СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОБРАБОТКОЙ В ПОДАЮЩЕМ ТРУБОПРОВОДЕ С КАТИОННЫМ ФЛОКУЛЯНТОМ Российский патент 2002 года по МПК C02F1/52 C02F1/76 C02F103/04 

Изобретение относится к способам очистки поверхностных вод и может быть использовано для подготовки воды хозяйственно-питьевого и технического назначения.

Известен способ использования хлорсодержащих реагентов для предварительного хлорирования непосредственно на очистных сооружениях для улучшения хода коагуляции и обесцвечивания воды, а также для улучшения санитарного состояния очистных сооружений (см. СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Стройиздат, М., 1985, 23).

Известен способ введения хлорсодержащих реагентов на водозаборных сооружениях из поверхностных источников для предотвращения биологического загрязнения самотечных линий водоводов и частично очистных сооружений, главным образом, моллюском дрейссены (см. Шабалин А.Ф. Эксплуатация промышленных водопроводов. Металлургия, М., 1972, с.84-90).

Известен способ обработки воды в подающем трубопроводе с катионным флокулянтом и минеральным коагулянтом (см. патент РФ 2125540).

Наиболее близким по технической сущности предлагаемому объекту является способ использования трубопровода для смешения катионного флокулянта с водой и агрегирования взвешенных веществ для очистки воды (см. патент РФ 2083504). При этом расстояние до отстойников от точки ввода флокулянта составляет 500-60000 м с достижением градиента скорости в трубопроводе 68-346 с^-1 и времени обработки 0,13-33 ч. В случае наличия на трубопроводе насосов для дополнительного подъема воды флокулянт вводят перед ними. В трубопроводе за счет длительного и интенсивного перемешивания происходит формирование агрегатов, способных осаждаться в отстойниках.

Однако в данном способе не учитывается отрицательное действие органических веществ на процесс агрегации взвеси, а также не учитывается необходимость поддержания на должном уровне санитарного состояния трубопроводов особенно большой протяженности. Значительными отложениями и обрастанием стенок трубопровода ракушкой напрямую объясняются высокие значения гидравлического сопротивления и, следовательно, потерь напора в трубопроводе.

Для достижения технического результата предлагается оптимизация агрегирования взвеси в воде с целью улучшения осаждения, санитарного состояния трубопровода и предотвращения обрастания его стен.

Сущность изобретения - способа очистки воды обработкой в подающем трубопроводе катионным флокулянтом заключается в том, что в трубопровод дополнительно вводят хлорсодержащий реагент дозой 2-10 мг/дм³, причем по ходу движения воды хлорсодержащий реагент вводят или до, или одновременно с флокулянтом, а время совместного контакта реагентов с водой в трубопроводе принимают от 0,2 до 16,7 ч, при этом доза хлорсодержащего реагента соответствует длине трубопровода и соответственно времени контакта реагентов с обрабатываемой водой.

Основной причиной улучшения процесса флокуляции при дополнительном введении хлорсодержащих реагентов в трубопровод является интенсивное окисление органических веществ в зоне повышенной турбулентности с последующим связыванием их со взвешенными веществами полимерными мостиками флокулянта. Кроме этого, введение хлорсодержащих реагентов приводит к некоторому уменьшению рН обрабатываемой воды, что при использовании катионных флокулянтов ведет к изменению степени диссоциации функциональных групп (преимущественно карбоксильных и фенольных). В целом все это повышает эффективность агрегирования взвеси. Параллельно этим процессам улучшается санитарное состояние трубопровода, предотвращается обрастание его стенок, что ведет к снижению гидравлического сопротивления и, следовательно, потерь напора.

Обоснованием выбранных пределов дозы хлорсодержащего реагента и времени обработки воды является следующее. Эти пределы определены путем моделирования процесса очистки воды на специальной установке, предназначенной для проведения пробного коагулирования типа "Джар-Тест". Основным критерием для выбора граничных пределов была мутность отстоянной воды. Эксперименты проводились на производственных очистных сооружениях г. Ростова-на-Дону. Использовалась реальная вода р. Дон со следующими показателями: мутность 8-30 мг/дм³; общая жесткость 5-7 мг-экв. /дм³; щелочность 3-4 мг-экв./дм³; рН 7,9-8,2; температура 3-19^oС. Результаты моделирования при использовании различных доз хлорсодержащего реагента приведены в табл. 1. Среднеквадратичный градиент скорости перемешивания (G) выбран исходя из значений, приведенных в патенте РФ 2083504.

Верхний предел дозы хлорсодержащих реагентов 10 мг/дм³ выбран на том основании, что выше этого предела мутность отстоянной воды практически не изменяется, но при этом увеличивается стоимость использованных реагентов.

Нижний предел 2 мг/дм³ принят на основании того, что, во-первых, ниже этого предела влияние хлора практически не замечается и предлагаемый способ переходит к способу по патенту РФ 2083504; во-вторых, эта доза соответствует производственной дозе хлора, применяемой на очистных сооружениях г. Росгова-на-Дону, и близка к рекомендуемым для предварительного хлорирования (см. СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Стройиздат, М., 1985, с. 23). Принято во внимание, что с учетом динамики действующих цен на реагенты уменьшение их дозы более выгодны экономически.

