3.2.4. Влияние активированного раствора коагулянта на гидравлическую крупность коагулируемой взвеси

Величина гидравлической крупности взвеси является одним из показателей эффективности работы отстойников.

Быстрое и полное разделение многокомпонентной системы, которой являют­ся дренажные воды полигонов ТБО, в определенной степени зависит от гидравли­ческой крупности взвеси, образуемой при обработке воды коагулянтами.

Использование для очистки воды активированного раствора коагулянта позволяет увеличить гидравлическую крупность коагулируемой взвеси и тем самым - интенсивность отстаивания сточных вод при их очистке. При обработке воды активированным раствором коагулянта увеличивается гидравлическая круп­ность коагулируемой взвеси, что приводит к более быстрому осветлению воды в отстойнике [5, 19, 25].

Исследования выполнялись на модельной воде, качественная характеристика которой представлена в предыдущих разделах. Условия эксперимента:

- температура - 11,6-12,40С;

- напряженность магнитного поля - 725-850, кА/м;

- содержание анодно-растворимого железа-10,5-15,3 мг/дм .

На рис. 3.15. показано влияние активированного раствора сульфата алюми­ния на гидравлическую крупность коагулируемой взвеси при очистке дренажных сточных вод полигонов ТБО.

Установлено, что использование активированного раствора сульфата алюми­ния оказывает влияние на увеличение гидравлической крупности коагулируемой взвеси во всем диапазоне выполненных исследований: так. при использовании обычного раствора коагулянта содержание мелкой взвеси с гидравлической круп­ностью 0,1 мм/с составляет при обычном растворе коагулянта 64%, активирован­ного раствора - 41%; при гидравлической крупности 0,2 мм/с-32% и 25% соответ­ственно; при гидравлической крупности 0,3 мм/с- 35% и 12% соответственно; при гидравлической крупности 0,4 мм/с-18% и 10% соответственно.

Содержание мелкой взвеси составляет около 55% (рис.3.15), количество взвешенных веществ с гидравлической крупностью 0,2 мм/с - 27%; 0,3 мм/с и выше -18%. Содержание мелкой взвеси (менее 0,1 мм/с) составляет 15%, а при

122обычной коагуляции - 55%, 0,2 мм/с - приблизительно одинаково (31% и 27%). Но увеличивается приблизительно в 2 раза количество взвеси 0,3 мм/с и более (33% и 15%). Взвешенные вещества с гидравлической крупностью 0,4 мм/с и более при использовании активированного коагулянта составляет 21% от общего содержания, при коагуляции обычным коагулянтом - всего 3%.

При исследовании воздействия активированного раствора коагулянта на гидравлическую крупность коагулируемой взвеси было установлено, что эффектив­ность зависит от содержания взвешенных веществ в исходной воде. Диапазон применения активированного раствора находится в пределах 25-250 мг/дм3. Наилучший результат исследований был зафиксирован при содержании взвешенных веществ в исходной воде 100-150 мг/дм (рис. 3.16).

С увеличением количества взвеси до 250 мг/дм3 эффективность обработки уменьшается, а при дальнейшем повышении содержания взвешенных веществ использование активированного раствора коагулянта становится нецелесообраз­ным. При уменьшении содержания взвешенных веществ до 25-50 мг/дм3 эффективность использования раствора коагулянта также уменьшается: при мутности 25 мг/дм3 взвешенные вещества с гидравлической крупностью 0,2 мм/с удаляются на 23,1%, а 1,2 мм/с-10,2%; при мутности 50 мг/дм3 соответственно 26,2% и 12,5%; 100 мг/дм3 — 41,6% и 24,1%.

Таким образом, эффективность воздействия активированного раствора коагулянта на гидравлическую крупность повышается с уменьшением последней, что подтверждается проведенными исследованиями для всего диапазона обработанной воды.

