Инженерно-технологическим центром ОАО «Мосводоканал» проведены испытания автоматического самопромывного дискового микрофильтра DynaDisc с полиэфирной сеткой 10 мкм на москворецкой и волжской воде. Испытания проводились в периоды интенсивного развития фитопланктона, как без реагентов, так и с предварительной реагентной обработкой исходной воды. Результаты исследований, проведенных на москворецкой и волжской воде, показали, что микрофильтрация на дисковых фильтрах с предварительной обработкой флокулянтом может быть перспективным и недорогим методом удаления фитопланктона из маломутных эвтрофированных вод.
Введение
Сезонное развитие микроводорослей в Москворецком и Волжском водоисточниках существенно осложняет работу московских станций водоподготовки. Жизнедеятельность микроводорослей приводит к появлению у воды различных неприятных и трудноудаляемых привкусов и запахов, в борьбе с которыми требуется применение современных дорогостоящих технологий – порошкового углевания и озоносорбции. Вместе с этим затрудняется работа стадии осветления: необходимы повышенные дозы реагентов, более частый сброс водопроводного осадка и уменьшение длительности фильтроцикла, что приводит к дополнительным затратам.
Одним из методов удаления микроводорослей является механическая ситовая фильтрация. Микрофильтры, как правило, устанавливаются в самом начале технологического процесса и предназначены для удаления крупных взвешенных частиц, фито- и зоопланктона. Современные микрофильтры характеризуются простотой конструкции, автоматической работой, высокой производительностью, компактными размерами и низким расходом промывной воды. Фильтрация воды происходит под действием гравитационных сил и не прекращается во время промывки фильтров. В мировой практике получило распространение и развитие оборудование различных типов:
Барабанные сита
Барабанные сита выполнены в виде цилиндра (барабана), через боковые поверхности которого происходит фильтрация. Барабан частично погружен в воду; таким образом, в определенный момент времени в процессе фильтрации участвует только часть поверхности. Сита оснащены системами очистки от задержанных фильтрующей поверхностью взвешенных частиц. При загрязнении погруженной в воду фильтрующей поверхности автоматически включается вращение барабана и система промывается.
Барабанные сита выпускаются многими ведущими компаниями – производителями оборудования очистки воды от взвешенных частиц. В зависимости от конкретного применения размер пор варьируется и составляет 0,5-3 мм. Барабанные сита успешно применяются на многих сооружениях очистки воды за рубежом. Основным недостатком сит такой конструкции является малое соотношение рабочей поверхности к общей площади сооружений, что затрудняет их применение на крупных станциях водоподготовки.
Вращающиеся ленточные сита
Ленточные сита представляют собой погруженную в воду фильтрующую ленту, выполненную из сегментов различной конфигурации, например, полуцилиндров. Как и в случае дисковых и барабанных сит, предусмотрена система очистки поверхности сита от задержанных частиц. В зависимости от конструкции поток фильтруемой воды может подаваться как внутрь ленточного сита, так и в наружный канал. Размеры отверстий в ситах и конфигурация фильтрующей установки определяются в зависимости от конкретного применения.
Дисковые сита
Дисковые сита представляют собой совокупность горизонтальных вращающихся фильтрующих дисков, располагающихся на центральном валу и частично погруженных в очищаемую воду. Поток воды поступает во внутреннее пространство дискового сегмента, проходит через сито и отводится в выводной канал. Первоначально фильтрующие диски в процессе фильтрации находятся в состоянии покоя. По мере загрязнения материала сит возрастает перепад давления, и при достижении заданной пороговой величины запускается вращение дисков и производится их промывка путем распыления чистой воды. Смытые с фильтрующего материала частицы попадают в расположенный ниже желоб.
Дисковые сита производятся рядом крупных компаний: Huber, Hydrotech, Nordic Water. Как правило, дисковые сита имеют более мелкие поры по сравнению с барабанными ситами и меньшую производительность, однако компании предлагают на заказ варианты, наиболее подходящие для конкретного применения.
К этой категории механических фильтров относится дисковая микрофильтрационная установка DynaDisc с ситами, выполненными из нержавеющей стали или синтетического материала. В одной установке может быть смонтировано несколько фильтрующих дисков (до 36 дисков). Компанией предлагаются два варианта фильтра – как самостоятельная установка в стальном контейнере или как фильтр, монтирующийся в бетонном резервуаре. Эффективность работы обоих вариантов установок одинакова.
Анализ мирового опыта применения микрофильтров для удаления фитопланктона показывает, что они с успехом используются на многих станциях водоподготовки. В то же время отмечается, что даже одинаковые фильтры, размещенные в разных частях света, показывают разную эффективность. По всей видимости, это связано с различием видового состава микроводорослей, а также отличием в условиях их питания и роста, что определяет ключевой фактор их задержания на фильтре – геометрическую форму и размеры. В связи с неопределенностью геометрических размеров микроводорослей, а также непрогнозируемым влиянием различных факторов на процесс микрофильтрации, были инициированы реальные испытания.
