Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях
Приготовление растворов коагулянта
Коагулянты, наиболее распространенным из которых является сульфат алюминия (сернокислый алюминий), применяются в большинстве случаев в схемах обработки воды из поверхностных источников для интенсификации удаления из нее мелкодисперсных взвешенных частиц. С этой же целью они применяются и в схемах очистки сточных вод.
Сульфат алюминия — товарный продукт, представляющий собой смесь кусков неопределенной формы, брикетов, гранул и порошка серого или белого цвета. Он содержит от 9,5 (неочищенный) до 14—16% (очищенный) Аl2O3. Его нерастворимый осадок составляет от 0,3 до 2,7%. Сульфат алюминия поставляется навалом в закрытых железнодорожных вагонах, на небольшие и средние станции доставляется с прирельсовых складов на автосамосвалах.
В зависимости от способа хранения коагулянта применяют следующие схемы приготовления его раствора.
При сухом способе хранения коагулянт (сульфат алюминия) из транспортного средства выгружается в бункера, откуда грейфером, закрепленным на кран-балке, по мере необходимости подается в растворный бак через загрузочную воронку. Растворный бак оборудован защитной решеткой, задерживающей крупные куски коагулянта и предохраняющей от разрушения дно бака и перфорированные трубы, подающие воздух для перемешивания. Концентрированный раствор через перепускной рукав переливается в расходный бак, где добавлением воды доводится до необходимой концентрации и подается кислотостойкими насосами на дозирование. Сжатый воздух на перемешивание подается воздуходувками.
При мокром способе хранения концентрированный раствор коагулянта приготовляется в растворных баках, в которые он непосредственно выгружается из транспортных средств , откуда перекачивается в хранилища. Возможно также и хранение раствора в этих баках с постепенной сработкой их при добавлении воды и перемешивании сжатым воздухом, подаваемым по воздуховоду. Раствор забирается из баков через поплавковые устройства.
При доставке товарного продукта по железной дороге в крытых вагонах выгрузка его производится разгрузчиками различной конструкции, передвигающимися на самоходной платформе вдоль разгрузочной эстакады. Для защиты воздухораспределительной системы от разрушения кусками коагулянта в растворных баках устанавливаются решетки.Нерастворившаяся часть коагулянта насосами отводится трубопроводом на шламонакопитель. Здание оборудуется грузоподъемными механизмами 2 — кран-балками.
Раствор коагулянта является агрессивным по отношению к бетону и черным металлам, в связи с чем необходимо предусматривать соответствующую кислотостойкую защиту стен баков и подбирать кислотостойкие насосы, трубопроводы и арматуру.
Для интенсификации процесса растворения коагулянта и разбавления его концентрированных растворов перемешивание в баках производится, как правило, с помощью сжатого воздуха; возможно также применение подогретой до 40°С воды. Для этих же целей применяются и механические мешалки: пропеллерные или лопастные.
Источник
Приготовление растворов коагулянтов путем разбавления коагулянтов, выпускаемых в жидкой товарной форме
Мв=Мртреб(1-Ктреб/Кисх), или Мв=Мрисх(Ктреб/Кисх-1), где Мтреб=Мв+Мисх,
Мв — масса воды для разбавления,
Ктреб — требуемая концентрация после разбавления,
Кисх — концентрация исходного раствора,
Мтреб — масса раствора требуемой концентрации,
Мисх — масса раствора исходной концентрации.
100* (1-10/40)=75 граммов.
Если же нужно определить объем раствора, то полученную массу следует делить на плотность раствора. Для PIX-111, она равна в среднем 1420 кг/м3, или 1,42 г/см3. Поэтому объем воды, необходимый для приготовления 10% раствора хлорида железа должен составлять:
75г/1,42 г/см3=52,81 миллилитра.
1,42 г/см 3 *100 г=142 миллилитра.
Масса воды, необходимая для разбавления, вычисляется, как
Таким образом, использование несложных формул, позволяет легко определить массу безводного реагента, или массу, или объем коагулянта производимого в жидкой форме, которая необходима для приготовления рабочих растворов определенной концентрации.