Количество выпавшей взвеси в сточной воде, обработанной активированным раствором коагулянта, значительно выше чем при обычной коагуляции. Так, взвесь крупностью 0,2 мм/с при использовании активированного раствора коагулянта удаляется на 91,1%, при обычном - на 67,8%. С увеличением гидравлической крупности коагулируемой взвеси эффективность удаления взвеси немного снижается: наибольшее количество взвеси при обработке воды активированным раствором коагулянта достигается при гидравлической крупности 0,2 мм/с, а наименьшее - при 1,2 мм/с.

Следовательно, обработка дренажных вод полигонов ТБО активированным раствором коагулянта способствует повышению гидравлической крупности коагулируемых взвешенных веществ, при этом увеличивается количество взвеси, оседающей с различной гидравлической крупностью, что в итоге интенсифицирует процесс очистки воды.

70

 

0 -I-1-1-1-'—

п 1 0,2 0,3 0,4

Количество взвеси, %

Рис. 3.15 - Влияние активированного раствора сульфата алюминия на гидравлическую крупность коагулируемой взвеси при очистке дренажных сточных вод полигонов ТБО (1-12,10С; Н=825 кЛ/ш; Бе3+-12,5 мг/дм3).

Рис. 3.16- Влияние активированного раствора коагулянта на гидравлическую крупность коагулируемой смеси, в

0 3+ 3

зависимости от содержания взвешенных веществ (1-12,1 С; Н = 825 кЛ/ш; Бе -12,5 мг/дм ): - гидравлическая крупность >0,2 мм/с;

то же, >1,2 мм/с Примечание: за 100% принято содержание взвешенных веществ при обычной коагуляции

3.2.5. Повышение эффективности процессов доочистки дренажных вод полигонов ТБО на механических фильтрах с зернистой загрузкой

В предложенной технологической схеме очистки дренажных вод полигонов ТБО применяется фильтрование на механических фильтрах с зернистой загрузкой.

Процесс фильтрования по Д.М. Минцу [65] - это результат двух противо­положно направленных процессов: прилипание задерживаемых частиц к макро­поверхности и отрыва ранее прилипших частиц и переноса их под влиянием гидродинамических сил потока. В каждом элементарном слое загрузки осветление воды происходит до тех пор, пока силы отрыва частиц не превысят силы адгезии или аутогезии (взаимодействие между частицами в отложениях). Накопление отложений в зернистом слое приводит к увеличению сил отрыва. Соотношение между силами адгезии и гидродинамическими усилиями, возникающими при движении воды, можно записать в виде следующего неравенства:

Гм8

->>

3пдг1У„, (3.7)

/ (О

где Гм- константа адгезии двух веществ (константа Гамакера); 8 - размер прилипающих частиц;

/(!)- величина, зависящая от формы частиц и расстояния между ними; Ун- составляющая скорости потока, нормальная к поверхности частицы; Г|- вязкость воды.

Левая половина неравенства характеризует силы адгезии, правая -гидродинамические усилия.

Отрыв частиц под действием водного потока происходит, когда сила отрыва Ботр в состоянии преодолеть силу адгезии Бад и массу частиц Р, т.е..

Ротр >М(Рад + Р), (3.8)

где и- коэффициент трения.

Если Рад >> Р, Ктр >> МРад .

Сила воздействия потока на частицу зависит от плотности и вязкости среды, диаметра частиц, скорости потока и условия обтекания прилипших частиц потоком.

Согласно исследованиям, выполненных Д.М. Минцем, Л.А. Кульским и др. [65, 67] критерием оптимального режима фильтрования служит соотношение между продолжительностью защитного действия загрузки 1;з и временем работыфильтра до момента достижения предельной потери напора 1;н, что обеспечивает оптимальные режимы фильтрования воды через зернистую загрузку фильтра.