Инженерно-технологическим центром ОАО «Мосводоканал» были проведены испытания на автоматической пилотной установке Nordic Water с микрофильтром DynaDisc и возможностью предварительной реагентной обработки. В настоящей статье представлены результаты испытаний на москворецкой и волжской воде.
Методы
Пилотная установка
Для испытаний процесса микрофильтрации использовалась мобильная пилотная установка, представленная на фото 1.
Пилотная установка представляет собой стандартный контейнер, в котором размещено все необходимое технологическое оборудование: смеситель, баки для реагентов (коагулянта и флокулянта), насосы-дозаторы (фото 2а), две последовательно расположенные цилиндрические камеры хлопьеобразования с вертикальными рамными мешалками и вертикальной схемой движения воды (фото 2б), блок с дисковым микрофильтром DynaDisc и промывными форсунками (фото 3а), промывной насос и фильтр промывной воды.
Управление установкой осуществляется при помощи компьютеризированной автоматической системы управления на базе процессора Siemens Simatic (фото 3б).
Принцип работы технологии микрофильтрации
Исходная речная вода подается на установку с помощью внешнего насоса. В зависимости от режима обработки в поступающую воду вводятся реагенты: коагулянт и флокулянт. Обработанная реагентами вода поступает в две цилиндрические камеры хлопьеобразования, которые оснащены вертикальными мешалками с регулируемой скоростью вращения. В данных двух камерах происходит «дозревание» хлопьев. Из камеры хлопьеобразования коагулированная вода поступает в блок с дисковым микрофильтром DynaDisc. Принцип работы дискового микрофильтра представлен на рис. 1.
Микрофильтр DynaDisc представляет собой ряд дисков, закрепленных на роторе. Диски состоят из легкосъемных кассет с фильтровальной мембраной, погруженной на 60% в воду. Обрабатываемая (коагулированная) вода поступает на фильтр во входное отверстие в конце ротора, достигает дисков через отверстия в оболочке и фильтруется под действием силы тяжести. Перепад высот воды в процессе фильтрации составляет 20-40 см. Удаляемые взвешенные вещества отделяются и накапливаются на мембране с внутренней поверхности дисков. Очищенная вода (фильтрат) отводится через переливную стенку в трубопровод. В ходе процесса фильтрации уровень воды в роторе увеличивается. По достижении определенного уровня воды ротор начинает вращаться и запускается промывка фильтровальной мембраны. В процессе промывки вода, поступающая с внешней стороны мембраны под давлением 7,5 бар из шпринклерных колодок с форсунками, которые располагаются над водой вертикально между дисками, смывает накопившиеся загрязнения. Смытые с поверхности мембраны загрязнения стекают вниз и попадают в желоб, расположенный внутри центрального полого вала. Далее стоки самотеком выводятся из установки.
Порядок проведения испытаний технологического процесса микрофильтрации.
Испытания проводились в весенне-летний период (с конца мая по начало июля 2012 года) на Рублевской станции водоподготовки (РСВ), а в конце лета (вторая половина августа 2012 года) на Восточной станции водоподготовки (ВСВ). Для испытаний использовалась вода I-го подъема, поступающая из ковшей РСВ и ВСВ, соответственно. На РСВ вода на пилотную установку подавалась через врезку в водовод I-го подъема блока БОС-1, куда она подавалась промышленными центробежными насосами серии Д5000 и Д6300. На ВСВ вода на пилотную установку подавалась погружным насосом Grundfos AP12.50.11А1. Общий вид размещения установки представлен на фото 4.
а) б)
В ходе испытаний использовались реагенты, применяющиеся на действующих сооружениях станций водоподготовки (коагулянт сульфат алюминия и флокулянт Praestol 650 TR). Расход исходной воды на РСВ составлял 10-26 м3/час на 1 диск, на ВСВ – 10 м3/час на 1 диск. Коагулированная вода, проходя через камеры хлопьеобразования, поступала на дисковый микрофильтр DynaDisc с размером пор 10 мкм.
Качество исходной и фильтрованной воды оценивалось по следующим параметрам: мутность, цветность, перманганатная окисляемость, рН, остаточный алюминий (в том числе растворенный) и численность фитопланктона.
