СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ КОАГУЛЯЦИЕЙ Российский патент 1997 года по МПК C02F1/52 

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а именно к водоснабжению, и может быть использовано для приготовления как питьевой воды, так и воды, применяемой в пищевой промышленности.

Одним из способов обеспечения населения доброкачественной водой является использование индивидуальных (коллективных) водоочистных устройств, устанавливаемых непосредственно у потребителя. В основе работы таких устройств лежат различные методы очистки: окислительные, сорбционные, электрохимические, ультрафильтрационные и др.

Известен коагуляционный способ очистки воды, заключающийся в ее обработке коагулянтом, при этом в качестве коагулянта используют соли алюминия, в частности сульфат алюминия [1, с. 42]
Применение алюминийсодержащих коагулянтов имеет ряд существенных недостатков. Соли алюминия обладают повышенной растворимостью и недостаточно гидролизуются (ПР Al(OH)₃ 1,1•10^-15). Хлопья гидроксидов алюминия имеют незначительную массу и плохо осаждаются, что отражается на качестве очищенной воды, эффективное применение сульфатов алюминия наблюдается лишь при обработке воды с повышенным содержанием гуминовых и дубильных веществ.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ очистки воды, заключающийся в обработке воды смешанным коагулянтом, представляющим собой смесь солей алюминия и железа, а именно смесь хлорида железа (III) и сульфата алюминия в соотношении 1-2:1 [1, с. 116]
Применение смешанных алюможелезных коагулянтов частично устраняет недостатки порознь взятых алюминий и железосодержащих коагулянтов. Однако присутствие в составе данного коагулянта повышенного количества железа не позволяет получить осадки с сильно развитой адсорбционной поверхностью, вследствие чего не удается получить глубоко очищенную воду.

Задачей заявляемого технического решения является улучшение экологии путем защиты окружающей среды, в частности водного бассейна, от загрязнений вредными веществами и рациональное использование водных и минеральных ресурсов за счет повышения эффективности работы очистных сооружений и установок.

Технический результат, который может быть получен в результате реализации заявляемого способа, заключается в повышении качества водопроводной воды для питьевых нужд и приготовления пищевых продуктов.

Поставленный технический результат достигается тем, что в известном способе очистки воды коагуляцией путем обработки воды алюможелезосодержащим коагулянтом, включающим железосодержащий компонент и сульфат алюминия, согласно изобретению, перед обработкой воды коагулянтом в нее вводят расчетное количество перманганата калия, а в качестве железосодержащего компонента используют сульфат железа (II) при соотношении в коагулянте сульфата железа (II) и сульфата алюминия (0,03-0,05) 1.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Предлагаемый способ, в отличие от известных, обеспечивает не только активное окисление органических веществ, но и предполагает окисление Fe (II), присутствующего как в очищаемой воде, так и в составе коагулянта, что обусловливает повышение качества воды.

Количество вводимого перманганата калия зависит от состава обрабатываемой воды и определяется расчетным путем.

Присутствие в составе коагулянта заявляемого количества Fe (II) выполняет роль катализатора "затравки", ускоряющего и улучшающего процесс очистки от загрязнений. При действии пермантаната калия Fe (II) окисляется до Fe (III). Соответственно при восстановлении KMnO₄ образуется марганцовистая кислота H₂MnO₃. Последняя обладает высокоразвитой поверхностью, углубляет и ускоряет гидролиз сернокислого алюминия. Кроме того, поверхности коллоидных частиц гидроксида алюминия, с одной стороны, и марганцовистой кислоты, с другой, противоположно заряжены. Возникает эффект взаимной коагуляции коллоидов, что положительно отражается на качестве очищенной воды.

Заявляемый диапазон массового соотношения солей железа и алюминия в составе коагулянта обеспечивает наибольший эффект очистки и обусловлен существованием "порога" взаимной коагуляции коллоидов, т.е. существует такая доза количества марганцовистой кислоты, при которой происходит полная коагуляция сульфата алюминия. В свою очередь расход марганцовистой кислоты эквивалентен содержанию в составе коагулянта сульфата двухвалентного железа. Выход за пределы "порога" коагуляции (оптимальное соотношение солей железа (II) и алюминия) в составе коагулянта ухудшает качество очищенной воды.

Таким образом, заявляемая последовательность операций (введение в очищаемую воду расчетного количества перманганата калия и обработка воды смешанным коагулянтом, содержащим сульфат железа (II) и сульфат алюминия в соотношении (0,03-0,05):1) обеспечивают повышение качества питьевой воды.

Пример выполнения способа.

Способ реализован при подготовке воды в промышленных условиях на заводе по производству безалкогольных напитков г. Екатеринбурга.

В исходную водопроводную воду (состав приведен в таблице) вводили перманганат калия в количестве 1,15 мг/л для окисления органических и металлоорганических соединений (железоорганических в т.ч.). Образующаяся марганцовистая кислота служит затравкой в процессе последующей коагуляции.

Затем в воду вводили алюможелезосодержащий коагулянт в количестве 39 мг/л (оптимальный вариант). Состав коагулянта приведен в таблице. Далее вода поступала на осветление, проводимое с помощью ультрафильтрации. Показатели качества очищенной заявляемым способом воды (примеры а, б, в, г, д) приведены в таблице.

Для доказательства преимуществ заявляемого способа исходная вода была обработана по способам прототипу и аналогу в аналогичных условиях. Данные приведены в таблице.

Как видно из таблицы, заявляемый способ позволяет не только привести показатели качества водопроводной воды в соответствие с требованиями ГОСТа 28744-82 на "Питьевую воду", но и значительно улучшить эти показатели.

Кроме того, заявляемый способ обеспечивает уменьшение затрат реагентов по сравнению с существующими способами за счет "вскрытого эффекта" взаимной коагуляции коллоидов.

Использование: приготовление питьевой воды. Сущность изобретения: способ включает обработку воды перманганатом калия и последующую обработку воды алюможелезосодержащим коагулянтом при соотношении в коагулянте сульфата железа (II) и сульфата алюминия (0,03-0,05):1. 1 табл.

Способ очистки воды коагуляцией смесью сульфата алюминия с солью железа, отличающийся тем, что в качестве соли железа используют сульфат железа (II) при соотношении с сульфатом алюминия, равном (0,03 0,05) 1, а воду предварительно обрабатывают перманганатом калия в количестве, необходимом для окисления железа (II) и содержащихся в воде органических примесей.