СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ Российский патент 2002 года по МПК C02F1/52 C02F103/02 C02F103/04 

Изобретение относится к способам очистки воды и может быть использовано в области хозяйственно-питьевого и технического водоснабжения.

Известен способ очистки воды обработкой анионным или катионным флокулянтом и минеральным коагулянтом, реализованный на пилотной установке (см. В. Д. Соколов и др. Испытание новых реагентов для очистки воды р. Томи. ВСТ 10, 1996 г., с.18-19).

Достижению технического результата препятствует отсутствие в пилотной установке смесителя и камеры хлопьеобразования и, следовательно, оптимальных гидродинамических условий для агрегирования взвешенных веществ при контакте их с реагентами.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является способ очистки воды обработкой в подающем трубопроводе катионным флокулянтом (см. патент РФ 2125540). Согласно этому способу дополнительно к катионному флокулянту 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 0,02 до 16,7 ч.

Достижению технического результата препятствует то, что способ: во-первых, может быть применен только в случае имеющегося значительного расстояния между точкой ввода реагентов и очистными сооружениями; во-вторых, как показала практика использование такого способа на водопроводах г. Ростова-на-Дону наблюдалось скапливание осадка трубопровода, что приводило в некоторых случаях к залповому "выбросу" взвешенных веществ на очистные сооружения и соответственному осложнению их работы. Особенно это характерно для длинных трубопроводов и периодов паводков, когда резко увеличивается мутность обрабатываемой воды. Кроме того, применение этого способа требует строительства в месте ввода реагентов дополнительных сооружений для их хранения и дозирования, что увеличивает капитальные затраты и усложняет общий технологический контроль за процессом очистки.

Целью изобретения является повышение эффективности агрегирования взвешенных веществ, при условии введения всех реагентов на очистных сооружениях, а также повышение эффективности и упрощения технологического контроля при общем снижении капитальных затрат.

Сущность изобретения заключается в том, что все реагенты вводят в обрабатываемую воду последовательно, непосредственно на очистных сооружениях перед смесителем: хлорсодержащий реагент с дозой предварительного (первичного) хлорирования; минеральный коагулянт с дозой 1-2 мг/дм³ по его активной части и катионный флокулянт с дозой по его активной части 1,0-2,5% от мутности обрабатываемой воды, при этом градиент скорости смешения в смесителе и трубопроводе до камер хлопьеобразования принимается 80-120 с^-1 при времени смешения 3-5 мин; в камере хлопьеобразования - от 40 с^-1 при времени перемешивания 20-30 мин до 50 с^-1 при времени перемешивания 20-30 мин, общее значение критерия Кэмпа при этом составляет 86400-126000.

Основной причиной получения высокого эффекта осветления воды при вводе реагентов непосредственно на очистных сооружениях является то, что при окисляющем действии хлора на органику совместное участие в процессе как минерального коагулянта, так и катионного флокулянта наиболее полно происходит при оптимальном гидродинамическом режиме смешения и хлопьеобразования.

Обоснование доз реагентов, выбранных пределов значений гидродинамических параметров перемешивания и времени совместного контакта реагентов с водой является следующим. Эти пределы определены путем моделирования процесса очистки воды на стандартном устройстве типа "Джар-Тест". В экспериментах использовалась воды следующего качества: мутность - 10-29 мг/дм³ ; цветность - 12,0-17,5 град; рН 7,9-8,3; жесткость общая - 5,5-6,5 мг-экв/дм³; щелочность - 3,3-3,6 мг-экв/дм³. Основным критерием для выбора граничных параметров была мутность отстоенной воды, полученной при моделировании.

Дозы хлорсодержащего реагента приняты равными характерным для предварительного хлорирования (см. СНиП 2.04.02-84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Госстрой СССР.-М.: Стройиздат, 1985.-c.23). Результаты моделирования при различных дозах минерального коагулянта приведены в табл. 1.

Верхний предел дозы минерального коагулянта 2 мг/дм³ по активной части был выбран на основании того, что выше этого предела мутность отстоянной воды практически не меняется, между тем стоимость использованных реагентов за счет количественного повышения минерального коагулянта увеличивается.

Нижний предел дозы минерального коагулянта 1 мг/дм³ по его активной части принят на основании того, что ниже этой дозы влияние минерального коагулянта уже практически не замечается. Повышение мутности здесь можно объяснить тем, что при участии в процессе в основном катионного флокулянта выбранные гидродинамические условия не являются оптимальными для процесса хлопьеобразования.

Пределы доз катионного флокулянта 1,0-2,5 % oт мутности обрабатываемой воды по его активной части приняты согласно рекомендациям, приведенным в работе В.А.Михайлов, А.В.Бутко, В.А.Лысов и др. Применение катионного флокулянта ВПК-402 на водопроводе г. Ростова-на-Дону. ВСТ 7, 1997 с. 15-20, а также исходя из опыта эксплуатации очистных сооружений г. Ростова-на-Дону.

Результаты моделирования для различных условий работ очистных сооружений приведены в табл. 2.

Нижние значения: при градиенте скорости смешения в смесителе и трубопроводе от него до камер хлопьеобразования ниже 80 с^-1 и времени обработки ниже 3-х минут (180 с), а также градиенте скорости перемешивания в камере хлопьеобразования ниже 40 с^-1 и соответственно времени обработки ниже 30 мин (1800 с) резко увеличивается мутность отстоянной воды. Повышение мутности здесь можно объяснить тем, что гидродинамические условия перемешивания не являются оптимальными для флокулянта, особенно небольшое время смешения и перемешивания.

