СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОБРАБОТКОЙ В ПОДАЮЩЕМ ТРУБОПРОВОДЕ С КАТИОННЫМ ФЛОКУЛЯНТОМ Российский патент 1999 года по МПК C02F1/52 

Изобретение относится к способам очистки воды поверхностных водоисточников и может быть использовано в области хозяйственно-питьевого или технического водоснабжения, в частности при очистке мутных вод.

Известен способ совместного использования минерального коагулянта и анионного или катионного флокулянта [1], заключающийся в том, что реагенты вводятся в смеситель, затем обработка идет в камере хлопьеобразования, отстойнике и, наконец, в фильтре. Рекомендуются следующие гидравлические условия обработки воды реагентами, на которые рассчитаны водоочистные сооружения:
быстрое перемешивание в смесителе при среднем значении градиента скорости 200-1000 с^-1, время 1-2 мин;
медленное перемешивание в камере хлопьеобразования с градиентом скорости 25-45 с^-1, время перемешивания, как правило, менее 20-30 мин.

Достижению технического результата препятствует отсутствие оптимальных условий хлопьеобразования, в процессе которого осуществлялось бы глубокое осветление воды с образованием быстрооседающей агрегатированной взвеси.

Известен способ очистки воды обработкой катионным флокулянтом и минеральным коагулянтом с введением реагентов непосредственно перед отстойником, реализованный на пилотной установке [2]. При этом мутность речной воды удавалось снизить с 14 мг/л только до 8 мг/л.

Достижению технического результата препятствует отсутствие оптимальных гидравлических условий для агрегатирования взвешенных загрязнений при совместном контакте воды с реагентами.

Наиболее близким по технической сущности заявленному объекту является способ - прототип [3] очистки мутных вод обработкой катионным флокулянтом в подающем трубопроводе по нашей заявке 95107773/26/013339. Согласно этому способу флокулянт вводят в трубопровод или в воду перед подачей ее в трубопровод, используемый для смещения и агрегатирования взвешенных веществ, на расстоянии 500-60000 м до отстойников с достижением градиента скорости в трубопроводе 68-346 с^-1 и времени обработки 0,13 - 33 ч. При наличии на трубопроводе насосов для дополнительного подъема воды флокулянт вводят перед ними. В трубопроводе за счет длительного и интенсивного перемешивания происходит связывание взвешенных частиц загрязнений полимерными мостиками флокулянта и формирование агрегатов, способных эффективно осаждаться в отстойниках.

Достижению технического результата препятствует то, что в прототипе ни при каких дозах флокулянта и параметрах обработки не достигается изъятие загрязнений до мутности после отстаивания ниже 3-2,5 мг/л - при обычном для водоочистных сооружений времени отстаивания. А для эффективной работы следующей ступени очистки необходимо иметь воду, максимально осветленную, - с мутностью менее 2 мг/л. Такая вода может быть использована и для технического водоснабжения в ряде отраслей народного хозяйства.

Целью изобретения является повышение эффективности агрегатирования взвешенных веществ воды в трубопроводе для возможности их дальнейшего более полного осаждения в отстойниках.

Для достижения цели предлагается осуществить дополнительную обработку воды минеральным коагулянтом.

Технический результат достигается тем, что способ очистки мутных поверхностных вод обработкой катионным флокулянтом в подающем трубопроводе, включает дополнительную обработку минеральным коагулянтом в соотношении к флокулянту от 40 :1 до 1:1. По ходу движения воды минеральный коагулянт вводят или до флокулянта, или одновременно с ним (т.е., в одну точку) или после флокулянта. Во всех случаях время совместного контакта реагентов с водой в трубопроводе принимают в пределах 0,2 - 16,7 ч. Одновременный ввод реагентов может быть осуществлен в виде заранее приготовленной их смеси в указанном интервале количественного соотношения.

Основной причиной повышения эффекта хлопьеобразования при дополнительном введении минерального коагулянта является совместное участие в процессе как коагулирующих частиц минерального коагулянта, так и молекул флокулянта. Гидравлические условия в трубопроводе создают более выраженный, чем в обычных камерах хлопьеобразования, синергический эффект агломерации мелких частиц в крупные агрегаты. Т.е., комбинированное действие катионного коагулянта и минерального коагулянта превышает действие, оказываемое каждым из них в отдельности.