Источник
Коагулянты. Методы их приготовления, примеры используемых доз и способы расчета концентрации рабочих растворов
Оборудование, применяемое в водоподготовке для приготовления растворов коагулянта
Для приготовления раствора коагулянта используются специальные растворные баки, выполненные из коррозионно-стойких материалов, или имеющих антикоррозионное кислотостойкое покрытие, так как растворы солей железа и алюминия обладают агрессивными свойствами. Они представляют собой обычно прямоугольные, или круглые баки, с установленной у днища колосниковой решеткой, которая используется для поддержания определенного уровня коагулянта. Концентрация растворов коагулянтов обычно составляет от 10 до 15 процентов по оксиду полиметалла, или по его безводной соли.Перед употреблением они разбавляются до рабочей концентрации, составляющей от одного до пяти процентов по оксиду полиметалла.
1. Если для его растворения используется вода с температурой до десяти градусов Цельсия, то длительность полного цикла составляет около двенадцати часов.
2. В том случае если температура воды для растворения составляет примерно сорок градусов, это ведет к ускорению кинетических процессов и сокращению длительности цикла растворения до шести часов.
Перемешивание раствора осуществляется с помощью циркуляционных насосов, мешалок механического типа, либо с помощью подачи сжатого воздуха. При растворении реагента более высокой чистоты наклон стенок в нижней части растворного бака может составлять пятнадцать градусов, в то время как для неочищенного коагулянта наклон должен составлять не менее сорока пяти.
Источник
Примеры расчета дозы рабочего раствора коагулянта и флокулянта на основании их товарных характеристик
где Стов – это доза товарного коагулянта, которую необходимо ввести в сточную воду, Скоаг – это доза реагента по активному веществу, Какт – это доза активного вещества в реагенте. На примере характеристик сульфата алюминия торговой марки АЛГ, выпускаемого компанией «Кемира», рассчитаем необходимое количество реагента для его дозы, составляющей 50 мг/л, или 0,05 кг/ м3 по активному веществу. Так как процентное содержание Al2O3 составляет 17-18%, то для расчета можно принять его как 17,5 %. Значит на кубический метр объема сточной воды, или же на литр, должно будет приходиться:
Стов= 0,05*100/17,5=0,285 кг/м3,
или 285 грамм на 1000 литров сточной воды товарного сульфата алюминия, или 285 миллиграмм на литр.
Vтов= Скоаг*100/p*Какт, м3/ м3,
где Vтов – это объем дозы жидкого товарного коагулянта, а p – плотность товарного коагулянта. Этот объем, составляющий 50 мг/л по оксиду железа можно рассчитать на примере коагулянта хлорида железа, торговой марки PIX-111, выпускаемого в виде 40% товарного раствора. Плотность этого раствора составляет в среднем 1420 кг/м3. Содержание железа (Fe3+) в нем составляет 13,7 + 0,2%, что в пересчете на Fe2О3 составляет 19,57%. Исходя из этих данных Vтов=0,05*100/1420*19,57= 0,00017925 м3/ м3, или 179,25 мл на тысячу литров сточной воды, или же 0,18 миллилитров на один литр.
Для того, чтобы рассчитать объем дозируемого рабочего раствора коагулянта, приготовленного из гранулированного порошка, используется формула:
Vкоаг= Стов*100/ pраб*Краб, м3/ м3,
где Стов – это вычисленная весовая доза товарного коагулянта, Краб – концентрация дозируемого рабочего раствора коагулянта, а pраб- его плотность. Для 10% раствора сульфата алюминия его pраб= 1105 кг/м3, Стов= 0,285 кг/м3, поэтому:
Vкоаг= 0,285 *100/1105*10=0,0025 м3/ м3,
или 2,5 миллилитра 10% раствора сульфата алюминия на литр сточной воды.
Vкоаг= 0,000005 *100/1000*0,05 = 0,00001 м3/ м3,
или 0,1 миллилитра раствора флокулянта на литр обрабатываемой сточной воды.
