На многих коммунальных предприятиях городов России с населением 50-100 тыс.человек, очищающих речную воду (объемом 30-80 тым.м³/сутки) до питьевого качества, используется простая и надежная технология: одноступенчатая очистка воды на контактных осветлителях с коагулированием сульфатом алюминия и обеззараживанием.

Качество очищенной воды соответствует российским стандартам, однако в связи с постоянным ухудшением показателей речной воды по цветности и окисляемости, достижение этих показателей приводит к существенному росту потребления коагулянта и, соответственно, росту объемов алюмосодержащих осадков станций, значительным объемам осветленной воды после осаждения промывных вод с контактных осветлителей с повышенным содержанием алюминия, которые затем сбрасываются обратно в водоем.

Сульфат алюминия в водоподготовке уже много десятилетий является наиболее распространенным коагулянтом в мире, учитывая его высокую эффективность, низкую цену и огромные запасы алюминия. Однако, уже в 1960-х годах начали вызывать опасения публикации английских ученых о прямой корреляции содержания растворенного алюминия в отдельных озерах Великобритании и подверженности населения близлежащих территорий болезнью Альтцгеймера и повышенной частоте раковых заболеваний у рыб, обитавщих в данных водоемах. Обстоятельный обзор исследований, выполненных в разных странах в последние десятилетия, опубликован в журнале «Экологическая химия», 2012, 21(3); 172–186 : И. В. Шугалей др. «НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ ВЛИЯНИЯ АЛЮМИНИЯ И ЕГО СОЕДИНЕНИЙ НА ЖИВЫЕ ОРГАНИЗМЫ». Исследования доказывают важность данной проблемы. Как результат: в России и зарубежом в последние годы постоянно ужесточаются требования к ПДК алюминия как в питьевой воде так и на сбросе в водоемы рыбохозяйственного и питьевого назначения.

В данной статье  с целью снижения сброса алюминия в водоем с контактных осветлителей одного из российских водоканалов (Схема  №1) рассматривается возможная эффективность использования напорной флотации в качестве первой ступени обработки воды перед контактными осветлителями (Схема  №2)

Представленные на схемах объемы очищаемой воды и расходы реагентов соответствуют среднесуточным значениям для данного предприятия.
Балансовые схемы и расчеты сделаны исходя из результатов лабораторных испытаний на пилотном флотаторе KWI и из представленных лабораторией данного предприятия следующих «усредненных» показателей:

1. Расход речной воды, подаваемой на очистку- 30 тыс.м³/сутки, взвешенные вещества в речной воде( по данным лабораторных анализов средние за год исключая паводковый период испытаний)- 4 мг/л (120 кг/сутки)
2. Расход сульфата алюминия на очистку составляет 27 мг/л по AL₂O₃. Гидролиз данного количества сульфата алюминия приводит к образованию осадка в виде AL(OH)₃ в количестве 43 мг/л ( включая взвешенные в исходной воде) или 1290 кг/сутки по а.с.в . в пересчете на обработку 30 тыс.м³ речной воды.
3. Расход промывных вод составляет 26% от объема поднимаемой воды или 7,8 тыс. м³/сутки. Взвешенные вещества на сбросе осветленной воды обратно в водоем составляют 57 мг/л.
4. Потребителю подается очищенная вода в объеме 22,2 тыс. м³/сутки с содержанием взвешенных веществ 2 мг/л.

Схема №2 рассчитана на основании существующей балансовой схемы и данных пилотных испытаний с использованием лабораторного напорного флотатора KWI. Расход коагулянта в ходе испытаний равнялся среднесуточному (27 мг/л по AL₂O₃), флокулянта (Праестол Praestol 2515 TR)- 1 мг/л.

Выводы:

Из представленных балансовых схем можно сделать вывод о том, что использование процесса флотации перед контактными осветлителями может дать следующие преимущества( даже без учета изменения природы и улучшения фильтрационных свойств взвешенных веществ после флотации):

• снять основную массу загрязнений уже на стадии флотации, что должно существенно (в 4 раза) снизить нагрузку на контактные осветлители, соответственно в 4 раза снизить объем промывной воды, а также повысить показатели очищенной воды после контактных осветлителей
• существенно снизить количество хлорорганических соединений в очищенной воде за счет снятия основной массы загрязнений до первой ступени хлорирования
• более чем на 26% увеличить объем очищенной воды, подаваемой потребителю при том же объеме водозабора и расхода коагулянта
• в 4 раза по объему снизить сброс осветленной промывной воды в водоем , в 20 раз снизить нагрузку по сбрасываемым загрязнениям, более чем в 2 раза снизить объем образующегося шлама .

Фактически данная предлагаемая схема близка к флотофильтрам, которые широко используются зарубежом при проектировании и строительстве новых сооружений очистки речной воды, объединяющим оба процесса флотации и фильтрации в одной установке. (см. например http://kwi.ru/obj/klaricell-rj.html). Но предлагаемая схема оптимизации максимально задействует уже существующее на российском предприятии оборудование.

Схема 1. «Гипотетическая» балансовая схема работы существующих очистных сооружений.

Обозначения: 1- приемная камера после барабанных сеток,3- контактные осветлители, 4-резервуар чистой воды, 5-отстойники промывной воды, 6- шламонакопители, СА- сульфат алюминия, ГХ- гипохлорит натрия.

Схема 2. Предлагаемая «гипотетическая» балансовая схема работы существующих очистных сооружений с использованием напорного флотатора и флокулянта.

Обозначения: 1- приемная камера  после барабанных сеток,2, вертикальные флотаторы с рециклом 20%, 3- контактные осветлители, 4-резервуар чистой воды, 5-отстойники промывной воды, 6- шламонакопители, 7-накопитель флотошлама,СА- сульфат алюминия,  ГХ- гипохлорит