Результаты и обсуждение
Рублевская станция водоподготовки (Москворецкий водоисточник)
Полученные результаты приведены в таблицах 1а и 1б. Результаты по эффективности удаления различных разновидностей (отделов) фитопланктона приведены в таблицах 2а и 2б.
| Доза флокулянта мг/л | Доза коагулянта, мг/л | Расход воды, м3/ч/диск | % пром. воды | Мутность, мг/л | Цветность, градусы | П.О., мг/л | рН | Al общ., мг/л | Al раств., мг/л | Фитопланктон, кл/мл | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
0,0 |
0,0 |
10 |
0,8 |
Исх. |
5,8 |
18 |
6,2 |
8,84 |
0,04 |
0,02 |
33500 |
|
фильтрат |
4,7 |
17 |
6,0 |
8,75 |
0,02 |
0,01 |
21500 | ||||
|
Эф-сть |
19% |
5% |
3% |
|
|
|
36% | ||||
|
0,0 |
0,0 |
16 |
1 |
Исх. |
6,6 |
18 |
6,0 |
8,68 |
0,04 |
0,02 |
26500 |
|
фильтрат |
4,2 |
18 |
5,6 |
8,52 |
0,02 |
0,02 |
18200 | ||||
|
Эф-сть |
36% |
0% |
7% |
|
|
|
31% | ||||
|
0,0 |
0,0 |
16 |
0,6 |
Исх. |
4,0 |
30 |
7,6 |
8,18 |
0,01 |
0,00 |
8624 |
|
фильтрат |
3,2 |
32 |
6,8 |
8,11 |
0,00 |
0,00 |
4786 | ||||
|
Эф-сть |
20% |
0% |
10% |
|
|
|
45% | ||||
|
0,15 |
0,0 |
16 |
0,7 |
фильтрат |
2,4 |
30 |
7,4 |
8,14 |
0,00 |
0,00 |
3000 |
|
Эф-сть |
40% |
0% |
3% |
|
|
|
65% | ||||
|
0,15 |
0,0 |
16 |
0,8 |
Исх. |
4,1 |
30 |
8,0 |
8,19 |
0,05 |
0,01 |
10264 |
|
фильтрат |
2,6 |
28 |
7,2 |
8,15 |
0,11 |
0,04 |
5432 | ||||
|
Эф-сть |
37% |
7% |
10% |
|
|
|
47% | ||||
|
0,15 |
0,0 |
16 |
1,4 |
Исх. |
6,2 |
19 |
6,2 |
8,79 |
0,03 |
0,00 |
30000 |
|
фильтрат |
3,3 |
17 |
5,5 |
8,68 |
0,00 |
0,00 |
4900 | ||||
|
Эф-сть |
47% |
10% |
11% |
|
|
|
84% | ||||
|
0,3 |
0,0 |
16 |
1,3 |
Исх. |
5,9 |
17 |
5,8 |
8,56 |
0,04 |
0,01 |
19200 |
|
фильтрат |
2,6 |
17 |
4,8 |
8,72 |
0,01 |
0,01 |
2300 | ||||
|
Эф-сть |
56% |
0% |
17% |
|
|
|
87% | ||||
|
0,3 |
3 |
16 |
2,3 |
фильтрат |
2,3 |
14 |
4,7 |
8,09 |
0,63 |
0,32 |
1200 |
|
Эф-сть |
61% |
17% |
19% |
|
|
|
94% | ||||
|
0,3 |
3,8 |
16 |
2,5 |
фильтрат |
2,2 |
12 |
4,6 |
7,96 |
0,65 |
0,35 |
2200 |
|
Эф-сть |
62% |
29% |
20% |
|
|
|
88% | ||||
|
0,23 |
3 |
16 |
2,4 |
фильтрат |
2,8 |
17 |
5,0 |
8,06 |
0,72 |
0,45 |
2200 |
|
Эф-сть |
52% |
0% |
14% |
|
|
|
88% | ||||
|
0,23 |
3,8 |
16 |
2,7 |
фильтрат |
2,5 |
13 |
4,7 |
7,99 |
0,73 |
0,38 |
2100 |
|
Эф-сть |
58% |
23% |
19% |
|
|
|
89% | ||||
|
0,23 |
4,6 |
16 |
3,1 |
фильтрат |
2,5 |
11 |
4,5 |
7,91 |
0,7 |
0,23 |
1100 |
|
Эф-сть |
58% |
35% |
22% |
|
|
|
94% |
| Доза флокулянта мг/л | Доза коагулянта, мг/л | Расход воды, м3/ч/диск | % пром. воды | Мутность, мг/л | Цветность, градусы | П.О., мг/л | рН | Al общ., мг/л | Al раств., мг/л | Фитопланктон, кл/мл | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
0,15 |
0 |
26 |
0,8 |
Исх. |
4,3 |
25 |
7,6 |
8,23 |
0,04 |
0,00 |
9968 |
|
фильтрат |
