На Рублевской водопроводной станции «Мосводоканала» (москворецкий источник) испытана пилотная установка компании «Дегремон» для очистки воды с применением бинарных реагентов - коагулянтов СА и оксихлорида алюминия (ОХА) с анионным флокулянтом ASP25 [сополимер акриламида (АА) с акрилатом натрия (Na-АК) с содержанием ионогенных звеньев α = 5 мол.%] [18]. Испытания проводились в 1997-1998 гг. в течение всех сезонных изменений качества исходной воды. СА оказался более эффективным в период теплой исходной воды, а в зимний период более эффективным являлся ОХА.
Совместное использование коагулянтов и флокулянта эффективно снижало основные характеристики загрязненности воды после отстаивания: мутность - на 80-85%, цветность – на 50-60%, перманганатная окисляемость – на 40-50%, содержание железа – на 90%, аммония – до 0,1 мг·л–1 и содержание фитопланктона - на 97-98% (даже в период бурного цветения воды).
Влияние интервала между моментом введения СА и анионного флокулянта Магнафлок LT27 на очистку воды рассмотрено в работе [22]. При малой дозе флокулянта (0,02 мг·л–1) и дозе коагулянта 5 мг·л–1интервал времени 30-120 с между дозировкой реагентов не влиял на цветность воды, а при большой дозе флокулянта (0,30 мг·л–1) и той же дозе коагулянта с увеличением интервала времени между дозировками реагентов цветность воды снижалась. Увеличение интервала до момента ввода флокулянта способствовало более полной сорбции гумусовых веществ частицами гидроксида алюминия и последующей сорбции флокулянта (см. табл. 1.2).
В настоящее время в г. Перми компанией ЗАО «Москва-Штокхаузен-Пермь» по немецкой технологии налажено производство высокоэффективных флокулянтов Праестолов, которые имеют высокую молекулярную массу (ММ), 100%-ное содержание основного вещества, а также широкий спектр марок неионного, анионного и катионного полимеров, адаптированных к различным видам суспензий и процессам их разделения. Рассмотрим результаты применения Праестолов в отсутствие и в сочетании с коагулянтами для обесцвечивания и очистки природной воды.
Таблица 1.2 - Влияние интервала между моментами введения сульфата алюминия и Магнафлока LT27 на качество очистки воды (доза коагулянта 5,0 мг·л-1, температура воды 4°С)
| Доза флокулянта, мг·л-1 | Интервал времени, с | Очищенная вода | |
| Цветность, град. | Мутность, мг·л-1 | ||
| 0 | 0 | 23,5 | 1,3 |
| 0,02 | 30 | 18,0 | 0,4 |
| 0,02 | 60 | 18,0 | 0,4 |
| 0,02 | 120 | 18,0 | 0,4 |
| 0,30 | 30 | 21,0 | 0,4 |
| 0,30 | 60 | 20,0 | 0,4 |
| 0,30 | 120 | 19,0 | 0,4 |
На основании модельных исследований на суспензии каолина [23, 24] проведено сопоставление качества очистки природной воды различными флокулянтами в сочетании с СА [25]. В качестве флокулянтов применяли аммиачный ПАА производства Завода им. Я.М. Свердлова г. Дзержинск, неионный Праестол 2500 (ПАА), анионные Праестолы 2515 TR, 2530 TR и 2540 TR (сополимеры АА с Na-АК) производства компании ЗАО «Москва-Штокхаузен-Пермь». Характеристики флокулянтов приведены в табл. 1.3.
Образцы частично гидролизованного ПАА (ГПАА) − В (Г), Е и гидролизованного Праестола (И) получали в производственных условиях на установке для растворения полимера щелочным гидролизом образцов Б, А и З соответственно.
Таблица 1.3 - Характеристика флокулянтов
| Образец | Полимер | [h], см3·г-1 | Мh×10-6 | Содержание в сополимере звеньев, мол. % | |
| акриламида | акрилата натрия | ||||
| А | ПАА | 900 | 4,2 | 100 | 0 |
| Б | ПАА | 580 | 2,3 | 100 | 0 |
| В | ГПАА | 580 | 1,3 | 89 | 11 |
| Г | ГПАА | 580 | 1,2 | 82 | 18 |
| Е | ГПАА | 900 | 2,2 | 82 | 18 |
| Ж | Праестол 2500 | 1550 | 8,7 | 97 | 3 |
| З | Праестол 2515 TR | 1500 | 4,4 | 89 | 11 |
| И | Праестол 2515 TR | 1500 | 4,0 | 83 | 17 |
| К | Праестол 2530 TR | 1800 | 4,6 | 80 | 20 |
| Л | Праестол 2540 TR | 1600 | 4,4 | 72 | 28 |
Щелочной гидролиз использовался для частичного замещения амидных групп ПАА на карбоксилатные и проводился в условиях, установленных на основании ранее выполненных исследований [26-31].
С учетом результатов лабораторных исследований на модельной суспензии каолина [32] были проведены опытно-промышленные испытания бинарных реагентов – ПАА (образец Б), ГПАА (образцы В и Г) и анионного Праестола 2515 (образец З) в сочетании с СА по очистке воды р. Волги на водопроводной станции КУП «Водоканал» г. Казани в осенне-зимний периоды 1998 г. [25, 27]. Согласно приведенным в табл. 1.4 данным, применение Праестола 2515 в осенний период года (температура воды 13°С, цветность 50-52 град, мутность 4,2-5,1 мг·л–1, общая щелочность 1,84-2,00 мг-экв·л–1) обеспечивало очистку воды до требуемых норм [33].
