СПОСОБ ОЧИСТКИ ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 1999 года по МПК C02F1/52 C01F7/74 

Способ относится к области технологий очистки природных вод в процессе водоподготовки и физико-химической очистки сточных вод.

В настоящее время очистка природных и сточных вод проводится в соответствии с рекомендациями, приведенными в:
- СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. -М. Стройиздат, 1985. С.136, [1];
- СНиП 2.04.03-85 Канализация. Наружные сети и сооружения. - М. СИТП Госстрой СССР, 1986. С.72, [2].

Известны и другие способы очистки вод, приведенные в работах:
- Бабенков Е.Д. Очистка воды коагулянтами. -М. Наука. 1977 С.356., [3];
- Справочник по свойствами, методам анализа и очистки воды. Кольский Л. А. и др., ч.I и ч. II. -Киев: Наукова Думка. 1980. С.1206., [4];
- Кольский Л.А. Теоретические основы и технология кондиционирования воды. -Киев. Наукова Думка. 1983. С.528., [5];
- Справочник (проектировщика). Канализация населенных мест и промышленных предприятий. Под ред. В.Н.Самохина. -М.: Стройиздат. 1981. С.639, [6] ;
- Справочник по очистке природных и сточных вод. Л.Л.Пааль, Я.Я.Кару, Х. А.Мендер, Б.Н.Репин. -М.: Высш. шк., 1994. С.336, [7];
- Луценко Г. Н. Цветкова А.И., Свердлов Н.Ш. Физико-химическая очистка городских сточных вод. -М.: Стройиздат, 1984, С. 89, [8];
- Малкин В. П. , Иванов П.В. Очистка сточных вод от тяжелых металлов. /Методы и сооружения для локальной очистки производственных сточных вод. -М. : Стройиздат, 1983. С.79, [9].

- Малкин В. П. Технологические аспекты очистки промстоков, содержащих ионы тяжелых металлов. -Иркутск: Изд-во Иркутского университета, 1991. С.63, [10].

Наибольшее распространение для очистки природных и сточных вод получили коагулянты, содержащие алюминий, такие как:
сульфат алюминия, оксихлорид алюминия и алюминат натрия, из которых сульфат алюминия используется наиболее часто.

Однако при применении сульфата алюминия не всегда имеет место должный эффект очистки воды, особенно при низких температурах и во время паводков. Кроме того, есть и другой отрицательный фактор применения сульфата алюминия - это изменение солевого состава обработанной воды, в результате которого снижается щелочность и водородный показатель и повышается содержание сульфатов. Это увеличивает коррозионную активность воды, что сокращает срок службы сетей и водородов и снижает их пропускную способность.

Один из главных недостатков коагулянта - сульфат алюминия - значительные количества остаточного алюминия в очищенной воде.

Целью предлагаемого способа является очистка природных и сточных вод, в результате которой содержание алюминия в очищаемой воде соответствует существующим нормам [1], [2] и не происходит снижение щелочности и водородного показателя воды, а также не увеличивается содержание сульфатов в воде.

Ближайшим прототипом выбран способ очистки природных и сточных вод путем добавления к очищаемой воде в качестве коагулянта сульфата алюминия [3].

Поставленной цели достигают следующим образом:
В качестве коагулянта используют водную суспензию гидрокарбоалюмината кальция. Особенностью гидрокарбоалюмината кальция является способность образовывать с водой суспензию с однородной дисперсной фазой, обладающей большой активной поверхностью причем размер частиц твердой фазы может регулироваться при производстве коагулянта. Незначительная часть коагулянта находится в растворенном виде в воде при этом происходит диссоциация реагента с последующим гидролизом ионов алюминия:


Образующиеся коллоидные частицы гидроксида алюминия коагулируют, образуя микрохлопья, которые адсорбируют на своей поверхности различные примеси, загрязняющие воду.