Обоснование выбранных пределов соотношений минерального коагулянта к флокулянту и времени их совместного контакта с водой является следующее. Эти пределы определены путем моделирования на специальном устройстве, предназначенном для проведения пробного коагулирования, как указано в прототипе. Основным критерием для выбора граничных пределов была мутность отстоенной воды, полученной при моделировании. Результаты моделирования при использовании различных видов минеральных коагулянтов и различных соотношений с катионным флокулянтом приведены в табл.1. В ней параметры обработки в моделирующем устройстве были максимально приближены к значениям, приведенным в заявке, принятой в качестве прототипа - для сравнительной оценки влияния дополнительного введения минеральных коагулянтов при охвате наиболее широкого диапазона условий обработки.

Верхний предел отношения минерального коагулянта к катионному коагулянту принят как 40:1 на том основании, что выше этого предела мутность отстоенной воды превышает 2 мг/л. Повышается также стоимость используемых реагентов за счет количественного преобладания минерального коагулянта. Повышение мутности здесь можно объяснить тем, что гидравлические условия в трубопроводе с интенсивным перемешиванием воды, не является оптимальным для хлопьеобразования при преобладании минерального коагулянта. Не достает связующего материала (флокулянта) для агрегатирования дробящихся частиц гидроксида металла.

Нижний предел 1: 1 принят на том основании, что ниже этого соотношения положительное влияние минерального коагулянта уже практически не замечается и предлагаемый способ переходит к способу по прототипу - когда отношение минерального коагулянта к флокулянту составляет 0:1. Принято во внимание, что с учетом действующих цен на реагенты, уменьшение их соотношения более выгодно экономически.

Для случая одновременного ввода реагентов изменение параметров оговоренных в прототипе: расстояния от точки ввода до отстойников, градиента скорости в трубопроводе и времени обработки действуют на эффективность хлопьеобразования так же, как и при обработке одним флокулянтом.

Единым показателем, определяющим эффект очистки воды, для различных вариантов ввода реагентов является время совместного контакта реагентов с водой в подающем трубопроводе. При прочих равных условиях мутность отстоенной воды получается примерно одинаковой для одного и того же времени контакта, независимо от варианта ввода минерального коагулянта и флокулянта (табл. 2).

Обоснованием пределов по времени контакта реагентов с водой в трубопроводе является следующее. При времени совместного контакта менее 0,2 ч мутность отстоенной воды начинает повышаться и превышает уровень 2 мг/л, обоснованный в разделе "критика прототипа", Верхний предел 16,7 ч соответствует времени обработки воды в подающем трубопроводе протяженностью 60000 м при скорости движения воды по нему 1 м/с. Для этого случая моделирование дало положительный результат по мутности (табл.1). Более протяженных трубопроводов без насосных станций дополнительного подъема воды (где проще вводить реагенты) на практике не встречается. Поэтому процесс агрегатирования взвешенных веществ при времени контакта более 16,7 ч не изучен.

Отличием предлагаемого изобретения от прототипа является дополнительное введение в подающий трубопровод минерального коагулянта в количественном соотношении к флокулянту от 40:1 до 1:1. При этом коагулянт вводят по ходу движения воды или до, или одновременно, или после флокулянта. Одновременный ввод возможен порознь каждого реагента, а также в виде заранее приготовленной смеси коагулянта и флокулянта необходимого весового соотношения. Во всех вариантах ввода время совместного контакта реагентов с водой в подающем трубопроводе принимается в пределах 0,2 - 16,7 ч.

Таким образом, заявляемое изобретение соответствует уровню новизны.

Доказательством соответствия рассматриваемого изобретения требованию изобретательского уровня может служить следующее. Совместная обработка воды в подающем трубопроводе минеральным коагулянтом и флокулянтом при количественном соотношении их от 40:1 до 1:1 создает более благоприятные условия для агрегатирования взвешенных веществ, чем при обработке одним флокулянтом. Предлагаемое решение осуществлять обработку воды в подающем трубопроводе при совместном введении минерального коагулянта и флокулянта не является очевидным для специалистов в области очистки воды, так как принято считать, что процесс хлопьеобразования при использовании минеральных коагулянтов должен происходить при гидравлическом перемешивании с градиентом скорости 20-45 с^-1(1). А в трубопроводе этот параметр гораздо выше и находится в пределах 68-346 с^-1, и время совместного контакта реагентов с водой выше, чем в обычных камерах хлопьеобразования. В таких условиях при совместной обработке катионным флокулянтом и минеральным коагулянтом агрегатирование взвешенных веществ осуществляется более эффективно, что позволяет улучшить осветление воды при последующем отстаивании.