2,5 |
24 |
6,6 |
8,34 |
0,00 |
0,00 |
5360 | ||||
|
Эф-сть |
42% |
4% |
13% |
|
|
|
46% | ||||
|
0,15 |
0 |
26 |
0,7 |
Исх. |
4,1 |
30 |
8,0 |
8,19 |
0,05 |
0,01 |
10264 |
|
фильтрат |
2,6 |
28 |
7,0 |
8,01 |
0,01 |
0,00 |
4300 | ||||
|
Эф-сть |
37% |
7% |
12% |
|
|
|
58% | ||||
|
0,15 |
0 |
26 |
0,8 |
Исх. |
4,5 |
23 |
7 |
8,47 |
0,01 |
0,01 |
10248 |
|
фильтрат |
3,0 |
21 |
6,4 |
8,34 |
0,01 |
0,00 |
4664 | ||||
|
Эф-сть |
33% |
9% |
9% |
|
|
|
54% | ||||
|
0,15 |
2,3 |
26 |
1,0 |
фильтрат |
3,4 |
17 |
6,2 |
7,97 |
0,62 |
0,31 |
5472 |
|
Эф-сть |
24% |
26% |
11% |
|
|
|
47% | ||||
|
0,15 |
3 |
26 |
1,3 |
фильтрат |
3,3 |
15 |
6,0 |
7,86 |
0,79 |
0,29 |
4056 |
|
Эф-сть |
27% |
35% |
14% |
|
|
|
60% | ||||
|
0,15 |
3,8 |
26 |
1,5 |
фильтрат |
3,7 |
16 |
5,6 |
7,8 |
0,96 |
0,24 |
4192 |
|
Эф-сть |
18% |
30% |
20% |
|
|
|
59% | ||||
|
0,15 |
3 |
26 |
1,3 |
Исх. |
4,2 |
21 |
5,5 |
8,26 |
0,05 |
0,04 |
17579 |
|
фильтрат |
3,4 |
16 |
5,4 |
7,88 |
0,85 |
0,25 |
6560 | ||||
|
Эф-сть |
19% |
24% |
2% |
|
|
|
63% | ||||
|
0,3 |
0 |
26 |
0,9 |
Исх. |
3,4 |
18 |
4,7 |
8,34 |
0,02 |
0,00 |
11168 |
|
фильтрат |
2,0 |
17 |
4,3 |
8,32 |
0,00 |
0,00 |
1832 | ||||
|
Эф-сть |
41% |
5% |
9% |
|
|
|
84% | ||||
|
0,3 |
3 |
26 |
1,8 |
Исх. |
3,4 |
17 |
4,6 |
8,31 |
0,00 |
0,00 |
10360 |
|
фильтрат |
2,0 |
13 |
4,5 |
7,87 |
0,68 |
0,13 |
2336 | ||||
|
Эф-сть |
41% |
23% |
2% |
|
|
|
77% | ||||
|
0,3 |
3 |
26 |
1,8 |
Исх. |
3,4 |
17 |
4,6 |
8,29 |
0,03 |
0,00 |
10272 |
|
фильтрат |
2,1 |
13 |
4,3 |
7,9 |
0,74 |
0,29 |
2760 | ||||
|
Эф-сть |
43% |
23% |
6% |
|
|
|
73% |
Из таблицы 1 видно, что эффективность микрофильтрации без применения реагентов достаточно низкая: мутность снижается на 19-36%, цветность изменяется незначительно (в пределах ошибки измерения), перманганатная окисляемость снижается на 3-10%, содержание фитопланктона уменьшается на 31-45%. Достоинством безреагентного режима является низкий расход промывной воды (менее 1%). При этом расход промывной воды понижается с уменьшением содержания фитопланктона в исходной воде, а эффективность удаления фитопланктона увеличивается.
При добавлении в воду только флокулянта с дозой 0,15-0,3 мг/л эффективность очистки по мутности и фитопланктону возрастает до 33-56% и 47-87% соответственно. Цветность и перманганатная окисляемость снижаются незначительно. При этом немного увеличивается расход промывной воды (до 1,4%).
При добавлении в воду флокулянта с коагулянтом эффективность очистки еще больше возрастает, однако это приводит к существенному увеличению расхода промывной воды (до 3,1% при дозе коагулянта 4,6 мг/л по Al2O3). Кроме того, в обработанной воде появляется остаточный алюминий с превышением действующего норматива на питьевую воду.