Основная часть коагулянта находится в виде мелкодисперсных твердых частиц, выполняющих несколько функций:
а) ионообменников, выделяющих в воду только ионы гидроксила;
б) активной поверхности, адсорбирующей содержащиеся в воде примеси;
в) центров зародышей твердой фазы, на которых адсорбируются микрохлопья гидрата алюминия и крупнодисперсные примеси (взвешенные вещества).

В состав гидрокарбоалюмината кальция (ГКАК) входят только компоненты, разрешенные в водоподготовке и в водоотведении.

На фиг. 1 приведен график зависимости оптической плотности D обработанной природной воды (р. Большая Нева -03.06.96 года) от времени и дозы реагента по A1 (III), где:
I - доза сульфата алюминия 7 мг/дм куб.;
II - доза сульфата алюминия 5 мг/дм куб.;
III - доза гидрокарбоалюмината кальция 5 мг/дм куб.;
IV - доза гидрокарбоалюмината кальция 3 мг/дм куб.;
V - доза гидрокарбоалюмината кальция 1 мг/дм куб.

На фиг. 2 приведен график зависимости оптической плотности D обработанной промышленной сточной воды одного из предприятий Санкт-Петербург от времени и дозы реагента по A1(III), где
I - доза гидрокарбоалюмината кальция 4,2 мг/дм куб.;
II - доза гидрокарбоалюмината кальция 2,1 мг/дм куб.;
III - доза сульфата алюминия 15,0 мг/дм куб.

В табл. 1-3 приведены результаты сравнительного пробного коагулирования воды с разными дозами коагулянтов ГКАК и сульфата алюминия, выбранного в качестве ближайшего аналога, причем:
- в табл. 1 приведены результаты сравнительного пробного коагулирования невской воды,
в табл. 2 приведены результаты пробного коагулирования промышленной сточной воды, содержащей начальную концентрацию ионов Fe(III) равную 5,4 мг/дм куб. при pH 6,5,
- в табл. 3 приведены результаты пробного коагулирования сточной воды хим. лаборатории, содержащей начальную концентрацию ионов Fe(III) равную 3,8 мг/дм куб. при pH 6,5.

Как видно из табл. 1, концентрация остаточного алюминия в воде, обработанной водной суспензией гидрокарбоалюмината кальция, уже через час соответствует нормам, допустимым в водоподготовке и почти на порядок меньше, чем при использовании ближайшего аналога.

Кроме того, более эффективно уменьшается мутность (фиг. 1), не происходит уменьшения щелочности воды (незначительное увеличение). При таких дозах коагулянта практически не меняется водородный показатель воды.

Недостатком коагулянта ГКАК является малое снижение цветности, которое может быть устранено озонированием или дополнительной обработкой воды флокулянтами [4,9].

Как видно на табл. 2 и 3 при использовании нового коагулянта происходит более эффективная очистка сточной воды от ионов Fe(III) при дозах коагулянта [по A1(III)] в два и более раз меньших, чем при использовании в качестве коагулянта сульфата алюминия, что подтверждается характером изменения зависимости оптической плотности обработанных сточных вод от времени, отражающем кинетику процесса коагулирования (см. фиг. 2).

Из анализа заявляемого и известных решений следует, что тождественных по технической сущности и решаемой задаче способов очистки природных и сточных вод не имеется.

Использование: технология очистки природных вод в процессе водоподготовки и физико-химической очистки сточных вод. Для очистки природных и сточных вод в качестве коагулянта используют водную суспензию гидрокарбоалюмината кальция. Особенностью гидрокарбоалюмината кальция является способность образовывать с водой суспензию с однородной дисперсной фазой, обладающей большой активной поверхностью, причем размер частиц твердой фазы может регулироваться при производстве коагулянта. Способ обеспечивает очистку природных и сточных вод без снижения щелочности и водородного показателя воды, а также без увеличения содержания сульфатов в воде. 3 табл., 2 ил.

Способ очистки природных и сточных вод путем добавления к очищаемой воде коагулянта на необходимое время и в необходимом количестве, отличающийся тем, что в качестве коагулянта используют водную суспензию гидрокарбоалюмината кальция.