Источник
способ приготовления рабочего раствора коагулянта
Классы МПК:
B01F3/12 жидкостей с твердыми веществами C02F1/52 флоккуляцией или осаждением взвешенных загрязнений
Автор(ы):
Серпокрылов Николай Сергеевич (RU) , Баринов Михаил Юрьевич (RU) , Садовников Алексей Фирсович (RU) , Гетманцев Степан Викторович (RU) , Гетманцев Виктор Степанович (RU) , Марочкин Алексей Александрович (RU) , Толмачев Владимир Владимирович (RU)
Патентообладатель(и):
Серпокрылов Николай Сергеевич (RU), Баринов Михаил Юрьевич (RU), Садовников Алексей Фирсович (RU), Гетманцев Степан Викторович (RU), Гетманцев Виктор Степанович (RU), Марочкин Алексей Александрович (RU), Толмачев Владимир Владимирович (RU)
Приоритеты:
Изобретение относится к области хозяйственно-питьевого, технического водоснабжения, а также к физико-химической очистке сточных вод. Изобретение касается способа приготовления рабочего раствора коагулянта при очистке вод от загрязняющих веществ. Способ приготовления рабочего раствора коагулянта заключается в том, что растворение товарного реагента происходит путем многократной циркуляции содержимого бака через кавитационно-вихревой поток, в котором происходит диспергирование частиц приготавливаемой суспензии вплоть до их наноразмеров при одновременном повышении температуры, причем большее значение времени циркуляции соответствует большей температуре нагрева. При этом среднеквадратичный градиент скорости перемешивания суспензии (G) составляет от 1000 с -1 , а время циркуляции — от 4 до 15 мин. Заявленный способ приготовления рабочего раствора коагулянта позволяет снизить эксплуатационные расходы, связанные с подогревом воды для приготовления рабочего раствора — суспензии полиоксихлорида алюминия (ПОХА) — в период низких температур, интенсифицировать процесс агрегирования взвешенных веществ путем улучшения адсорбционных свойств (коагуляционной активности) суспензии ПОХА, а также увеличить время «старения» рабочего раствора коагулянта. 2 табл.
Формула изобретения
Способ приготовления рабочего раствора коагулянта, включающий его перемешивание и циркуляцию, отличающийся тем, что перемешивание ведут одновременно с диспергированием частиц коагулянта, вплоть до наноразмеров, а циркуляцию осуществляют через кавитационно-вихревой поток при одновременном повышении температуры, причем большее значение времени циркуляции соответствует большей температуре нагрева, при этом среднеквадратичный градиент скорости перемешивания суспензии (G) составляет от 220000 с -1 , а время циркуляции от 4-15 мин.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к способам приготовления рабочего раствора коагулянта, в том числе и полиоксихлорида алюминия, для очистки вод от загрязняющих веществ и может быть использовано в области хозяйственно-питьевого, технического водоснабжения или в физико-химической очистке сточных вод.
Известен способ приготовления рабочего раствора коагулянта, в котором растворение реагентов в жидкости ведут барботированием воздухом или механическим перемешиванием при относительно низких оборотах мешалки. Иногда растворение ведут непрерывной циркуляцией раствора насосом. Растворение реагента происходит путем создания потоков: внутренних циркуляционных (барботаж или механическое перемешивание с относительно низкой интенсивностью) либо внешних (циркуляционный насос) (см. Фрог Б.Н. Водоподготовка. — Москва, 2001 г., с.111-114). При этом для повышения растворимости коагулянта ведут подогрев жидкости.
Недостатками данного способа являются необходимость применения дополнительного источника нагрева и, следовательно, высокие эксплуатационные расходы при получении горячей воды, подаваемой для растворения реагентов в период низких температур; низкая интенсивность перемешивания и, следовательно, значения среднеквадратичного градиента скорости перемешивания, практически не оказывающая влияние на степень дисперсности приготовляемой суспензии и, следовательно, на ее коагуляционную способность.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ приготовления рабочего раствора коагулянта путем совместного гидравлического и пневматического перемешивания за счет его циркуляции через колонну, в центре которой создается воздушный жгут засасываемого из атмосферы воздуха (см. Турянский И.П., Лысов В.А., Турянская Н.И. Реконструкция и интенсификация инженерных сетей и сооружений водопровода. Ростов-на-Дону, 2002 г., с.48).
Принятый за прототип способ обладает рядом недостатков: при простоте реализации затрачиваемая энергия расходуется только на перемешивание и циркуляцию приготовляемого рабочего раствора коагулянта в системе. Поскольку растворение — процесс эндотермический, то для более полного растворения коагулянта требуется подогрев раствора. При этом среднеквадратичный градиент скорости перемешивания (G) довольно низок и имеет порядок нескольких сотен с -1 , т.е. в данном способе не происходит существенного изменения физико-химических свойств приготовляемого рабочего раствора коагулянта (температуры, степени дисперсности), что не повышает его коагуляционную активность и не влияет на процесс его «старения».