| Доза флокулянта мг/л | Доза коагулянта, мг/л | Расход воды, м3/ч/диск | % пром. воды | Диатомовые | Зеленые | Сине-зеленые | Прочие | сумма | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
0,0 |
0,0 |
10 |
0,8 |
Исх. |
26880 |
6144 |
0 |
512 |
33500 |
|
фильтрат |
19456 |
1920 |
0 |
128 |
21500 | ||||
|
Эф-сть |
28% |
69% |
|
75% |
36% | ||||
|
0,0 |
0,0 |
16 |
1 |
Исх. |
20224 |
5760 |
0 |
512 |
26500 |
|
фильтрат |
15616 |
2432 |
0 |
128 |
18200 | ||||
|
Эф-сть |
23% |
58% |
|
75% |
31% | ||||
|
0,0 |
0,0 |
16 |
0,6 |
Исх. |
1480 |
4912 |
2120 |
112 |
8624 |
|
фильтрат |
570 |
3152 |
1040 |
24 |
4786 | ||||
|
Эф-сть |
61% |
36% |
51% |
79% |
45% | ||||
|
0,15 |
0,0 |
16 |
0,7 |
фильтрат |
184 |
1672 |
1120 |
24 |
3000 |
|
Эф-сть |
88% |
66% |
47% |
79% |
65% | ||||
|
0,15 |
0,0 |
16 |
0,8 |
Исх. |
1376 |
6152 |
2600 |
136 |
10264 |
|
фильтрат |
592 |
3432 |
1360 |
48 |
5432 | ||||
|
Эф-сть |
57% |
44% |
48% |
65% |
47% | ||||
|
0,3 |
0,0 |
16 |
1,3 |
Исх. |
16384 |
2304 |
|
512 |
19200 |
|
фильтрат |
1856 |
456 |
0 |
32 |
2300 | ||||
|
Эф-сть |
89% |
80% |
|
94% |
87% | ||||
|
0,3 |
3 |
16 |
2,3 |
фильтрат |
752 |
312 |
|
24 |
1200 |
|
Эф-сть |
95% |
86% |
|
95% |
94% | ||||
|
0,3 |
3,8 |
16 |
2,5 |
фильтрат |
1336 |
704 |
|
24 |
2200 |
|
Эф-сть |
91% |
69% |
|
95% |
88% | ||||
|
0,23 |
3,8 |
16 |
2,7 |
фильтрат |
1’616 |
456 |
|
40 |
2100 |
|
Эф-сть |
90% |
80% |
|
92% |
89% |
| Доза флокулянта мг/л | Доза коагулянта, мг/л | Расход воды, м3/ч/диск | % пром. воды | Диатомовые | Зеленые | Сине-зеленые | Прочие | сумма | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
0,15 |
0 |
26 |
0,8 |
Исх. |
3152 |
4672 |
2072 |
72 |
9968 |
|
фильтрат |
680 |
3136 |
1520 |
24 |
5360 | ||||
|
Эф-сть |
78% |
33% |
27% |
67% |
46% | ||||
|
0,15 |
0 |
26 |
0,8 |
Исх. |
2224 |
6928 |
1000 |
96 |
10248 |
|
фильтрат |
720 |
3752 |
160 |
32 |
4664 | ||||
|
Эф-сть |
68% |
46% |
84% |
66,7% |
54% | ||||
|
0,15 |
2,3 |
26 |
1,0 |
фильтрат |
768 |
4184 |
504 |
16 |
5472 |
|
Эф-сть |
65% |
40% |
50% |
83% |
47% | ||||
|
0,15 |
3 |
26 |
1,3 |
фильтрат |
544 |
2856 |
640 |
16 |
4056 |
|
Эф-сть |
76% |
59% |
36% |
83% |
60% | ||||
|
0,15 |
3,8 |
26 |
1,5 |
фильтрат |
936 |
2808 |
440 |
8 |
4192 |
|
Эф-сть |
60% |
59% |
56% |
92% |
59% | ||||
|
0,15 |
3 |
26 |
1,3 |
Исх. |
3968 |
10496 |
2987 |
128 |
17579 |
|
фильтрат |
832 |
5296 |
400 |
32 |
6560 | ||||
|
Эф-сть |
79% |
50% |
87% |
75% |
63% | ||||
|
0,3 |
3 |
26 |
0,9 |
Исх. |
1064 |
7648 |
2344 |
112 |
11168 |
|
фильтрат |
96 |
1216 |
520 |
- |
1832 | ||||
|
Эф-сть |
91% |
84% |
78% |
100% |
84% |
Из таблицы 2 видно, что эффективность удаления диатомовых микроводорослей в безреагентном режиме составляет 23-61%, причем большая величина соответствует небольшому общему содержанию диатомовых в исходной воде в летний период (конец июня, 1480 клеток/мл), а меньшая величина соответствует высокому содержанию диатомовых в конце весеннего периода массового развития (начало июня, более 20000 кл/мл). Видовой состав диатомовых был представлен в основном видом Stephanodiscus Hantzschii Grun., в небольшом количестве присутствовали различные виды: Diatoma, Nitzschia, Synedra и другие. Согласно литературным данным клетки вида S. Hantzschii имеют форму в виде таблеток диаметром 8-30 мкм, то есть частично могут проходить через фильтровальную мембрану 10 мкм. По многолетним наблюдениям гидробиологов РСВ, для S. Hantzschii в р. Москве наиболее характерно преобладание крупных размеров клеток в начале весенней вспышки численности (конец апреля – май), значительное измельчание в начале июня, возвращение преимущественно крупных клеток по окончании весенней вспышки численности. В отдельные годы отмечаются отклонения от приведённой схемы. Данная схема хорошо объясняет минимальное удаление S. Hantzschii в конце весны и высокое удаление летом различием геометрических размеров клеток.
