СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАБОЧИХ ДОЗ КОАГУЛЯНТА В ПРОЦЕССАХ ОЧИСТКИ ПРИРОДНЫХ ВОД

Изобретение относится к области реагентной очистки воды, в частности к определению доз алюминий содержащих коагулянтов: сульфата и оксихлорида алюминия.

Известен способ определения доз коагулянта при реагентой очистке природных вод, заключающийся в проведении пробного коагулирования в цилиндрах с последующим отстаиванием воды в них не менее 30 минут и последующим определением мутности и цветности отстоенной воды [1, 2].

Недостатком этих способов, является отсутствие возможность прямого учета таких важных показателей качества исходной воды, влияющих на коагулируемость взвеси, как температура (t, °С), щелочность (Щ, моль/дм³), общее солесодержание (С, мг/дм³), характеристики устойчивости коллоидов: «дзетта-потенциал» (-ζ, мВ) и окисляемости: редокс-потенциал (-Е, мВ).

Известен способ расчетного определения доз коагулянтов в разные сезоны года и изменения качества исходной воды на основании статистической обработки исходных данных по эмпирическим зависимостям вида [3]:

где Ц - цветность, град.; Щ - щелочность, мг-экв/л; t - температура воды, °С; Д_х - доза хлора, мг/л.

Недостатком этого способа является то, что в нем не учитываются в формализованном виде (количественном значении) электрокинетический и окислительно-восстановительный потенциал, характеризующие кинетическую, агрегативную устойчивость коллоидных систем и окислительно-восстановительные реакции при добавлении в воду алюминий содержащих коагулянтов.

Наиболее близким по сути заявляемого изобретения является метод определения требуемой дозы коагулянта на основе применения дзетта-метрического метода по зависимости [4, 5]:

где ζ - дзетта-потенциал взвеси в исходной воде, мВ; A и B - показатели зависящие от вида применяемого коагулянта и температуры воды; К_х - коэффициент увеличения дозы, зависящий от режима первичного хлорирования воды перед коагулированном.

Недостатком этого метода является отсутствие в этой зависимости основных показателей качества исходной воды - мутности, цветности, окисляемости и не учет роста остаточного алюминия в воде после ее отстаивания и фильтрования, а также то, что даже в первом приближении в нем не учитывается воздействие на процесс коагуляции щелочности, солесодержания и редокс-потенциала.

Технологическим результатом предлагаемого изобретения является осуществление возможности оперативного и более точного определения требуемых доз коагулянта при изменении устойчивости коллоидных примесей и качества очищаемых вод в водоисточнике без проведения каждый раз повторного пробного коагулирования исходной воды.

Этот результат достигается тем, что при изменении качества воды в водоисточнике новую требуемую дозу коагулянта определяют по предложенной регрессионной зависимости учитывающей влияние на процесс коагуляции не только основных показателей качества очищаемых вод (таких как мутность, цветность, перманганатная окисляемость и остаточный алюминий), но и комплексный показатель представляющий собой характеристику устойчивости (сопротивляемости к коагуляции) минеральных и органических примесей в очищаемой воде.

Способ определения требуемой дозы коагулянта осуществляют следующим образом.

В расчетную регрессионную зависимость, полученную ранее на базе статистической обработки исходных экспериментальных данных (см.табл.1), для конкретного водоисточника в местах водоотбора и имеющую вид:

где Д_к - рабочая доза коагулянта, мг/л; М, Ц, ПО, Al_ост - соответственно показатели мутности, цветности, перманганатной окисляемости и остаточного алюминия, вводится дополнительный комплексный показатель коагулируемости коллоидной взвеси S_к, определяемый как:

где t - температура, °С; Щ - щелочность, мг-экв/л; С - общее солесодержание, мг/л; (-ζ) - отрицательное значение дзетта-потенциала, мВ; (-Eh) - отрицательное значение окислительно-восстановительного потенциала, мВ; A, α, β, γ, n, m - константы и коэффициенты регрессии, из которых оптимальную дозу коагулянта определяют по минимальным полученным значениям М, Ц, ПО и Al_ост в отстоенной в течение 30 минут воде после ее коагулирования реагентами с диапазоном доз от 0,2 до 10 мг/л по Al₂O₃ при М≤100 мг/дм³ и Ц≤100 град. и от 10 до 50 мг/л при больших указанных значениях этих ингредиентов и концентрациях рабочих растворов коагулянта от 1,5 до 5%.