Обоснованием пределов по времени контактов реагентов с водой в трубопроводе является следующее. При времени совместного контакта флокулянта и хлорсодержащих реагентов менее 0,2 ч мутность отстоянной воды начинает повышаться, что обусловлено неэффективным действием самого флокулянта. Верхний предел 16,7 ч соответствует времени обработки воды в подающем трубопроводе протяженностью 60000 м при скорости движения воды 1 м/с. Более протяженных трубопроводов без насосных станций дополнительного подъема воды (где проще вводить реагенты) на практике не встречается.

Отличием предлагаемого изобретения от патента РФ 2083504 является дополнительное введение в подающий трубопровод хлорсодержащих реагентов дозой 2-10 мг/дм³ по активному хлору. При этом хлорсодержащие реагенты вводят по ходу движения воды или до, или одновременно с флокулянтом. Время совместного контакта реагентов с водой в подающем трубопроводе принимается в пределах 0,2-16,7 ч, причем большая доза соответствует большему времени контакта. Длительный контакт хлора с обрабатываемой водой способствует поддержанию санитарного состояния трубопроводов и уменьшению обрастания их стенок. В целом это приводит к уменьшению потерь напора.

Таким образом, заявляемое изобретение соответствует уровню новизны.

Доказательством соответствия рассматриваемого изобретения требованию изобретательского уровня может служить следующее. Совместная обработка воды в подающем трубопроводе хлорсодержащими реагентами и флокулянтом при дозе по активному хлору 2-10 мг/дм³ за счет окисления органических и гуминовых веществ и некоторого снижения рН воды создает более благоприятные условия для агрегирования взвешенных веществ, чем при обработке одним флокулянтом.

Предлагаемое решение осуществлять обработку воды в подающем трубопроводе при совместном введении хлорсодержащих реагентов и флокулянта не является очевидным для специалистов в области водоснабжения, т.к. принято считать и рекомендуется (см. СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Стройиздат., М.. 1985, с. 23), что хлорсодержащие реагенты для предварительного хлорирования с целью улучшения процесса хлопьеобразования необходимо вводить за 2-3 мин (0,03-0,05 ч) до ввода минерального коагулянта. В трубопроводе время контакта значительно выше и находится в пределах 0,2-16,7 ч. В таких условиях при совместной обработке флокулянтом и хлорсодержащими реагентами агрегирование взвешенных веществ осуществляется более эффективно, что позволяет улучшить осветление воды при последующем отстаивании.

Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует требованию изобретательского уровня.

Возможность осуществления изобретения подтверждается следующими сведениями.

Пример. В полупроизводственных условиях осветлялась вода р. Дон. Сравнивались два варианта способа очистки по патенту РФ 2083504 с обработкой воды катионным флокулянтов ВПК-402 и по предлагаемому изобретению с дополнительным введением хлорной воды с дозой 2,2 мг/дм³ по активному хлору.

Реагенты вводились одновременно. Моделировались условия обработки, характерные для производственных очистных сооружений г. Ростова-на-Дону, принятых в патенте РФ 2083504:
- длина трубопровода 1,9 км;
- диаметр 1000 мм;
- скорость движения воды 1,02 м/с;
- среднеквадратичный градиент скорости перемешивания 120 с^-1;
- время совместной обработки 0,52 ч.

Результаты испытаний показывают (табл.2), что при дозе хлора 2,2 мг/дм³ по активной части, лежащей внутри пределов, указанных в формуле предлагаемого изобретения, эффективность агрегации взвешенных веществ выше, что по сравнению с патентом РФ 2125540 позволяет снизить почти в два раза мутность отстоянной воды.

Заявляемый способ может быть использован при очистке поверхностных вод до питьевого и технического качества.

Изобретение относится к способам очистки воды поверхностных источников с преобладанием в ней минеральной взвеси. Для осуществления способа дополнительно к катионному флокулянту в трубопровод, который используют для смешения реагентов с водой и агрегирования взвешенных веществ при значительной его длине (500-60000 м), вводят хлорсодержащий реагент дозой 2-10 мг/дм³ по активному хлору. Время совместного контакта реагентов с водой 0,2-16,7 ч. По ходу движения воды хлорсодержащие реагенты вводят или до, или одновременно с флокулянтом. Способ обеспечивает оптимизацию процесса агрегирования взвеси и улучшение ее дальнейшего осаждения путем окисления органических и гуминовых веществ, а также поддержание на должном уровне санитарного состояния трубопровода. 1 з.п.ф-лы, 2 табл.

1. Способ очистки воды обработкой в подающем трубопроводе с катионным флокулянтом, отличающийся тем, что дополнительно вводят хлорсодержащий реагент дозой 2-10 мг/дм³ по активному хлору, причем по ходу движения воды хлорсодержащий реагент вводят или до, или одновременно с флокулянтом, а время совместного контакта реагентов с водой в трубопроводе принимают 0,2-16,7 ч. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что доза хлорсодержащего реагента соответствует длине трубопровода и соответственно времени контакта реагента с обрабатываемой водой.