Химическая сущность процесса коагулирования. Определение оптимальных доз.

6.

А)Источники водоснабжения — поверхностные (реки, водохранилища), грунтовые и межпластовые воды, служащие для местного (децентрализованного) или централизованного водоснабжения. Источники водоснабжения различаются по своему происхождению, количеству в них воды, ее качеству и санитарной надежности, т. е. возможности изменения и ухудшения качества воды. Наиболее часто для централизованных водопроводов используют поверхностные и межпластовые воды. Глубокие межпластовые (артезианские) воды более надежны в санитарном отношении. Грунтовые воды менее пригодны для хозяйственно-бытовых целей. Они служат для децентрализованного водоснабженияПоверхностные водоисточники (реки, водохранилища) наиболее обильны и слабо минерализованы. Они легко загрязняются с поверхности и требуют специальной очистки и обеззараживания. В районах, где существует ирригационная система, в качестве источников водоснабжения используют ирригационные каналы. В последние годы в связи с увеличением расхода воды в крупных городах и промышленных центрах на хозяйственно-бытовые и производственные нужды используют искусственные водохранилища, устраиваемые путем регулирования стока больших рек.
При выборе источников водоснабжения руководствуются специальным стандартом (ГОСТ 2761—57 «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения»), которым определяются качество воды и условия, при которых источник может использоваться для централизованного водоснабжения. Исходя из опыта эксплуатации современных водопроводных станций, определен ряд нормативов качества воды водоисточника, при которых может быть обеспечено при соответствующей очистке и обеззараживании необходимое качество питьевой воды. К таким нормативам относятся количество кишечных палочек в 1 л воды (не более 10 000), содержание сухого остатка (не более 1000 мг/л), сульфатов (не более 500 мг/л), хлоридов (не более 350 мг/л), запах (не более 3 баллов). Одновременно при оценке качества воды могут использоваться санитарные показатели: окисляемость воды, биохимическая потребность в кислороде (ВПК), азот аммонийный, нитриты и нитраты и др., по которым можно судить о загрязнении источников водоснабжения органическими веществами. При выборе источника водоснабжения обязательна оценка природных и местных (санитарных) условий в окружающей их зоне (см. Зоны санитарной охраны). К санитарным условиям относятся: плотность населения и застройки жилыми и промышленными объектами, состояние благоустройства населенных мест, наличие источников загрязнения, заболоченности и др.
При выборе источника водоснабжения или текущем санитарном надзоре исследование воды выполняется в объеме, указанном в ГОСТе 2761 — 57. При составлении санитарного заключения по данным лабораторного анализа полученные результаты сравнивают с нормативами ГОСТа. При санитарном наблюдении за артезианскими водами очень важно сопоставление данных многолетнего санитарно-лабораторного контроля. Постоянство состава воды и соответствие характерному природному составу всегда свидетельствует о надежности источника водоснабжения в санитарном отношении и отсутствии опасности органического и бактериального загрязнения.
Для децентрализованного водоснабжения, особенно в сельской местности, используют шахтные и трубчатые (абиссинские) колодцы. Санитарные требования к устройству и содержанию колодцев общественного пользования изложены в инструкции, утвержденной ВГСИ 10. VII. 1946 г.
При обследовании источников водоснабжения применяются органолептические, химические, физические, бактериологические, гельминтологические и др. методы исследования. Порядок взятия проб при выборе источника водоснабжения определен ГОСТом 2761—57 и приложениях к нему, при контроле качества воды в водопроводе — ГОСТом 2874—54.
Органы санитарного надзора обязаны осуществлять постоянный контроль за состоянием источников водоснабжения.

