Scientific journal
Modern high technologies
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,899

THE USE OF COMPLEX COAGULANT ON THE BASIS OF NATURAL COMPONENTS FOR PREPARATION OF WATER OF TYUMEN CITY CENTRALIZED WATER SUPPLY SYSTEMS

Zagorskaya A.A. 1 Pimneva L.A. 1 Lapik O.I. 1 Sidunov S.A. 1 Shchekin A.N. 1
1 Tyumen Industrial University
At the current moment in the water of surface sources of water supply the value of organoleptic indicators and the concentration of chemical substances exceed the permissible level. This factor significantly complicates the preparation and purification of water before serving for the needs of the population and leads to a waste of reagents, increase of operating costs at water treatment plants and reducing the quality of drinking water. In this article, we analyzed the water quality of the Tura River as a surface source of drinking water supply. As a means of water purification, a complex coagulant was tested using turbidities based on natural materials. A comparison of the conditions of use of various opacities, making up the complex coagulant has been made. The optimal composition of the coagulant for the existing water treatment plant Metelevo (Tyumen) is determined. A study was made of the effectiveness of coagulation according to the main technological indicators and a comparison of the data obtained with the technology used at the Metelevo water treatment plant. As a result of the study, the possibility of using the developed coagulant for cleaning surface water was established.
natural water purification
coagulation
turbidity
water color

Вода – жизненно важный ресурс, который необходим человеку для выживания. Наличие чистой питьевой воды напрямую влияет на здоровье и благополучие населения, поэтому обеспечение чистой питьевой водой является одной из первостепенных задач [1, 2].

В настоящее время большинство поверхностных водоемов Тюменской области относятся к категории грязных и очень грязных, поэтому подача воды для хозяйственно-питьевых нужд из них без предварительной очистки невозможна, так как концентрация химических веществ и значения органолептических показателей превышают нормативно установленные значения, в связи с чем вопрос о разработке новых способов очистки встает более остро [3, 4].

Очистка воды осложняется сезонными изменениями качества воды. В осенний период это связано с поступлением большого количества дождевых вод, а в весенний талых, вследствие чего увеличивается содержание взвешенных частиц и загрязняющих веществ [5]. Также снижение температуры в зимний период, в результате чего увеличивается вязкость воды, что приводит к использованию большей дозы реагентов и повышенному содержанию остаточных веществ в очищенной воде [6].

Не менее важной проблемой существующих методов химической очистки воды является образование вторичных продуктов реакции, зачастую негативно влияющих на здоровье человека. В целях снижения цветности воды на действующих станциях Тюменского региона применяется метод первичного хлорирования. Содержание остаточного хлора в воде, с одной стороны, препятствует повторному загрязнению воды в процессе транспортировки, но с другой, приводит к образованию галогенорганических соединений. Основными побочными продуктами хлорирования являются тригалогенметаны – хлороформ или трихлорметан (CHCl3), бромдихлорметан (CHBrCl2), дибромхлорметан (CHBr2Cl) и трибромметан (CHBr3). Также побочными продуктами хлорирования являются галогензамещённые уксусные кислоты, галонитрилы, галокетоны, альдегиды и хлоралгидрат [7, 8]. Побочные эффекты поступления этих веществ связаны с увеличением риска развития рака, аллергических реакций, воспаления слизистых, развития сердечно-сосудистых заболеваний, а также увеличением риска неправильного развития плода при беременности [9, 10].

Основной целью данного исследования является разработка комплексного коагулянта, в состав которого будут входить естественные компоненты и проверка его эффективности на примере воды из водоема, используемого для хозяйственно-питьевых нужд.

Материалы и методы исследования

Объектом исследования является вода р. Туры, являющейся основным поверхностным источником водоснабжения г. Тюмени.

Вода реки имеет гидрокарбонатно-кальциевый [11] химический состав и отличается повышенной окисляемостью и цветностью, а также малой мутностью. В зависимости от сезона и объемов поступления в реку дождевых и талых вод значение показателей может изменяться в широком диапазоне.