Сравнительные данные влияния обработки сточной воды активированным раствором коагулянта на продолжительность защитного действия загрузки каркас-но-засыпного фильтра и время достижения предельно допустимой потери напора при очистке дренажных вод приведены в таблицах 3.13 и 3.14 соответственно, визуализация полученных опытных данных выполнена на рис. 3.16 и 3.17.

Таблица  3.13  -  Сравнительные  данные  продолжительности защитного

действия загрузки каркасно-засыпного фильтра при обработке дренажных вод полигонов ТБО обычным и активированным растворами коагулянта

 

 

N серии эксперимента

Продолжительность защитного действия загрузки, ч

Активированный

Среднее

Обычный раствор

Среднее

раствор коагулянта

значение

коагулянта

значение

 

9,2

 

7,3

 

1

9,4

9,5

7,4

7,5

 

9,9

 

7,8

 

 

8,7

 

6,9

 

2

9,1

9

7,3

7,2

 

9,2

 

7,4

 

 

8,1

 

6,8

 

3

8,2

8,3

7,2

7,1

 

8,6

 

7,3

 

 

8,2

 

6,7

 

4

8,3

8,4

7,1

7

 

8,7

 

7,2

 

 

8,6

 

6,9

 

5

9,1

9

7,3

7,2

 

9,3

 

7,4

 

 

9,1

 

7,5

 

6

9,2

9,3

7,4

7,5

 

9,6

 

7,6

 

 

8,8

 

7,3

 

7

8,9

9

7,4

7,5

 

9,3

 

7,8

 

 

8,2

 

6,5

 

8

8,4

8,5

7,2

7

 

8,9

 

7,3

 

Анализ данных свидетельствует, что вследствие более интенсивного протека­ния процессов осаждения примесей в отстойнике и снижения структурно-механи­ческой гидратации коагулирования осадков, имеющих место при обработке воды активированным раствором коагулянта, продолжительность защитного действия загрузки фильтра увеличивается в среднем на 26,2%, время достижения предельно допустимой потери напора-в среднем на 32,5% без ухудшения качества фильтрата.

Таблица 3.14. - Сравнительные данные времени достижения предельно

допустимой потери напора каркасно-засыпного фильтра при обработке дренажных вод полигонов ТБО обычным и активированным растворами коагулянта

Время достижения предельно-допустимой потери напора фильтра, ч

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N серии эксперимента

Активированный „

Среднее

раствор

значение

коагулянта

Обычный раствор коагулянта

Среднее значение

1

8,1

6,5

6,7

8,2 8,3

6,6

8,6

7,0

2

7,7

6,0

6,2

7,8 7,9

6,1

8,2

6,5

3

7,5

5,6

5,9

7,6 7,7

5,8

8,0

6,3

4

7,3

5,5

5,9

7,4 7,5

5,8

7,8

6,4

5

7,9

6,4

6,6

8,3 8,2

6,5

8,4

6,9

6

7,5

6,5

6,8

7,4 7,5

6,7

7,6

7,2

7

8,1

6,4

6,8

8,2 8,3

6,9

8,6

7,1

8

8,4

6,3

6,6

8,8 8,7

6,5

8,9

7,0

Исследования показали, что продолжительность защитного действия загруз­ки возрастает с увеличением плотности коагулированных примесей за счет умень­шения их структурно-механической гидратации, что позволяет увеличить защит­ное действие кварцевой загрузки по сравнению с обычной коагуляцией примесей. Одновременно увеличивается время достижения предельно допустимой потери напора. Более того, при обычном коагулировании продолжительность защитного действия загрузки изменяется скачкообразно в зависимости от температуры воды, а при использовании активированного раствора коагулянта защитное действие загрузки более стабильно, что повышает санитарную надежность процесса очистки сточных вод. Аналогичные явления были зафиксированы при анализе времени достижения предельно допустимой потери напора.

