WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

Анализ данных о загрязненности водоисточников позволил осуществить в работе разделение уровней загрязнений источников на фоновые и надфоновые (или экстраординарные). Для фонового уровня были приняты концентрации целевых токсикантов в воде до 1,5-2 ПДК, для надфонового – концентрации существенно выше этих значений. Уровни содержания приоритетных токсикантов в воде изменялись в следующих диапазонах: нефтепродукты от 6 до 21 ПДК (норматив – 0,1 мг/л); СПАВ – от 1,5 до 5 ПДК (норматив – 0,5 мг/л); фенол – от 7 до 35 ПДК (норматив – 0,001 мг/л); бифенил – от 3 до 9 ПДК (норматив – 0,001 мг/л).

Методика проведения исследований предполагала поиск технологических и технических решений с использованием серийно выпускаемых реагентов, сорбентов и оборудования.

Воспроизводимость условий исследований реализовывалась с помощью моделирования уровней концентраций токсикантов в водоисточнике и генезиса попадания исследуемых загрязнителей в воду. Были разработаны принципы создания смесей токсикантов, которые базировались на их различной растворимости в воде и в органических растворителях, а также с учетом взаимной растворимости. Методика приготовления смеси заключалась в следующем: заданное количество токсикантов совместно или группами растворяли в промежуточном растворителе (ацетон или спирт), затем осуществлялся перенос этого раствора в малый объем воды с длительным перемешиванием и последующей фильтрацией, далее этот фильтрат вводили в обрабатываемую воду и тщательно перемешивали.

Для воспроизводимости условий экспериментов также было важно, чтобы сорбционные материалы работали в одинаковых условиях. Поэтому были разработаны принципы предподготовки сорбентов перед их непосредственным использованием. Для осуществления эффективного процесса сорбции необходимо предварительное замачивание угля, которое позволяет ликвидировать газовый «барьер» и перейти к системе «сорбент–вода–примеси воды». Была исследована зависимость изменение времени замачивания от температуры в диапазоне температур воды от +2 до +60 °С и показано, что предобработка сорбента горячей водой определенной температуры позволяет многократно сократить время замачивания и тем самым увеличить долю работающего сорбента.

Выбор сорбционных материалов для работы осуществлялся на основе оценки их характеристик: пористой структуры, полярных свойств поверхности угля, эффективности сорбции стандартных растворов низко- и высокомолекулярных соединений (метиленовый голубой, фенол, йод) и др.

Оценка свойств выбранных типов загрязнений и исследованных сорбентов показала, что наиболее эффективны сорбенты, обладающие одновременно развитой мезопористой структурой, с достаточно большим суммарным объемом пор и высоким значением адсорбционной активности как по метиленовому голубому, так и по йоду. По этим критериям были выбраны три марки углей: СПДК-27Д, ОУБ-12 и АБГ-П59.

После анализа физических и структурных характеристик углей производился выбор наиболее эффективного сорбента с использованием смеси токсикантов. С использованием ранее описанной методики приготовления модельных смесей токсикантов была смоделирована смесь фенола (17,3 ПДК), дихлорфенола (9 ПДК), бифенила (8 ПДК), гексадекана (10 ПДК) и сульфонола (5 ПДК). Использование одной дозы угля (15 мг/л) для выбранных марок сорбентов позволяло достигать эффективности очистки от указанных загрязнителей от 74 до 95 %. По эффективности извлечения суммы соединений был выбран наиболее эффективный сорбент – СПДК-27Д, использование которого позволяло очистить воду до концентраций, не превышающих норм ПДК для питьевой воды. Данный сорбент использовался в качестве основного в дальнейших исследованиях.

В главе 3 «Экспериментальная часть» приведены результаты исследований сорбционных методов повышения барьерной роли сооружений с фоновыми (фактическими) и экстраординарными (смоделированными) уровнями концентраций приоритетных токсикантов в воде.

Исследование сорбционных процессов (с ПАУ и ГАУ) проводилось совместно с реагентными методами, в полном цикле очистки воды. С целью выбора наиболее эффективной технологии исследовались схемы с ГАУ, с ПАУ (в зависимости от дозы и места ввода), с коагулянтами различной основности.

I. Изучение режимов очистки воды с фоновым содержанием антропогенных примесей производилось по следующим схемам: «первичное хлорирование сорбционная обработка ПАУ коагуляционная обработка коагулянтом (СА, ГХА, АА) и флокулянтом (ПАА) хлопьеобразование в КХО отстаивание механическое фильтрование или фильтрование на двухслойном фильтре с ГАУ (АГ-3, СКД-515)».