На рис. 1 представлены минимальные и максимальные значения качественных показателей речной воды.

zagor1.wmf

Рис. 1. Качественные показатели воды р. Туры

Жесткость воды находится в пределах 1,94–3,6 ммоль/дм3, среднее значение водородного показателя составляет чуть больше 7. Значения перманганатной окисляемости колеблются от 14,28 до 28,86 мгO2 / дм3. Цветность и мутность воды изменяются в зависимости от сезона и находятся в пределах 40–260 градусов цветности и 3,09–10,16 мг/ дм3 соответственно [12].

Отбор проб проводился в весенний и зимний периоды 2017–2018 гг.. Все пробы были отобраны в соответствии с требованиями [13].

Места отбора проб представлены на рис. 2.

zagor2.tif

Рис. 2. Точки отбора проб

Контроль качества воды и измерение основных показателей были выполнены в соответствии с методиками [11].

Для измерения показателей качества воды до и после очистки был использован фотометр КФК-3-01.

В ходе исследования изучались следующие комбинации реагентов: сернокислый алюминий (СА), активированный уголь марки БАУ-А (АУ), полиакриламид (ПАА), каолинитовая глина (К), монтмориллонитовая глина (ММТ). Дозы замутнителей (АУ, К, ММТ), представленных в таблице, находились в пределах 1–3 мг/дм3, дозы коагулянта (СА) – в пределах 30–50 мг/дм3, доза флокулянта (ПАА) – 0,5–1,5 мг/дм3.

Характеристики замутнителей

Наименование замутнителя

Эквивалентный диаметр, мм

Пористость

Удельная площадь поверхности пор, м2/м3

БАУ-А

2,2

0,82

4800

Каолинит

0,52

0,9

1420

Монтмориллонит

0,8

0,78

1680

Процесс коагуляции проводился на основании [14]. Процесс коагуляции длился 30 минут с последующим фильтрованием через бумажный фильтр.

Полученные результаты после очистки воды сравнивались с нормативными значениями, установленными в [15].

Результаты исследования и их обсуждение

В результате проведения процесса коагуляции с помощью проб комплексного коагулянта с использованием активированного угля в качестве замутнителя были получены следующие данные (рис. 3, 4).

zagor3.wmf

Рис. 3. Значения технологических показателей работы станции водоподготовки после использования замутнителей

zagor4.wmf

а) б)

Рис. 4. Эффективность очистки разрабатываемой и существующей технологий: а) по мутности, б) по цветности

zagor5.tif

Рис. 5. Результаты исследования осадка с применением электронного спектрометра

Использование активированного угля в качестве замутнителя на пробах природной воды с исходным показателем мутности, равным 1,92 мг/дм3, и цветности, равным 108 градусов, позволяет достигнуть в среднем 90 % эффекта очистки, что превосходит используемую на Метелёвской водоочистной станции систему на 10–15 %.

Активированный уголь продемонстрировал лучшие показатели по снижению цветности, являющейся характерной особенностью тюменских природных вод. При исследовании образовавшегося в результате коагуляции с участием БАУ-А осадка на электронном спектрометре были получены следующие результаты (рис. 4).

Как видно из полученных данных, осадок имеет пористую структуру, что позволяет сорбировать содержащиеся в воде загрязняющие вещества. Так как основным химическим веществом в составе осадка является углерод, это позволяет произвести регенерацию при помощи прокаливания и, в последующем, повторно использовать его в качестве замутнителя.

Выводы

В результате работы установлены эффекты внедрения природных замутнителей. Произведена сравнительная оценка эффективности природных материалов, входящих в состав комплексного коагулянта, по отношению друг к другу. Получены предпосылки для исследования сорбционной способности разрабатываемых материалов.

Исходя из полученных результатов можно сделать вывод о пригодности к использованию исследуемых комбинированных коагулянтов для очистки воды из поверхностного источника. Полученные данные служат поводом для дальнейшего исследования оптимальной концентрации реагентов и подбора формы использования коагулянта в качестве конечного продукта.