Б)Зоны санитарной охраны — территории вокруг источников водоснабжения и водопроводных сооружений, где устанавливается особый режим, исключающий или ограничивающий возможность их загрязнения или заражения. Зоны санитарной охраны устанавливаются на всех действующих, строящихся и проектируемых водопроводах и делятся на 3 пояса с особым режимом в каждом. I пояс— зона строгого режима — устанавливается на территории, где производится забор воды и расположены головные сооружения водопровода. При использовании открытых водоемов территория I пояса включает противоположный берег и участок не менее 200 м ниже водозабора; при использовании подземных вод — около 0, 25 га радиусом не менее 30 м вокруг скважин, использующих межпластовые воды; 50 м — грунтовые воды. Эта территория ограждается, окружается полосой зеленых насаждений и обеспечивается охраной; внутри нее запрещается пребывание посторонних лиц и строительство.
II пояс — зона ограничений — охватывает территорию, поверхностные и подземные стоки которой могут влиять на состав и свойства воды источника водоснабжения. На этой территории проводятся мероприятия по охране от загрязнений хозяйственно-бытовыми и промышленными сточными водами. Границы II пояса для проточных поверхностных водоемов устанавливаются вверх по течению с учетом характера загрязнений и скорости самоочищения воды. Для большинства рек Европейской части СССР эти границы простираются от водозабора на 30—60 км вверх по реке и на 3—5 км от берега. Вдоль берега сохраняются или производятся лесные посадки шириной в 150—200 м и соблюдается строгий санитарный режим. Для подземных источников границы II пояса устанавливаются с учетом интенсивности процессов самоочищения при фильтрации через почву и подстилающие породы и скорости продвижения загрязнений по водным горизонтам.
В связи с улучшением эпидемиологической обстановки в нашей стране необходимость установления III пояса (зона эпидемиологического наблюдения) в настоящее время отпала.
Зоны санитарной охраны курортов устанавливаются для предохранения от загрязнений и истощения запасов минеральных вод, месторождений лечебных грязей, сохранения и благоустройства пляжей и т. д. См. также Санитарная охрана водоемов.

7. Система водоснабжения представляет собой комплекс сооружений для обеспечения определенной группы потребителей водой в требуемых количествах и требуемого качества. Кроме того, система водоснабжения должна обладать определенной степенью надежности, то есть обеспечивать снабжение потребителей водой без недопустимого снижения установленных показателей своей работы в отношении количества или качества подаваемой воды (перерывы или снижение подачи воды или ухудшение ее качества в недопустимых пределах).

Система водоснабжения (населенного места или промышленного предприятия) должна обеспечивать получение воды из природных источников, ее очистку, если это вызывается требованиями потребителей, и подачу к местам потребления. Для выполнения этих задач служат следующие сооружения, входящие обычно в состав системы водоснабжения:

· водозаборные сооружения, при помощи которых осуществляется прием воды из природных источников,

· водоподъемные сооружения, то есть насосные станции, подающие воду к местам ее очистки, хранения или потребления,

· сооружения для очистки воды,

· водоводы и водопроводные сети, служащие для транспортирования и подачи воды к местам ее потребления,

· башни и резервуары, играющие роль регулирующих и запасных емкостей в системе водоснабжения.

В зависимости от местных природных условий и характера потребления воды, а также в зависимости от экономических соображений схема водоснабжения и составляющие ее элементы могут меняться весьма сильно. Большое влияние на схему водопровода оказывает принятый источник водоснабжения: его характер, мощность, качество воды в нем, расстояние от него до снабжаемого водой объекта и т. п. Иногда для одного объекта используется несколько природных источников.

Системы водоснабжения могут классифицироваться по ряду основных признаков.

По назначению:

· системы водоснабжения населенных мест (городов, поселков),

· системы производственного водоснабжения,

· системы сельскохозяйственного водоснабжения,

· системы противопожарного водоснабжения,

· комбинированные системы водоснабжения (хозяйственно-производственные, хозяйственно-противопожарные и т. д.).

По способу подачи воды:

· самотечные (гравитационные),

· с механизированной подачей воды (с помощью насосов),

· зонные (в одни районы самотеком, в другие насосами).

По характеру используемых природных источников:

· получающие воду из поверхностных источников (речные, озерные и т. д.),

· получающие воду из подземных источников (родниковые, артезианские и т. д.),

· смешанного типа.

По способу использования воды:

· системы прямоточного водоснабжения (с однократным использованием воды),

· системы оборотного водоснабжения,

· системы с повторным использованием воды.

·

8.

По цели очистки методы подразделяют на:

· улучшающие органолептические свойства воды, т.е. свойства, воспринимаемые органами чувств человека: запах, привкус, окраска, мутность, температура, пленки и др.;

· обеспечивающие ее эпидемиологическую безопасность;

· методы кондиционирования подземных вод;

· улучшающие ее газовый состав после удаления сероводорода, кислорода, метана, свободной углекислоты и других веществ;

· направленные на извлечение трудноокисляемой органики, вредных продуктов, образующихся попутно при обработке воды с помощью проведения процессов обратного осмоса, биосорбции, нанофильтрации и других.

К методам, улучшающим органолептические свойства воды, относят осветление, обесцвечивание и дезодорацию. Осветление воды предполагает удаление из нее взвешенных и коллоидных веществ. Осветление и обесцвечивание воды проводят с помощью метода коагуляции, методов отстаивания и фильтрации.