Продолжительность защитного действия зернистой загрузки скорых фильтров определяется отношением:

1

'3 = К

х        х 0 а

1 ь

V

х

К а

х 0

V

ь

(3.9)

(3.10),

С

где х0 и К - константы, зависящие только от величины -и принимаемые по

диаграммам, составленным Д.М. Минцем;

Ь - параметр, характеризующий интенсивность прилипания;

—   -  скорость  проникновения  хлопьев  вглубь   загрузки, которая

ь

уменьшается с увеличением прочности хлопьев.

Согласно формулы 3.10, увеличение продолжительности защитного действия загрузки позволяет увеличить скорость фильтрования без ухудшения качества фильтрата.

-■- - Продолжительность защитного действия загрузки каркасно-засыпного фильтра при обычном растворе коагулянта. Рис. 3.12 - Влияние обработки дренажных вод активированным раствором коагулянта на продолжительность защитного

действия загрузки (т.з)

1. Для улучшения процесса контактной коагуляции при дефосфатизации сточных вод необходимо максимально сокращать время от момента введения коагулянта в обрабатываемую воду до поступления ее в зернистый слой.

2. Эффективность очистки сточных вод при использовании активированного раствора коагулянта зависит в значительной степени от параметров активации раствора коагулянта: напряженности магнитного поля и содержания анодно-растворенного железа в растворе коагулянта.

3. Установлены оптимальные параметры активации растворов коагулянтов сульфата алюминия и хлорида железа.

4. Установлено, что при других параметрах активации растворов коагулянтов эффективность удаления фосфатов является достаточно высокой по сравне­нию с обработкой сточных вод обычным раствором коагулянта.

5. Температура сточных вод практически не оказывает влияния на процесс дефосфатизации при обработке сточных вод активированным раствором коагулянта.

6. Применение активированных растворов реагентов при доочистке биологичес­ки очищенных сточных вод на контактных осветлителях позволяет интенси­фицировать процесс дефосфатизации сточных вод.

7. Анализ опытных данных показал, что применение активированных растворов реагентов позволяет снизить их расчетную дозу в среднем на 25-32 %, при этом качество осветленной воды остается прежним по сравнению с использованием обычных растворов коагулянтов.

8. Использование активированного раствора коагулянта позволяет уменьшить гидратацию коагулированных примесей сточных вод, что позволяет ускорить процесс хлопьеобразования, повысить удельный вес образующихся хлопьев, величина которого влияет на осаждаемость коагулированных примесей и образующийся осадок. Это в свою очередь, позволит ускорить процесс осветления сточной воды в целом.

9. К основным факторам, влияющими на эффект очистки сточных вод на био­дисках, можно отнести силы сцепления контактной среды которые измеряют­ся силой отрыва на единицу площади контакта.

10. Установлено, что при использовании активированного раствора сульфата алюминия происходит увеличение сил сцепления контактной среды, чтовлечет за собой интенсификацию очистки воды, повышение эффективности процесса, что способствует снижению доз коагулянта при реагентной предподготовке фильтрата.

11. Анализ экспериментальных данных, полученных с использованием ЯМР -метода, показывает, что активные центры коллоидной стадии дисперсности, образующиеся в растворах сульфата алюминия под действием магнитного поля, после стабилизации анодно-растворенным железом, выполняя роль дополнительных центров коагуляции, оказывают интенсифицирующее действие на процессы очистки дренажных вод полигонов.

12. Согласно проведенным исследованиям, эффективность воздействия активи­рованного раствора коагулянта на гидравлическую крупность повышается с уменьшением последней.

13. Анализ экспериментальных данных свидетельствует, что вследствие более интенсивного протекания процессов осаждения примесей в отстойнике и снижения структурно-механической гидратации коагулирования осадков, при обработке воды активированным раствором коагулянта продолжительность защитного действия загрузки фильтра увеличивается в среднем на 26,2%, время достижения предельно допустимой потери напора - в среднем на 32,5% без ухудшения качества фильтрата.