Добавление флокулянта дозой 0,15-0,3 мг/л увеличивает эффективность удаления диатомовых микроводорослей до 57-89%. Применение флокулянта вместе с коагулянтом обеспечивает эффективность удаления диатомовых водорослей на уровне 60-91%, то есть практически такое же, как и с применением только флокулянта.
Эффективность удаления зеленых водорослей в безреагентном режиме составляла 36-69%, причем большая величина соответствовала более раннему (весеннему) периоду исследований. Состав зеленых сильно изменялся в ходе исследований и был представлен различными видами: Chlamydomonas, Scenedesmus, Monoraphidium и другими, что осложняет интерпретацию полученных результатов на основе геометрических размеров. При использовании флокулянта эффективность удаления зеленых составляла 33-80%, а флокулянта вместе с коагулянтом - 40-86%.
Эффективность удаления сине-зеленых водорослей (цианобактерий), представленных в основном видом Aphanizomenon flos-aquae (L.) Ralfs., в безреагентном режиме составляла 51%. Клетки этого вида имеют ширину порядка 4-6 мкм в и длину 5-15 мкм. В поверхностных водах данный вид вегетирует в форме прямых, редко слегка изогнутых неразветвлённых нитей длиной преимущественно от 35 до 250 мкм, нити собраны в пучки разной прочности. На водозаборе РСВ вид представлен, как правило, непрочными пучками нитей. После прохождения насосов I-го подъёма пучки полностью разделяются на нити, которые в значительной степени дробятся на нити меньшей длины. Характер разбиения нитей при прохождении насосов зависит от состояния популяции. Гидробиологический анализ воды, подаваемой на пилотную установку, показал наличие как длинных нитей, так и коротких, вплоть до трех- и даже двухклеточных отрезков. С изменением во времени соотношения количества коротких и длинных нитей, по-видимому, связан значительный разброс данных по эффективности (27-87%), потому что короткие нити могут легко проходить через поры 10 мкм (перпендикулярно мембране), а длинные нити – нет.
Прочие микроводоросли были представлены более чем 50-ю видами, эффективность их удаления в безреагентном режиме составляла 75-79% при добавлении флокулянта 65-94%, а при добавлении флокулянта с коагулянтом - 75-100%.
Восточная станция водоподготовки (Волжский водоисточник)
Результаты испытаний представлены в таблице 3. Результаты по эффективности удаления различных разновидностей фитопланктона приведены в таблице 4.
|
Доза флокулянта, мг/л |
Доза коагулянта, мг/л |
Расход воды, м3/ч/диск |
% пром. воды |
Проба воды |
М, мг/л |
Ц, град |
П.О., мг/л |
рН |
Al, мг/л |
Фито, кл/мл | |
|
Общ. |
в т.ч. раств. | ||||||||||
|
0 |
0 |
7 |
0,9 |
Исходн. |
2,0 |
30 |
10,1 |
7,75 |
|
|
5406 |
|
Фильтрат |
1,9 |
30 |
9,9 |
7,75 |
|
|
1885 | ||||
|
Эф-сть |
5% |
0% |
2% |
|
|
|
65% | ||||
|
0 |
0 |
10 |
0,46 |
Исходн. |
3,4 |
28 |
10,1 |
7,85 |
|
|
37336 |
|
Фильтрат |
2,7 |
28 |
9,8 |
7,75 |
|
|
5400 | ||||
|
Эф-сть |
21% |
0% |
3% |
|
|
|
86% | ||||
|
0,05 |
9 |
10 |
5,2 |
Фильтрат |
2,6 |
12 |
6,9 |
7,05 |
1,89 |
0,08 |
2998 |
|
Эф-сть |
24% |
57% |
32% |
|
|
|
92% | ||||
|
0,05 |
11 |
10 |
5,3 |
Исходн. |
3,0 |
32 |
9,4 |
7,7 |
|
|
839 |
|
Фильтрат |
2,1 |
11 |
7,2 |
6,95 |
1,54 |
0,04 |
38 | ||||
|
Эф-сть |
30% |
66% |
23% |
|
|
|
96% | ||||
|
0,1 |
10 |
10 |
5,5 |
Исходн. |
1,4 |
30 |
9,1 |
7,65 |
|
|
1674 |
|
Фильтрат |
1,4 |
12 |
6,2 |
6,95 |
1,29 |
0,04 |
22 | ||||
|
Эф-сть |
0% |
60% |
32% |
|
|
|
99% | ||||
|
0,1 |
11 |
10 |
5,6 |
Исходн. |
1,7 |
33 |
10,4 |
7,7 |
|
|
11784 |
|
Фильтрат |
1,7 |
11 |
5,6 |
6,85 |
1,49 |
0,06 |
1281 | ||||
|
Эф-сть |
0% |
67% |
46% |
|
|
|
89% | ||||
|
0,15 |
9 |
10 |
4,8 |
Исходн. |
1,7 |
33 |
9,8 |
7,7 |
|
|
1335 |
|
Фильтрат |
1,8 |
12 |
6,1 |
7,0 |
1,54 |
0,04 |
23 | ||||
|
Эф-сть |
0% |
64% |
38% |
|
|
|
98% | ||||
|
0,15 |
11 |
10 |
5,7 |
Исходн. |
1,4 |
30 |
9,1 |
7,65 |
|
|
1674 |
|
Фильтрат |
1,2 |
14 |
6,2 |
6,9 |
1,09 |
0,04 |
11 | ||||
|
Эф-сть |
14% |
53% |
32% |
|
|
|
99,3% | ||||
Из таблицы 3 видно, что при очистке волжской воды микрофильтрацией мутность снижается на 0-21%, цветность практически не изменяется, перманганатная окисляемость снижается на 2-3%, содержание фитопланктона уменьшается на 65-86%. При этом расход промывной воды остается на уровне менее 1%.