Задачами изобретения являются:
— снижение эксплуатационных расходов, связанных с подогревом воды для приготовления рабочего раствора коагулянта;
— повышение коагуляционной активности приготовляемого рабочего раствора коагулянта, выражающееся в интенсификации происходящего в дальнейшем, при его применении, процесса агрегирования взвешенных веществ;
— увеличение времени «старения » рабочего раствора коагулянта.
Решение задачи достигается тем, что в известном способе приготовления рабочего раствора коагулянта, включающем его перемешивание и циркуляцию, перемешивание ведут одновременно с диспергированием частиц коагулянта, вплоть до наноразмеров, а циркуляцию осуществляют через кавитационно-вихревой поток при одновременном повышении температуры, причем большее значение времени циркуляции соответствует большей температуре нагрева. При этом среднеквадратичный градиент скорости перемешивания суспензии (G) составляет от 220000 c -1 , а время циркуляции — от 4-15 мин.
Способ приготовления рабочего раствора коагулянта осуществляется следующим образом. В емкость, содержащую товарный коагулянт, заливают необходимое для получения заданной концентрации количество воды. Затем полученную суспензию многократно пропускают через кавитационно-вихревой поток при значениях G от 220000 c -1 и времени циркуляции (Т) от 4-15 мин. С этой целью применяется тепловой вихревой генератор, который позволяет обеспечить в баке циркуляцию приготавливаемого рабочего раствора коагулянта. В процессе циркуляции жидкость многократно проходит через формирующийся внутри корпуса генератора кавитационно-вихревой поток с высокой степенью турбулентности, который и вызывает диспергирование частиц приготавливаемой суспензии. Диспергирование в кавитационно-вихревом генераторе по сравнению с чисто гидромеханическим перемешиванием происходит за счет диссипации в вихревой поток дополнительной энергии «захлопывания» кавитационных пузырьков. Процесс диспергирования идет как бы с нарастающим эффектом во времени за счет циркуляции. Параллельно с процессом диспергирования также происходит нагрев циркуляционного потока, что ускоряет процесс растворения реагента, особенно в период низких температур.
Поскольку приготовляемый рабочий раствор коагулянта не является истинным раствором, а лишь достаточно тонкодисперсной разбавленной суспензией (золем), то диспергирование частиц такой суспензии и ее параллельный нагрев ускоряет процесс дальнейшего гидролиза коагулянта. При введении его в обрабатываемую воду он проходит полнее, а увеличение численной концентрации частиц при одной и той же их концентрации в единице объема приводит к ускорению первой стадии процесса коагуляции — перекинетической и более эффективной следующей за ней ортокинетической стадии. В целом повышается эффективность агломерации взвеси обрабатываемой воды. Кроме этого получаемый тонкодисперсный рабочий раствор коагулянта более продолжительно во времени сохраняет свою коагуляционную активность, т.е. увеличивается его время «старения».
Примеры конкретного осуществления способа.
Способ приготовления рабочего раствора коагулянта — полиоксихлорида алюминия (ПОХА) «АКВА-АУРАТ тм 30» (АА) — по прототипу моделировался путем его перемешивания и циркуляции суспензии с захваченным атмосферным воздухом при следующих параметрах: G=700 с -1 ; Т=15 мин; температура (t)-20,6°C (нагрев приготовляемого рабочего раствора не происходит).
При приготовлении рабочего АА по предлагаемому изобретению его пропускали через кавитационно-вихревой поток с параметрами:
1. G=224 322 с -1 ; Т=4 мин (табл.1), нагрев до t=32°С.
2. G=626185 с -1 и Т=15 мин (табл.1), нагрев до t=70°С.
Пример 1. Для подтверждения эффекта диспергирования частиц рабочего раствора реагента определяли их эквивалентные радиусы двумя методами: седиментационным по Н.Я.Авдееву, в котором эффект осветления оценивали фотоэлектроколориметрическим способом, и турбидиметрическим (Фролов Ю.Г., Гродский А.С. Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии. — М.: Химия, 1986 г., с.113-116).
