3±0,3 |
1001±1 |
4,1±0,5 |
0,22±0,06 |
– |
| Дисперсия ГС |
| Исходная дисперсия |
8,2±0,2 |
70±10 |
5,5±0,6 |
1130±10 |
0,4±0,1 |
12±1 |
310±40 |
| Комп. реагент |
7,8±0,1 |
1280±70 |
3,7±0,4 |
1002±1 |
3,7±0,4 |
0,67±0,06 |
16±2 |
| Раств. реагенты |
7,7±0,1 |
1400±60 |
4,0±0,4 |
1002±1 |
4,0±0,4 |
0,28±0,06 |
12±2 |
Таблица 2. Результаты обработки дисперсий каолина и ГС растворами коагулянта и флокулянта и композиционными реагентами
| Параметр |
Растворы реагентов |
Композиционный реагент |
| Дисперсия каолина |
| Мутность исходной дисперсии, мг/дм3 |
47,0±0,3 |
| Концентрация коагулянта СА, мг/дм3 |
110 |
60 |
| Концентрация флокулянта Magnafloc LT 22, мг/дм3 |
10 |
10 |
| Мутность после коагуляции, мг/дм3 |
1,3±0,1 |
1,1±0,2 |
| Дисперсия ГС |
| Мутность исходной дисперсии, мг/дм3 |
40,0±0,3 |
| Цветность исходной дисперсии, град |
>100 |
| Концентрация коагулянта СА, мг/дм3 |
50 |
30 |
| Концентрация флокулянта Magnafloc LT 22, мг/дм3 |
6 |
6 |
| Мутность после коагуляции, мг/дм3 |
0,2±0,1 |
0,2±0,1 |
| Цветность после коагуляции, мг/дм3 |
15±2 |
15±2 |
При коагуляции дисперсий каолина и ГС с высоким содержанием дисперсных частиц с использованием композиционного реагента и водных растворов коагулянта СА и флокулянта Magnafloc LT 22 одинаковые результаты по очистке нами были достигнуты при дозе коагулянта в композиционном реагенте в 1,5 раза меньшей, чем в случае растворенных реагентов (табл. 2). Отсюда можно сделать вывод, что применение композиционных реагентов позволяет существенно сократить расход коагулянта при сохранении и даже улучшении качества очистки воды.
Испытания композиционных реагентов, проведенные в лаборатории ОВС УП «Минск-водоканал», показали целесообразность их применения для очистки поверхностных вод Минско-Вилейской системы. В табл. 3 эффективность композиционного реагента, содержащего высокоосновный коагулянт Б50 и флокулянт, сравнивается с эффективностью традиционно используемой на ОВС растворной технологии очистки по различным контролируемым показателям качества воды. Полученные результаты показывают, что предложенный метод очистки с применением композиционного реагента обладает несомненным преимуществом, поскольку позволяет значительно снизить содержание остаточного алюминия как в нефильтрованной, так и в фильтрованной воде.
Известно, что сточные воды производства пестицидов имеют очень сложный состав [5]. Так, сточные воды ООО «Франдеса» помимо пестицидов содержат взвешенные вещества, красители, поверхностно-активные вещества, нефтепродукты и другие органические и неорганические соединения. Эти загрязнители усложняют процесс очистки, поскольку препятствуют удалению пестицидов.
Поэтому нами для очистки многокомпонентных сточных вод, содержащих пестициды, был предложен комбинированный многостадийный коагуляционно-сорбционный метод очистки. Для удаления взвешенных веществ использовали композиционный реагент коагулянт Б50 — флокулянт Magnafloc LT 22 в соотношении 40:1 — сорбент. В качестве сорбента применяли активированный уголь марки ОУ-А.
Предложенный метод обработки сточных вод позволяет достичь высокой эффективности удаления пестицидов, составляющей 99,6—100% (табл. 4).
Применение предложенной схемы очистки привело к снижению химического и биологического потребления кислорода, содержания нефтепродуктов, концентрации анионных поверхностно-активных веществ, сульфатов и фосфатов до значений, разрешенных для слива в канализацию.