Возможность осуществления изобретения подтверждается следующими сведениями.

Пример. На малых водоочистных сооружениях осветлению подвергалась вода со следующей характеристикой : мутность 27,3 мг/л, щелочность 3,1 мг-экв/л, температура +10^oC, общая жесткость - 5,7 мг-экв/л, pH = 8,1. Сравнивались два способа очистки воды:
по прототипу - изобретению по заявке 95107773/26/013339 с обработкой катионным флокулянтом при вводе его в трубопровод:
по предлагаемому изобретению с дополнительным вводом сернокислого алюминия в соотношении к флокулянту, равному 10:1.

Реагенты вводились в виде смеси в начале подающего трубопровода. Характеристика подающего трубопровода:
длина 4,9 км;
подача воды 30 м³/ч (8,3 л/с);
скорость движения воды в трубопроводе 1,06 м/с;
потери напора 70 м;
объем воды в трубопроводе 382 м³
Вычислено: градиент скорости в трубопроводе G = 340 c^-1, время совместной обработки воды с реагентами T=1,28 ч.

В отстойнике установки вода отстаивалась в течение 1,5 ч, мутность исходной и осветленной воды определялась по ГОСТ 3351-74.

Результаты испытаний показывают (табл.3), что при соотношении минерального и катионного флокулянта 10:1, лежащем внутри пределов, указанных в формуле предлагаемого изобретения, эффективность хлопьеобразования в трубопроводе выше, что позволяет снизить мутность отстоенной воды почти в 3 раза по сравнению с обработкой по прототипу.

Доказательством соответствия заявляемого изобретения требованию промышленной применимости может быть следующее.

Заявленный способ может быть использован при очистке поверхностных вод для получения воды питьевого и технического качества. Способ по нашему изобретению - прототипу уже используется для очистки воды для питьевых целей на ряде водопроводов Юга России, а предлагаемое изобретение от прототипа мала отличается в части возможности технического исполнения.

Возможность реализации предлагаемого изобретения при его осуществлении отражена сведениями заявки, подтверждающими возможность осуществления способа.

Заявляемый способ при его осуществлении обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности агрегатирования взвеси мутной воды и улучшении осаждения ее в отстойниках по сравнению со способами по основному изобретению.

Таким образом, заявляемое изобретение соответствует требованиям промышленной применимости.

Источники информации
1. Ю.В.Вейцер, Д.М.Минц. Высокомолекулярные флокулянты в процессах очистки природных и сточных вид. Стройиздат, М., 1984, с.114-118.

2. В.Д.Соколов и др. Испытание новых реагентов для очистки воды р.Томи. ВСТ N 10, 1996 г.

3. Л.Н.Божко, Д.Д.Педашенко. Способ очистки мутных вод обработкой катионным флокулянтом в подающем трубопроводе - изобретение по заявке 95107773/26/013339, публ.20.02.97.

Использование: изобретение относится к способам очистки воды поверхностных водоисточников. Может быть использовано в области хозяйственно-питьевого или технического водоснабжения. Сущность изобретения: дополнительно к флокулянту в трубопровод вводят минеральный коагулянт в массовом соотношении к флокулянту от 40:1 до 1:1, причем по ходу движения воды коагулянт вводят или до, или одновременно, или после флокулянта. Время совместного контакта реагентов с водой в трубопроводе составляет 0,2-16,7 ч. Одновременный ввод реагентов может быть осуществлен в виде заранее приготовленной их смеси. Способ обеспечивает при дополнительном вводе минерального коагулянта повышение эффективности агрегатирования взвешенных веществ, что позволяет снизить мутность отстоенной воды в 2-3 раза. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Способ очистки воды обработкой в подающем трубопроводе с катионным флокулянтом, отличающийся тем, что дополнительно вводят минеральный коагулянт в количественном соотношении к флокулянту от 40 : 1 до 1 : 1, причем по ходу движения воды коагулянт вводят или до, или одновременно, или после флокулянта, а время совместного контакта реагентов с водой в трубопроводе принимают от 0,2 до 16,7 ч. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что минеральный коагулянт вводят в смеси с флокулянтом.