Таблица 1.4 - Влияние ПАА (образец Б), ГПАА (образцы В и Г) и Праестола 2515 (образец З) в сочетании с сульфатом алюминия на качество очищенной воды
| Дата | Флокулянт | СК, мг·л-1 | СП, мг·л-1 | Мутность, мг·л-1 | Al, мг·л-1 после очистки | |
| до очистки | после очистки | |||||
| 01.10 | Праестол (З) | 13 | 0,014 | 4,4 | 0,7 | 0,3 |
| 02.10 | - // - // - | 13 | 0,012 | 4,9 | 0,9 | 0,2 |
| 03.10 | - // - // - | 17 | 0,014 | 5,1 | 0,8 | 0,3 |
| 04.10 | - // - // - | 17 | 0,014 | 4,2 | 1,0 | 0,2 |
| 02.12 | ПАА (Б) | 35 | 0,15 | 2,1 | 1,7 | 0,8 |
| 21.12 | - // - // - | 34 | 0,15 | 2,2 | 1,2 | 0,8 |
| 28.12 | - // - // - | 34 | 0,15 | 1,9 | 1,2 | 0,4 |
| 03.12 | ГПАА (Г) | 35 | 0,15 | 3,5 | 0,8 | 0,5 |
| 20.12 | - // - // - | 34 | 0,15 | 2,2 | 1,4 | 0,5 |
| 21.12 | ГПАА (В) | 34 | 0,15 | 2,2 | 1,2 | 0,4 |
| 27.12 | - // - // - | 35 | 0,15 | 2,2 | 1,0 | 0,4 |
| 22.12 | Праестол (З) | 34 | 0,014 | 2,2 | 1,2 | 0,5 |
| 23.12 | - // - // - | 34 | 0,019 | 2,8 | 1,4 | 0,5 |
| 25.12 | - // - // - | 34 | 0,022 | 2,0 | 0,7 | 0,4 |
Сопоставление качества очистки воды р. Волги, обработанной неионным Праестолом 2500 (ПР) и его частично гидролизованным производным (ГПР) проведено на водопроводной станции ОАО «Казаньоргсинтез» в летний период 2000 г [34]. Технологическая схема водоочистки состояла из двух линий с одинаковым составом очистных сооружений (камеры хлопьеобразования, горизонтальные отстойники и кварцевые фильтры) с производительностью 1700 м3·час–1. В одну из линий подавали ПР, а в другую – ГПР и определяли в каждой линии основные показатели очищенной воды (табл. 1.5).
Таблица 1.5 - Влияние флокулянтов ПР и ГПР (содержание звеньев Na-АК 19 мол. %) в сочетании с сульфатом алюминия на качество очищенной воды
| Дата | СК, мг·л-1 | СП, мг·л-1 | Очищенная вода | |||
| Мутность, мг·л-1 | Al (III), мг·л-1 | |||||
| ПР | ГПР | ПР | ГПР | |||
| 1.06 | 13 | 0,015 | 1,10 | 0,97 | 0,33 | 0,28 |
| 2.06 | 13 | 0,017 | 1,16 | 1,09 | 0,32 | 0,27 |
| 3.06 | 14 | 0,013 | 1,12 | 1,02 | 0,30 | 0,24 |
| 5.06 | 13 | 0,010 | 1,34 | 1,26 | 0,38 | 0,29 |
| 10.06 | 16 | 0,017 | 1,16 | 1,15 | 0,24 | 0,17 |
| 11.06 | 14 | 0,013 | 1,20 | 1,11 | 0,19 | 0,16 |
| 12.06 | 16 | 0,016 | 1,01 | 0,90 | 0,21 | 0,15 |
| 13.06 | 16 | 0,013 | 1,31 | 0,61 | 0,18 | 0,16 |
Как видно, очистка воды с применением ПР и ГПР обеспечивает качество питьевой воды согласно требований нормативов [33]. Остальные показатели очищенной воды также отвечали нормам. При этом качественная водоочистка обеспечивалось малыми дозами Праестола 2500. Табличные данные подтверждают, что при замене ПР на ГПР мутность воды снижалась на 18%, а содержание в ней Al+3 – на 26%. При этом достигнуто улучшение качества водоочистки и снижение эксплуатационных затрат.
Применение для водообработки на многих водопроводных станциях СА выявило ряд недостатков, таких как малая эффективность при низкой температуре воды, большие дозировки реагента и опасность превышения в питьевой воде ПДК по алюминию и железу [4].
Поэтому заслуживает внимания поиск для водоочистки новых эффективных реагентов. Поскольку коллоидные примеси в природных и сточных водах, а также частицы большинства суспензий заряжены отрицательно, то для их очистки целесообразно применение катионных флокулянтов.
Флокулирующие свойства анионного (А) и катионного флокулянтов (К) изучены при очистке воды (концентрация дисперсной фазы 2,7%), отобранной из отстойников водопроводной станции [35]. Флокулянтом А являлся сополимер АА с Na-АК, а флокулянтом К – сополимер АА с гидрохлоридом диметиламиноэтилметакрилата (ГХ ДМАЭМА). Количественной характеристикой флокулирующего эффекта служил параметр
D = (V – V0) / V0 ,
где V и V0 – соответственно скорости осаждения дисперсной фазы в воде (определяли при седиментации в цилиндрах) в присутствии и в отсутствие флокулянта.
Установлено увеличение значений D с повышением концентрации флокулянтов А и К (СП). При близких значениях ММ и содержания ионогенных звеньев в макромолекулах значения D возрастали при замене флокулянта К на А. Это следствие более эффективной адсорбции отрицательно заряженных макромолекул флокулянта А на частицах дисперсной фазы по сравнению с положительно заряженными макромолекулами флокулянта К. Увеличение концентрации дисперсной фазы в воде (СД) понижало величину D по причине уменьшения отношения СП/ СД при СП = const.