Эпидемиологическую безопасность воды обеспечивают с помощью методов хлорирования, озонирования, элекроимпульсной обработки, ультрафиолетового облучения

Улучшение минерального состава вод: умягчение, обессоливание и опреснение, дегазация, обезжелезивание и деманганация, фторирование и обесфторирование, обескремнивание и некоторые другие методы. Умягчение воды имеет целью снижение жесткости воды посредством удаления из нее ионов кальция и магния.

Для предварительного назначения варианта технологии очистки питьевой воды в НИИ ВОДГЕО под руководством проф. М.Г. Журбы разработан классификатор. Выбор технологии производится в зависимости от классов качества воды поверхностных и подземных источников водоснабжения, фазово-дисперсного состояния водных примесей, являющихся загрязнениями, присутствия в воде загрязнений антропогенного происхождения. Разумеется, окончательный выбор технологии должен быть подтвержден положительными результатами лабораторных исследований и технико-экономическим сравнением альтернативных вариантов.

По таблице 15 СНиП. ВОДОСНАБЖЕНИЕ НАРУЖНЫЕ СЕТИ И СООРУЖЕНИЯ

выбирается технологическую схему очитски, которая уточняется в зависимости откачества исходной воды.

Если в исходной воде планктона больше 1000кл/мл3, то нужен микрофильтр до смесителя.

Способы обеззараживания воды:

1. Если запах и привкус более трех баллов, ПО меньше 5баллов, то используется дляпервичного обеззараживания хлор;

2. Если запах и привкус меньше трех баллов, ПО меньше пяти баллов, но в водеприсутствует фенол, то сначала используют аммиак, а затем первичный хлор.

3. Если запах и привкус больше трех баллов, то используется первичное озонирование, вследствие чего предусматривается контактная камера перед смесителем для ввода первичного озона.

4. Если запах и привкус более трех баллов, ПО больше восьми, то испоьлуют двойное озонирование

Коагуляция укрепление частиц в коллоидных или грубодисперсных системах, в результате их слияния или слияния под действием молекулярных сил

Стабильность коллоидной смеси поддерживается в основном за счёт электростатического отталкивания и стерических эффектов, потому коагулирование применяет следующие методы:

· предотвращение электростатического отталкивания с помощью добавления солей или изменения кислотности; это даёт возможность коллоидным частицам сблизиться на расстояние, на котором силы Ван-дер-Ваальса приведут к слипанию частиц;

Процесс коагулирования проводится в два этапа:

· быстрое смешивания химиката с водой. Обычно продолжается около одной минуты (меньшие интервалы приводят к худшему распределению коагулянта; бо́ льшие могут привести к разрушению уже образовавшихся флокул). Смешивание обычно производится в специальном резервуаре-смесителе;

· собственно флокуляция (обычно от получаса до 45 минут). В процессе флокуляции вода проходит через несколько резервуаров с постепенно уменьшающейся скоростью перемешивания воды.

Можно разделить на 2 вида

Коагуляция контактная - процесс, осуществляемый в фильтрах с движением воды снизу вверх, при котором коагулирующий реагент вступает в контакт с образовавшимися ранее хлопьями коагулянта, взвешенными веществами, зернистой и пористой загрузками фильтров. Преимущества коагуляции контактной по сравнению с обычной объемной в следующем: протекает она быстрее, менее чувствительна к температуре, возможна даже при низком щелочном резерве воды, требует на 10—15% меньших доз коагулянтов.

При объёмной коагуляции, используют КХО и ГО.

Химическая сущность процесса коагулирования. Определение оптимальных доз.

Коагуляция - физико-химический процесс слипания коллоидных частиц под действием сил молекулярного притяжения с образованием грубодисперсной макрофазы (флокул) с последующим выделением ее из воды. В практике водоподготовки под коагуляцией понимают очистку воды от коллоидных веществ с одновременной очисткой от грубодисперсных примесей и обесцвечиванием воды путем дозировки в обрабатываемую воду специального реагента - коагулянта.