Таблица 3. Результаты очистки поверхностных вод с применением композиционного реагента и традиционно используемой на ОВС УП «Минскводоканал» технологии
| Условия проведения очистки |
Контролируемые показатели качества воды |
| Реагент и его форма |
Доза основного вещества, мг/дм3 |
Мутность, мг/дм3 |
Цветность, град |
Перманганатная окисляемость,
мг О2/дм3 |
Остаточный Al, мг/дм3 |
| До фильтрации |
После фильтрации |
| Исходная вода |
– |
3,16 |
24 |
6,1 |
– |
– |
| Раств. реагенты:
Аква Аурат 10 (раств.)
Magnofloc LT 22 (раств.) |
5
0,005 |
0,55 |
12 |
4,5 |
0,73 |
0,16 |
| Комп. реагент:
Б50 (тв.)
Magnofloc LT 22 (тв.) |
5
0,17 |
0,49 |
13 |
4,5 |
0,36 |
0,08 |
Таблица 4. Содержание пестицидов в сточных водах ООО «Франдеса» до и после очистки
| Пестицид |
Исходная концентрация, мг/дм3 |
Опыт 1 |
Опыт 2 |
ПДК*, мг/дм3 |
| Концентрация после очистки, мг/дм3 |
Эффективность очистки, % |
Концентрация после очистки, мг/дм3 |
Эффективность очистки, % |
| Метамитрон |
7,50 |
– |
100 |
– |
100 |
0,300 |
| Метазахлор |
3,50 |
– |
100 |
– |
100 |
0,002 |
| Пропиконазол |
3,70 |
0,012 |
99,7 |
0,014 |
99,6 |
0,150 |
| Изопротурон |
26,8 |
0,019 |
99,9 |
0,015 |
99,9 |
0,090 |
| Дифлюфеникан |
5,80 |
– |
100 |
– |
100 |
0,150 |
| Имидаклоприд |
0,660 |
– |
100 |
– |
100 |
0,002 |
* ПДК — предельно допустимая концентрация.
Сложной задачей также является получение питьевой воды в экстремальных ситуациях — например, в районах затопленных населенных пунктов. Для удаления в таких условиях из воды нежелательных примесей и дезинфекции микробного и вирусного заражения были специально разработаны и изготовлены водоочистные системы индивидуального (портативный комплект (рис. 3а)) и коллективного (мобильная автономная водоочистная установка МАВОУ (рис. 3б)) пользования.
В состав комплекта входят: портативный регенерируемый фильтр ворончатого типа, таблетки обеззараживающие «Акватабс» (3,5 мг), композиционный реагент коагулянт СА + сорбент (активированный уголь) в виде таблеток. Путем последовательной обработки обеззараживающими таблетками «Акватабс», композиционным реагентом состава СА — активированный уголь и последующей фильтрацией на многослойном фильтре поверхностных вод и сточных вод Минской станции аэрации была получена питьевая вода, которая, по заключению Республиканского центра гигиены, эпидемиологии и общественного здоровья, отвечает требованиям СанПиН 10-124 РБ 99 «Вода питьевая» по показателям органолептической, химической и микробиологической загрязненности.
Разработанные для индивидуального комплекта способы очистки воды были масштабированы и применены для создания мобильной водоочистной установки МАВОУ. В полевых условиях в весенне-летний и осенне-зимний периоды проведены испытания МАВОУ. Забор воды с предфильтрацией был осуществлен из реки Свислочь у деревни Новый двор Минского района. По заключению Республиканского центра гигиены, эпидемиологии и общественного здоровья, исходная (до очистки) вода из реки Свислочь опасна в эпидемическом отношении (присутствуют болезнетворные бактерии) и имеет неудовлетворительные органолептические показатели. В то же время пробы воды, очищенные на МАВОУ, соответствуют требованиям СанПиН 10-124 РБ 99 «Вода питьевая».
Разработанные композиционные реагенты могут представить интерес для городских водоочистных станций, получающих питьевую воду из поверхностных водоисточников, промышленных и сельскохозяйственных предприятий при очистке сточных вод и для создания индивидуальных комплектов и малогабаритных водоочистных установок получения чистой воды в условиях чрезвычайных ситуаций.
а
б
(НИИ физико-химических проблем Белорусского государственного университета)