Было установлено, что в схемах с доочисткой воды на механических фильтрах замена однослойной песчаной загрузки на двухслойную с ГАУ позволяет снизить концентрации токсикантов, а также количество образующихся в процессе хлорирования галогенорганических соединений в фильтрате ниже их нормативных уровней.

Рис. 2. Эффективность очистки после фильтрования через различные загрузки

Извлечение нефтепродуктов после двухслойных загрузок происходило на 60 %, независимо от марки (структуры) сорбента. Напротив, эффективность извлечения СПАВ, в зависимости от марки ГАУ, составляла от 70 до 85 %, ГОС от 20 до 50 %.

При фоновых концентрациях токсикантов в водоисточнике, остаточные их концентрации в фильтрате после двухслойных загрузок находились на уровне 0,03-0,4 ПДК.

Увеличение эффективности очистки воды от исследуемых токсикантов наблюдалось при использовании более основных, чем сульфат алюминия коагулянтов – оксихлоридов алюминия (ОХА).

Эффективность извлечения нефтепродуктов, при использовании ОХА, возрастает вследствие более высокой сорбционной способности полимерных продуктов гидролиза ОХА (рис. 3). Одновременно происходит снижение рабочих доз коагулянта.

Например, эффективность удаления нефтепродуктов из речной воды возрастает в ряду: СА АА ГХА, при этом доза ОХА марки «ГХА» в 2,5 раза меньше дозы сульфата алюминия.

Рис. 3. Извлечение нефтепродуктов коагулянтами разной основности (после стадии фильтрования)

При введении в существующую технологию очистки воды нового «реакционного» материала – ПАУ – необходимо было понять, каким образом он влияет на изменение общих показателей качества воды.

Ввод ПАУ в смеситель с последующей реагентной обработкой «СА+ПАА» увеличивает эффект очистки воды по сравнению со стандартной схемой дозирования реагентов. Например, при использовании одного коагулянта дозой 5 мг/л достигается степень обесцвечивания воды на уровне 45 %. Добавление в этот режим флокулянта дозой 0,15 мг/л увеличивает степень обесцвечивания фильтрата до 60 %. Максимальное обесцвечивание исходной воды (75 %) наблюдается при углевании ПАУ (доза 10 мг/л) совместно с реагентной обработкой по режиму «СА+ПАА = 5+0,15».

При увеличении дозы ПАУ, как правило, увеличивается мутность фильтрата. Однако, в диапазоне доз ПАУ от 10 до 20 мг/л, величина показателя мутности находилось в пределах нормы (0,2-0,6 ПДК).

Показано, что глубокое обесцвечивание воды и снижение перманганатной окисляемости достигается в режимах углевания как при использовании флокулянта, так и без него.

Получено, что при одинаковой дозе флокулянта двойное увеличение дозы ПАУ приводит к аналогичному снижению дозы коагулянта и наоборот (рис. 4): цветность и окисляемость снижаются лучше в режимах «ПАУ/СА = 1/1», чем в режимах «ПАУ/СА= 4/1».

Таким образом, в периоды дозирования ПАУ возможен отказ от применения флокулянта.

В сравнении с режимами использования сульфата алюминия, применение коагулянтов с повышенной основностью в режимах углевания (в т. ч. гидроксохлорида алюминия) обеспечивает минимальные значения общих показателей качества очищенной воды.

Режимы обработки:

Дпау + Дкг + Дфл (мг/л):

0 – исходная;

1 – 10 + 10 + 0;

2 – 20 + 5 + 0;

3 – 10 + 10 + 0,15;

4 – 20 + 5 + 0,15

Рис. 4. Изменение общих показатели качества воды при ее совместной обработке ПАУ и реагентами

Близкие эффективности в режимах с сульфатом алюминия и ГХА достигаются меньшими дозами ГХА, притом, что данный коагулянт эффективно работает и в отсутствии флокулянта.

В условиях присутствия в водоисточнике фоновых количеств исследуемых токсикантов, а также в зависимости от времени года и концентрации каждого из них, дозирование ПАУ перед смесителем дозами 5-10 мг/л обеспечивает достижение их концентраций в очищенной воде на уровне 0,1-0,5 ПДК.

Рис. 5. Изменение концентрации суммы галогенорганических соединений по стадиям обработки воды

Для токсикантов галогенорганического ряда, образующихся в процессе первичного хлорирования, требуемое снижение их концентраций в фильтрате после механических фильтров достигается путем введения порошкообразного сорбента указанными дозами в смеситель после стадии хлорирования (рис. 5).

Приведенные выше данные исследований в периоды фонового загрязнения водоисточника токсикантами показывают, что требуемый эффект очистки воды по приоритетным токсикантам, общим показателям качества, а также по вторичным соединениям, образующимся в процессе хлорирования воды достигается путем использования ПАУ и ОХА повышенной основности. Регулирование эффективности удаления токсикантов и снижения общих показателей качества осуществляется путем изменения соотношения доз ПАУ и ОХА.