Процесс коагуляции требует для своего завершения определенного промежутка времени (4 - 5 мин). Хлопья, вначале невидимые, постепенно соединяются в крупные комплексы, вызывая помутнение воды. Затем образуются, как отмечалось, более крупные рыхлые хлопья, захватывающие грубодисперсные примеси и воду. Режим потока воды влияет на формирование хлопьев. Он может даже разрушать сформировавшиеся хлопья, поэтому скорость воды в зоне формирования и отстаивания хлопьев должна быть не более 1.5 мм/сек. К основным факторам, определяющим течение процесса коагуляции, относятся:

1. Температурный режим. Подогрев коагулируемой воды до 30 - 40°С и перемешивание ее вызывает более частые и сильные столкновения коагулирующих частиц, приводящие к их слипанию;

2. Дозировка коагулянта. Она определяется составом и количеством коллоидных примесей и солесодержанием обрабатываемой воды. Оптимальная доза коагулянта устанавливается опытным путем для конкретного источника водоснабжения и времени года. Обычно дозы коагулянта находятся в пределах 0.3 - 0.8 мг-экв/дм³, увеличиваясь в паводковый период до 1.0 - 1.2 мг-экв/дм³.

3. Значение pH среды. Его значение оказывает влияние на скорость и полноту гидролиза коагулянта, а также на состояние удаляемых из воды примесей. При коагуляции сернокислым алюминием оптимальная величина pH, устанавливаемая также экспериментально, находится в пределах 5.5 - 7.5. При pH < 4.5 гидролиз сернокислого алюминия практически не происходит, гидроксид алюминия не образуется, а введенный в воду коагулянт остается в растворе в виде ионов Al³⁺ и SO₄^2-. В щелочной среде гидроксид алюминия растворяется, диссоциируя, как кислота:

Процесс коагуляции в ряде случаев может быть ускорен применением флокулянтов, к которым относится широко используемый синтезированный реагент - полиакриламид (ПАА).

12. Меры по повышению эффективности процесса коагуляции:

1. Увеличение мутности исходной воды(рециркуляция осадка из отстойника или КХО); 2. Температура воды и соответствующее перемешивание; 3. Использование доп. Реагентов – окислителей и флокулянтов (окислители разрушают водную оболочку гидрофильных частиц, а флокулянты ускоряют процесс хлопьеобразования)-. Зима и лето самые неблагоприятные условия. Флокулянты используются в помощь коагулянту в период низких температур и большой мутности воды, их молярная масса больше, обычно вводят коагулянт через 1-3 мин флокулянт.; 4. Воздействие различными физическими факторами (магнитные и электрические поля, УЗ или УФ); 5. Удаление СО₂ путем аэрации из зоны реакции (аэрацию ведут в смесителе или в начале КХО)

В настоящее время применяются два основных типа коагулянтов:

1. Минеральные коагулянты:

В их основе лежат, главным образом, соли железа (хлорное железо, сульфат железа и т. д.) или алюминия (гидроксид алюминия, оксихлорид алюминия, сульфат алюминия и т. д.).

Основными преимуществами таких коагулянтов являются универсальность их применения и низ­кая стоимость.

2. Органические коагулянты:

• Полиамины

• Полидадмак

• Дициандиамидные

• Меламиноформальдегидные смолы

Основными преимуществами таких коагулянтов являются небольшие дозы и неболь­шой объем образующегося ила (нет гидроокиси).

Кроме того, эти коагулянты не влияют на рН или титриметрический анализ жесткости.

3. Смеси из минеральных и органических коагулянтов: Эти смеси позволяют в одном коммерческом продукте объединить преимущества как органических, так и минеральных коагулянтов

В зависимости от характера активных групп флокулянта при диссоциации либо поляризации в воде различают флокулянты-полиэлектолиты (ионогенные), которые в свою очередь подразделяются на анионные, катионные и катионно-анионные полиэлектролиты, и неионные (неионогенные) флокулянты.Анионные полиэлектролиты образуют при диссоциации полимерный органический полианион и простой катион (Na, K, NH4). К анионным флокулянтам относятся полиакрилат и полиметаакрилат натрия, сополимеры с малеиновой кислотой, гидролизованные полиакриламиды, сополимеры
винилацетата с акриловой и метакриловой поливиниловый спирт, сульфированный полистирол и др.
Катионные полиэлектролиты образуют при диссоциации органический поликатион и простой анион (Сl, SO4. CH3СOO). К ним относятся винилфениловые эфиры, сополимеры их с дивиниловым эфиром нидрохинона, поливилбензольные, полифениленовые т винилпиридиновые соединения.
Катионно-анионовые или амфотерные электролиты имеют кислотного и основного характера, например, карбоксильную (-СООН) и аминную (-NH3).Белковые соединения Rn – NH2COOH Проявляют амфотерные свойства. Они являются катионами в кислотной среде и анионами в щелочной, теряя заряд в изоэлектрической точке в среде, близкой к нейтральной.К неионогенным флокулянтам относят такие полиоксиэтилен, поливиниловый спирт.