Сравнительные результаты экспериментов приведены в табл.1.
Пример 2. Эффект увеличения времени «старения» рабочего раствора АА оценивали по его оптической плотности при длине волны 540 нм (зеленый, №6 светофильтр).
Результаты по исследованию динамики «старения» приготовленного рабочего раствора АА при различных способах его осуществления приведены в табл.2.
Увеличение коагуляционной активности приготовляемого различными способами рабочего раствора АА оценивали путем поведения технологического моделирования процесса осветления воды р.Дон. Приготовленный заданным способом рабочий раствор АА вводился в цилиндр установки пробного коагулирования типа «Джар-Тест», в котором моделировались гидродинамические условия, характерные для обработки речной воды на очистных сооружениях в пос.Александровка (г.Ростов-на-Дону) при введении реагентов на площадке очистных сооружений: смешение (смеситель) G см =80 с -1 , время 3 мин; движение по трубопроводам от смесителей к камерам хлопьеобразования G труб =120 с -1 , время 1,5 мин; гидравлическое перемешивание в камере хлопьеобразования G кхо =15 с -1 , время 6 мин. Доза вводимого раствора АА принималась равной производственной, характерной для данного качества исходной воды.
Пример 3. При приготовлении рабочего раствора АА осуществляли его циркуляцию через кавитационно-вихревой поток со следующими параметрами: G=224322 с -1 и Т=4 мин. При исходной мутности воды 16,5 мг/дм 3 мутность обработанной воды приготовленным таким образом рабочим раствором АА после 30 мин отстаивания составила 6,8. При обработке этой же воды рабочим раствором АА, приготовленным по прототипу, мутность отстоянной в течение 30 мин воды составила 9,9 мг/дм 3 .
Пример 4. При приготовлении рабочего раствора АА осуществляли его циркуляцию через кавитационно-вихревой поток со следующими параметрами: G=224322 с -1 и Т=15 мин. При исходной мутности воды 16,5 мг/дм 3 мутность обработанной воды приготовленным таким образом рабочим раствором АА после 30 мин отстаивания составила 5,7. При обработке этой же воды рабочим раствором АА, приготовленным по прототипу, мутность отстоянной в течение 30 мин воды составила 9,9 мг/дм 3 .
Пример 5. При приготовлении рабочего раствора АА осуществляли его циркуляцию через кавитационно-вихревой поток со следующими параметрами: G=626185 с -1 и Т=4 мин. При исходной мутности воды 16,5 мг/дм 3 мутность обработанной воды приготовленным таким образом рабочим раствором АА после 30 мин отстаивания составила 4,6. При обработке этой же воды рабочим раствором АА, приготовленным по прототипу, мутность отстоянной в течение 30 мин воды составила 9,9 мг/дм 3 .
Пример 6. При приготовлении рабочего раствора АА осуществляли его циркуляцию через кавитационно-вихревой поток со следующими параметрами: G=626185 с -1 и Т=15 мин. При исходной мутности воды 16,5 мг/дм 3 мутность обработанной воды приготовленным таким образом рабочим раствором АА после 30 мин отстаивания составила 3,5. При обработке этой же воды рабочим раствором АА, приготовленным по прототипу, мутность отстоянной в течение 30 мин воды составила 9,9 мг/дм 3 .
Преимущества предлагаемого способа приготовления рабочего раствора коагулянта заключаются в следующем.
Происходящий параллельно процессу диспергирования частиц коагулянта приготовляемого рабочего раствора коагулянта его нагрев ускоряет растворение товарного продукта и не требует дополнительных источников подогрева воды.
Уменьшение размеров частиц такой суспензии, с одной стороны, повышает ее агрегативную устойчивость и тем самым замедляет ее «старение» (в смысле коагуляционной активности). С другой стороны, последующий гидролиз АА в этом случае идет быстрее, а образующиеся при этом в коллоидной системе продукты гидролиза обладают большей адсорбционной способностью (за счет их размеров), а именно процессы адсорбции различных коллоидных и высокомолекулярных примесей, дополняющие электрохимические взаимодействия, и определяют высокую эффективность применения ПОХА.
Способ не требует дорогостоящего оборудования, является по суммарным затратам экономичным, эффективным и экологически безопасным. Использование данного способа в промышленности не связано со значительными капиталовложениями.
