ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение............................................................. 3
1. Обзор литературы.................................................. 8
1.1 Характеристика источников водоснабжения...................... 8
1.2. Классификация загрязнений природных вод..................... 12
1.3. Компонентный состав и фазово-дисперсное состояние компонентов в природных водах ................................................. 22
1.4. Коагуляция и гидролиз как основные процессы водоподготовки .. 34
1.5. Коагулянты, гидролиз коагуля1ггов, коагуляционные структуры .... 43
1.6. Интенсификация процесса коагуляции.......................... 56
2. Экспериментальная часть........................................... 65
2.1. Характеристики реагентов, используемых в работе............. 65
2.2. Анализ генезиса и фазово-дисперсного состава поверхностных ма-ломугных и цветных вод на примере Верх-Исетского водохранилища 70
2.3. Физико-химические закономерности очистки природных вод коагулянтами различной основности...................................... 81
2.3.1. Взаимодействие коагулянтов разной основности с загрязняющими компонентами природных вод..................................... 81
2.3.2. Исследование процесса образования фазы гидроксида при гидролизе коагулянтов разной основности................................ 93
2.3.3. Кинетика осаждения взвеси, образованной при гидролизе коагулянтов разной основности.......................................... 95
2.4. Влияние модифицированных природных алюмосиликатов на качество коагуляционной очистки воды.................................. 111
2.5. Вклад гравитационной коагуляции в общую скорость отстаивания взвеси......................................;......................... 125
2.6. Применение реагента "Экозоль-40Г' в двухступенчатых схемах водоподготовки........................................................ I33
2.7. Применение реагента «Экозоль-401» в одноступенчатых схемах водоподготовки........................................................ 1*6
3. Технологическая часть............................................. 163
Выводы............................................................... 174
Список литературы.................................................... 178
Приложения № 1 - 3................................................... 186
3
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. Состояние водоемов нашей страны вызывает естественную тревогу в связи с прогрессирующими загрязнениями их промышленными стоками, химизацией и индустриализацией сельского хозяйства, а так же в связи со значительным ростом водопотребления в крупных городах, приводящим к необходимости использования все менее пригодных по качественным показателям водоисточников. Помимо проблем, характерных для очистки питьевой воды в масштабах страны, существуют индивидуальные особенности водоподготовки на Урале, где основными источниками водоснабжения являются поверхностные воды. Большинство источников, используемых в регионе для водоснабжения, имеют высокие показатели цветности, содержания железа, металлорганических комплексов и окисляемости. Очистка высокоцветных и маломутных вод, осуществляемая по традиционным технологиям, связана с большими технологическими трудностями, обусловленными особенностями состава и фазово-дисперсного состояния загрязнений. Как правило, это низкие величины фильтроциклов, неудовлетворительная скорость отстаивания хлопьев, повышенные дозы коагулянтов и других реагентов, «проскок» продуктов гидролиза и веществ, обусловливающих цветность, в очищенную воду, пы-сокая токсичность хлорорганических соединений, образующихся при хлорировании.
Основным технологическим приемом, применяемым при водоподготовке в масштабах крупных населенных пунктов, является коагуляция. Обработка воды коагулянтами - самый распространенный метод очистки воды от 1рубодис-персных и коллоидных загрязнении [I]. Масштабы применения метода коагуляции увеличились в последние годы и, судя по прогнозам, будут продолжать расти. Кроме того, быстро растет ассортимент коагулянтов и сопутствующих им реагентов, предлагаемых для очистки природных вод с целью получения питьевой воды высокого качества. Поэтому актуален поиск путей к усовершен-
19
отличаются молекулярным весом и соотношением функциональных групп [13]. Удельная поверхность частиц почвенного гумуса составляет в среднем 1900 м2/г [1], катионообменная емкость достигает нескольких сот миллиграмм-эквивалентов на литр. Гуминовые вещества составляют от 45 до 90 % почвенного гумуса [14] и представлены кислотами и их солями. В коллоидном состоянии находится лишь часть из них.
Коллоидная фракция торфяной воды состоит преимущественно из частиц размером 0.5 - 1 мкм, имеющих форму близкую к сферической, и не обладающих заметной пористостью [15]. По Гапону [16], удельная поверхность таких частиц достигает 6000 м2/г.
Гуминовые кислоты по данным электронно-микроскопического анализа представлены мельчайшими сферическими частицами, склонными к объединению в цепные агрегаты [17, 18]. Согласно расчетам Джуриона [19], размер ас-
0
социатов гуминовых кислот составляет ~ 50 Л. По своему составу гуминовые кислоты - сложные ВМВ, в молекулах которых имеются ароматические кольца изо- и гетероциклического строения, а также карбоксильные и фенольные группы [20]. Большинство авторов подчеркивает карбоксильный характер гуминовых кислот, однако единого мнения об их природе и строении до сих пор не выработано. Это объясняется не только большим разнообразием кислот, но и аналитическими трудностями.
Помимо гуминовых кислот, среди окрашивающих соединений воды выделяют коллоидные и истинно-растворенные фульвокислоты (креповые и аиок-реновые кислоты), обладающие повышенной устойчивостью к действию сорбентов и окислителей. В фульвокилотах содержание углерода ниже, а водорода несколько выше чем в гуминовых кислотах.
В отдельную группу органических веществ, обусловливающих, в частности, цветность воды, выделяют галловую кислоту и танины, относящиеся к классу дубильных.
20
Органо-минеральные комплексы - образуются в результате взаимодействия истинно-растворимых гуминовых кислот с катионами металлов. В настоящее время можно считать доказанным существование комплексов с катионами железа, никеля, алюминия, меди и т. д. [21]. В таких комплексах металл входит в состав анионной части молекулы и не способен к обменным реакциям.
Органо-минеральные ассоциаты - результат взаимодействия коллоидных частиц гидроксидов или гидроокисей металлов с гуминовыми веществами. Это типичные хсмосорбционные продукты, образующиеся за счет химической реакции между компонентами на поверхности раздела твердая фаза - раствор, сопровождаемой межмолекулярными формами связи.
На основе вышеприведенной классификации примесей по их фазоводисперсному составу, Л. А. Кульскнй [3] предлагает выбрал» метод очистки воды по следующим критериям:
1. Фазово-дисперсное состояние примесей воды с учетом их химических особенностей определяет поведение этих веществ в водной среде и их отношение к вводимым в воду реагентам в процессе водообработки.
2. Каждому фазово-дисперсному состоянию соответствует характерная совокупность методов воздействия, приводящая к требуемым качественным показателям воды (кондициям) путем изменения этого состояния или без его изменения.
3. Способность многих примесей в водной среде изменять свое фазово-диспсрснос состояние под влиянием физических и химических факторов (pH, солевого состава, температуры и др.) дает возможность широко варьировать приемы и методы регулирования процессов обработки воды.
Технология кондиционирования воды подразделяется на процессы, связанные с корректированием ее физических и химических свойств, и процессы обеззараживания (освобождения от болезнетворных бактерий и микроорганизмов). Однако, несмотря на принципиальное различие задач этих методов обработки, они могут быть общими в зависимости от фазово-дисперсного состояния
- Київ+380960830922