Применение реагентов позволило существенно повысить эффективность микрофильтрации: снижение цветности составило 53-67%, перманганатной окисляемости - 23-46%. Увеличение доз реагентов выше оптимальных (9-10 мг/л для коагулянта и 0,1 мг/л для флокулянта) не приводило к значимому увеличению эффективности. Вместе с тем эффективность удаления фитопланктона оставалась стабильно высокой при любых режимах реагентной обработки, достигая 99,3%, что можно объяснить преобладанием в исходной воде нитчатых сине-зеленых водорослей в практически не измельчённом насосами виде. Однако применение реагентов привело к существенному возрастанию расхода промывной воды (до 4,8-5,7%) и появлению в воде остаточного алюминия с превышением действующего норматива на питьевую воду.
|
Доза флокулянта мг/л |
Доза коагулянта, мг/л |
Расход воды, м3/ч/диск |
% пром. воды |
|
Диатомовые |
Зеленые |
Сине-зеленые |
Прочие |
сумма |
|
0 |
0 |
7 |
0,9 |
Исходн. |
236 |
432 |
4728 |
10 |
5406 |
|
Фильтрат |
77 |
127 |
1672 |
9 |
1885 | ||||
|
Эф-ть |
67% |
71% |
65% |
10% |
65% | ||||
|
0 |
0 |
10 |
0,46 |
Исходн. |
584 |
328 |
36384 |
40 |
37336 |
|
Фильтрат |
62 |
10 |
5324 |
4 |
5400 | ||||
|
Эф-ть |
89% |
97% |
85% |
90% |
86% | ||||
|
0,05 |
9 |
10 |
5,2 |
Фильтрат |
48 |
10 |
2938 |
2 |
2998 |
|
Эф-ть |
92% |
97% |
92% |
95% |
92% | ||||
|
0,05 |
11 |
10 |
5,3 |
Исходн. |
263 |
74 |
502 |
0 |
839 |
|
Фильтрат |
11 |
5 |
22 |
0 |
38 | ||||
|
Эф-ть |
96% |
94% |
96% |
|
95% | ||||
|
0,1 |
10 |
10 |
5,5 |
Исходн. |
256 |
104 |
1312 |
2 |
1674 |
|
Фильтрат |
12 |
7 |
3 |
0 |
22 | ||||
|
Эф-ть |
95% |
94% |
99,8% |
100% |
99% | ||||
|
0,1 |
11 |
10 |
5,6 |
Исходн. |
336 |
262 |
11182 |
4 |
11784 |
|
Фильтрат |
27 |
9 |
1242 |
3 |
1281 | ||||
|
Эф-ть |
92% |
97% |
89% |
25% |
89% | ||||
|
0,15 |
9 |
10 |
4,8 |
Исходн. |
161 |
239 |
932 |
3 |
1335 |
|
Фильтрат |
9 |
5 |
8 |
0 |
23 | ||||
|
Эф-ть |
94% |
98% |
99% |
100% |
98% | ||||
|
0,15 |
11 |
10 |
5,7 |
Исходн. |
256 |
104 |
1312 |
2 |
1674 |
|
Фильтрат |
7 |
1 |
4 |
0 |
11 | ||||
|
Эф-ть |
97% |
99% |
99,7% |
100% |
99,3% |
Из таблицы 4 видно, что эффективность удаления диатомовых микроводорослей в безреагентном режиме составляет 67-89%. В данном случае диатомовые были представлены в основном различными видами Fragilaria и Navicula, которые в среднем имеют сравнительно крупные размеры и поэтому хорошо задерживаются сеткой 10 мкм.