II. Изучение режимов очистки воды с экстраординарным содержанием токсикантов производилось по следующим схемам: «первичное хлорирование сорбционная обработка ПАУ коагуляционная обработка коагулянтом (СА, ГХА, АА) и флокулянтом (ПАА) хлопьеобразование в КХО отстаивание сорбционная обработка ПАУ а) механическое фильтрование или б) фильтрование на двухслойном фильтре с ГАУ (АГ-3, СКД-515) или в) механическое фильтрование сорбционное фильтрование (АГ-3, СКД-515)».

В результате сравнений эффектов очистки воды от исследуемых токсикантов более эффективными коагулянтами установлено следующее. Реагентная обработка воды только сульфатом алюминия и ПАА, без применения углеродных сорбентов, не обеспечивает требуемой степени очистки. Например, для режима коагуляции «Дкг/Дфл = 10/ 0,15» в фильтрате после механического фильтра остаточная концентрация токсикантов снижалась соответственно для: НП: с 8,5 до 1,3 ПДК; СПАВ: с 2,5 до 1,1 ПДК; фенола: с 10 до 1,2-1,3 ПДК; бифенила: от 8 до 1,4-1,5 ПДК.

Замена сульфата алюминия и ПАА на гидроксохлорид алюминия для режима коагуляции «Дкг/Дфл = 4/ 0» также не позволяет достичь нормативных требований. Остаточные концентрации токсикантов после механического фильтра снижались соответственно для НП: с 5,4 до 1,5 ПДК, СПАВ: с 3,4 до 1,5 ПДК, фенола: с 8,1 до 2,8 ПДК, бифенила: от 2,9 до 0,1 ПДК.

Показано, что дополнение режима обработки воды «СА+ПАА = 10+0,15» процессом углевания ПАУ дозами до 15 мг/л увеличивает эффективность очистки воды по всем исследуемым токсикантам (рис. 6). В зависимости от исходной концентрации каждого загрязнителя в смеси, снижение их концентраций в очищенной воде происходит до остаточных величин на уровне 0,1-0,5 ПДК.

Сравнение схем углевания (по качеству фильтрата механического фильтра) с применением ГХА и наиболее эффективной схемы обработки воды сульфатом алюминия и ПАА (Дкг/Дфл = 10/ 0,15) показал, что обе схемы работают с близкой эффективностью – от 85 до 99 % (в зависимости от класса соединений).

Рис. 6. Эффективность извлечения токсикантов в режимах углевания с помощью ПАУ и без него

Эффективность очистки воды от СПАВ и бифенила была несколько выше при ее обработке с использованием ГХА, а эффективность извлечения нефтепродуктов и фенолов – несколько выше в схемах с использованием сульфата алюминия и ПАА.

При реализации процесса углевания с применением традиционных или альтернативных реагентов, общие показатели качества очищенной воды (цветность, мутность и окисляемость) были примерно на одном уровне, несмотря на то, что дозы реагентов и ПАУ до 1,5-3 раз меньше в режимах очистки воды с ГХА.

Сравнение сорбционной доочистки воды на двухслойных фильтрах (песок+ГАУ) с реагентной обработкой, включающей ввод порошкообразных сорбентов дозами до 10 мг/л (либо в смеситель, либо перед фильтрами), показало равнозначную эффективность этих методов и для НП и для фенола (рис. 7). При удалении бифенила – эффективность схемы с вводом ПАУ (перед МФ) была выше, чем в схемах с ГАУ. Преимущество двухслойных фильтров выявилось только для СПАВ.

Рис. 7. Эффективность извлечения токсикантов в различных режимах сорбционной обработки воды

Таким образом, показана высокая эффективность углевания для удаления токсикантов как в смеси, так и по отдельности. Доказана возможность отказаться от схем с переоборудованием механических фильтров в двухслойные с ГАУ, тем более, что эффективность работы ГАУ резко снижается при увеличении содержания взвешенных веществ после 1-й ступени очистки.

Более рациональным является применение ГАУ после стадии механического фильтрования. Поэтому на следующем этапе работ изучались схемы с устройством дополнительной сорбционной ступени после стадии механического фильтрования. Исследования режимов обработки воды по схемам «механический фильтр сорбционный фильтр» показали, что остаточные концентрации трех из 4-х исследуемых токсикантов в очищенной воде были на уровне 1 ПДК и более (рис. 8).

Рис. 8. Эффективности удаления токсикантов при реализации различных режимов сорбционной очистки воды

Pages:     | 1 || 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»