Пример определения доз коагулянта.

Для оценки и обоснования вида регрессионных зависимостей, в том числе и с учетом комплексного показателя коагулируемости взвеси S_к, дозы коагулянта рассчитывалась по трем вариантам:

1 вариант:

2 вариант:

3 вариант:

Методами математической статистики были найдены во всех зависимостях коэффициенты регрессии.

В результате расчетов для первого варианта были получены следующие значения коэффициентов регрессии: α₀=0,0378; α₁=0,0772; α₂=0,5827; α₃=0,2410; α₄=-0,0516, после чего преобразуется в виде:

По второму варианту зависимость для определения дозы коагулянта имела вид: . В этом варианте дополнительно были вычислены значения приведенные в таблице 2.

Подставляя полученные значения коэффициентов регрессии (β₀=27,0217; β₁=0,0232; β₂=0,6629; β₃=-2,2302; β₄=-0,0766; β₅=-0,4973) получили:

По третьему варианту зависимость была принята в неявном виде: и после подстановки вычисленных значений коэффициентов регрессии (γ₀=0,0011; γ₁=-1,5065; γ₂=-0,7794; γ₃=5,8122; γ₄=-1,5504; γ₅=6,5842) была преобразована в вид:

Результаты расчета Д_к по трем вариантам сведены в таблицу 3. Сравнение различных формул для определения дозы коагулянта по сумме квадратов невязок (оценке качества полученной формулы) показали, что наилучшие результаты получены по формуле (4), худшие - по формуле (5). Следовательно, последняя в меньшей степени пригодна для практического применения.

Как видно предложенный метод обработки экспериментальных данных увеличивает степень точности расчетной зависимости по сумме квадратов невязок, между первым и вторым вариантами, в 2,57 раза. Третий вариант приводит к неприемлемой величине суммы квадратов невязок. Предложенный по первому варианту метод при изменении показателей качества воды в заданном интервале их варьирования, позволяет использовать необходимость повторного экспериментального определения новой дозы коагулянта пробным коагулированием воды, это особенно важно в случаях быстрого изменения качества воды в водоисточнике (например, в паводковые периоды весеннего половодья и осенних холодных дождей).

Таким образом, предложенный метод определения необходимых доз коагулянта, учитывающий в комплексе как основные показатели качества исходной воды (М, Ц, ПО, Al_ост), так и показатель коагулируемости примесей, связывающий Eh, рН, ζ, Щ, Т и С позволяет сократить объемы работ по пробному коагулированию.

Список используемых документов

1. Методики проведения технологических изысканий моделирования процессов очистки воды на водопроводных станциях. Раздел 2.1. Пробное коагулирования воды. - М.: ОАО «НИИ КВОВ», 2001.

2. Гороновский И.Т., Руденко Г.Г. Эксплуатация станций подготовки хозяйственно-питьевой воды (Гл.1. Статистические методы прогноза расхода коагулянтов). - Киев: Из-во «Будiвельник», 1975.

3. Драгинский В.Л., Алексеева Л.П., Гетманцев С.В. Коагуляция в технологии очистки природных вод. - М.: НИИ КВОВ, 2005.

4. Рекомендации по применению дзета-метрических методов для контроля и регулирования технологического режима работы водоочистных сооружений. - Новочеркасск: НМИ, 1976.

5. А.с. 1383190 СССР, МКИ G01N 27/26. Способ определения электрофоретической подвижности дисперсных частиц суспензий. БИ №11, опубл. 23.03.88.

6. Бахвалов Н.С. и др. Численные методы: учеб. пособие для вузов / Н.С. Бахвалов, Н.П. Жидков, Г.М. Кобельков. - М.: Лаб. Баз. Зн., 2002. - 632 с.