Зеленые микроводоросли были представлены в основном ценобиальными хлорококковыми: резко доминировавшим Scenedesmus quadricauda Chod. с примесью Scenedesmus spp., Didymocystis sp. и других, а также одноклеточными вольвоксовыми водорослями рода Chlamydomonas. В данном случае высокий (71-97%) процент удаления зеленых микроводорослей объясняется следующим. Ценобии S. quadricauda, оснащённые мощными выростами, всегда в двух измерениях из трёх имеют размер значительно больше 10 мкм. Для остальных представителей рода Scenedesmus, большинство из которых также имеет выросты, это верно для части ценобиев (самые мелкие, доля которых у разных видов разная, могут пройти через пору диаметром 10 мкм). Среди клеток видов рода Chlamydomonas имеют размер менее 10 мкм только наиболее мелкие клетки. Что касается Didymocystis sp., то этот вид практически не задерживается фильтром благодаря малым размерам.
Сине-зеленые были представлены в основном нитчатыми микроводорослями: Anabaena sp. и Aphanizomenon flos-aquae (L.) Ralfs. Также в небольшом количестве присутствовали Microcystis aeruginosa Kutz. emend. Elenk. Клетки Anabaena имеют диаметр 6-22 мкм и длину 17-90 мкм, что несколько крупнее клеток Aphanizomenon flos-aquae; кроме того, нити Anabaena sp. сильно искривлены в отличие от почти прямых нитей Aphanizomenon flos-aquae. Дробление колоний сине-зелёных насосами в данной серии опытов было выражено намного слабее, чем в опытах на РСВ. Гидробиологический анализ воды, подаваемой на установку, показал, что нити Anabaena sp. имеют спиральную форму со средним количеством клеток в нити около 20 ед., коротких отрезков не наблюдалось. Данное обстоятельство хорошо объясняет, что эффективность удаления смеси Anabaena и Aphanizomenon оказалась заметно выше (65-85%, таблица 3), чем у Aphanizomenon flos-aquae (L.) Ralfs в отдельности (51%, таблица 2). Преобладание сине-зеленых и высокий процент их удаления определили в конечном счете высокий процент удаления фитопланктона в целом (65-86%, таблица 3).
Использование реагентов привело к существенному повышению эффективности удаления диатомовых, зеленых и сине-зеленых микроводорослей, достигающей 99,8%.
Операционные затраты на микрофильтрацию
На рис. 2 нанесены экспериментальные точки по эффективности удаления фитопланктона (РСВ) в зависимости от затрат на обработку воды (стоимость реагентов и электроэнергии на промывку и вращение дисков). Стоимость электроэнергии I-го подъема не учитывалась.
Из рис. 2 видно, что экспериментальные точки образуют три облака в зависимости от режима обработки воды микрофильтрацией. Наименьшие затраты приходятся на безреагентный способ обработки. К сожалению, в этом случае обеспечивается и минимальная эффективность. Следует отметить, что на режим с предварительной реагентной обработкой воды при помощи флокулянта приходятся чуть большие затраты, но в этом случае эффективность удаления фитопланктона заметно выше. Наибольшие затраты приходятся на режим с предварительной реагентной обработкой воды при помощи флокулянта и коагулянта. При этом среднее значение эффективности удаления фитопланктона почти не увеличивается.
Если говорить о повышении энергоэффективности метода дисковой микрофильтрации, то дальнейшие исследования следует направить на развитие предварительной обработки воды при помощи новых флокулянтов, поскольку результаты испытаний явно свидетельствуют, что небольшие дозы флокулянта существенно увеличивают эффективность удаления фитопланктона. При этом расход промывной воды сравнительно невелик (до 1,5%) и нет проблемы с остаточным алюминием.
Выводы
Результаты исследований, проведенных на москворецкой и волжской воде, показали, что микрофильтрация на дисковых фильтрах с предварительной обработкой флокулянтом может быть перспективным и недорогим методом удаления фитопланктона из маломутных эвтрофированных вод.
Михаил Козлов, начальник Управления новой техники и технологий;
Ирина Арутюнова, начальник отделения водоподготовки Инженерно-технологического центра;
Сергей Ягунков, ведущий инженер отделения водоподготовки Инженерно-технологического центра;
Роман Арбузов, инженер 1-й категории отделения водоподготовки Инженерно-технологического центра;
Сергей Абрамов, инженер 2-й категории отделения водоподготовки Инженерно-технологического центра;
Павел Басихин, инженер 2-й категории инспекции ЗСО ИГТУ Рублевской станции водоподготовки.
ОАО «Мосводоканал».