При значении этих параметров выше верхних пределов: градиент скорости при смешении в смесителе и трубопроводе до камеры хлопьеобразования - 120 с^-1, время смешения - 4 мин (240 с); градиент скорости перемешивания в камере хлопьеобразования - 50 с^-1, время перемешивания - 30 мин (1800 с), заметного снижения мутности отстоенной воды не наблюдается. При этом принято во внимание, что снижение градиента скорости и времени обработки ведет к уменьшению энерго- и капитальных затрат, что экономически более выгодно.

Единым показателем, определяющим эффект очистки, во всех случаях является общий критерий Кэмпа, определяемый по формуле (см. А.В. Бутко, Е.Ф. Кургаев, В.А. Лысов, В.А. Михайлов, В.А. Боритько. Усовершенствованная методика пробного коагулирования. -ВСТ, 1, 1991, с.22-24):
КК=G_смТ_см+G_пеpT_пеp,
где: G_см, T_cм - соответственно среднеквадратичный градиент скорости и время смешения в смесителе и трубопроводах до камер хлопьеобразования; G_пеp, T_пеp - соответственно среднеквадратичный градиент скорости и время перемешивания в камере хлопьеобразования.

Всем принятым гидродинамическим параметрам соответствуют пределы изменения общего критерия Кэмпа 86400-126000, обеспечивающие минимальные значения мутности отстоенной воды.

Отличием предлагаемого изобретения является совместное применение непосредственно на очистных сооружениях хлорсодержащего реагента дозой, соответствующей первичному хлорированию, минерального коагулянта дозой 1-2 мг/дм³ по его активной части и катионного флокулянта дозой 1,0-2,5 % от мутности исходной воды по его активной части. Все реагенты вводятся последовательно, а минеральный коагулянт и катионный флокулянт могут вводиться как раздельно, так и одновременно. При этом градиент скорости перемешивания принимается: в смесителе и трубопроводах до камер хлопьеобразования в пределах 80-120 с^-1 при времени смешения 3-5 мин; в камере хлопьеобразования от 40 с^-1 при времени обработки 30 мин до 50 с^-1 при времени обработки 20-30 мин. Во всех вариантах общий критерий Кэмпа принимается в пределах 86400-126000.

При окисляющем действии хлора на органику и происходящем при этом частичном уменьшении рН обрабатываемой воды, приводящих к изменению степени диссоциации функциональных групп (преимущественно карбоксильных и фенольных) катионного флокулянта, совместное участие в процессе обработки воды минерального кoaгулянта и флокулянта при оптимальном гидродинамическом режиме перемешивания приводит к эффективному агрегированию взвешенных веществ. Смешение реагентов с обрабатываемой водой происходит в смесителе и трубопроводе до камер хлопьеобразования при градиенте скорости смешения 80-120 с^-1 и времени 3-5 мин, затем дальнейшее агрегирование - в камере хлопьеобразования при градиенте скорости перемешивания от 40 с^-1 при времени 30 мин до 50 с^-1 при времени перемешивания 20-30 мин. Эти параметры могут быть достигнуты в обычных конструкциях смесителей и камер хлопьеобразования, используемых на очистных сооружениях. Все вместе взятое позволяет уменьшить осаждение взвешенных веществ в отстоенной воде, проводить реагентную обработку воды непосредственно на очистных сооружениях, тем самым снизить капитальные затраты и упростить технологический контроль за процессом очистки.

Возможность осуществления изобретения подтверждается следующими сведениями.

Пример. На производственных водоочистных сооружениях на установке типа "Джар-Тест" моделировался процесс очистки воды, характерный очистным сооружениям города Ростова-на-Дону. Сравнивались два способа очистки воды.

По патенту РФ 2125540 с обработкой катионным флокулянтом и минеральным коагулянтом при вводе их в трубопровод. Длина трубопровода 1,9 км, диаметр 1000 мм, скоросгь 0,96 м/с. Вычисленные параметры обработки: градиент скорости в трубопроводе G=115 с^-1, время совместной обработки Т=33 мин (0,55 ч).

По предлагаемому изобретению - реагенты последовательно вводились в следующем порядке: хлор, минеральный коагулянт (сернокислый алюминий), катионный флокулянт ВПК - 402. Доза хлорной воды принята равной производственной - 2 мг/дм³ по активному хлору, доза минерального коагулянта (сернокислого алюминия) принята 1 мг/дм³ по Аl₂О₃, доза ВПК - 402 принята 1,5 % от мутности исходной воды по его активной части. Гидродинамический режим: С_см=100 с^-1, время смешения 3 мин; в трубопроводе до камер хлопьеобразования G_cм=120 с^-1, время пребывания 1, 2 мин; в камере хлопьеобразования G_пеp=50 с^-1, время перемешивания 20 мин; значения общего критерия Кэмпа 88000.

Результаты испытаний (табл.3) показывают, что при параметрах обработки, лежащих внутри пределов, указанных в формуле предлагаемого изобретения, эффективность хлопьеобразования не хуже, а в ряде случаев лучше в сравнении с обработкой воды в трубопроводе, что позволяет проводить очистку воды от взвешенных веществ непосредственно на очистных сооружениях водопроводов, избежать негативных фактов, указанных в разделе "критика патента РФ 2125540".

Заявляемый способ может быть использован при очистке воды до питьевого и технического качества. Способ может использоваться на очистных сооружениях, в состав которых входят обычные смесители и камеры хлопьеобразования.

Заявляемый способ при его осуществлении обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в эффективном агрегировании взвеси, улучшение ее осаждения, обеспечение возможности обработки воды путем ввода реагентов непосредственно на очистных сооружениях, тем самым снижает капитальные затраты и упрощает контроль за процессом очистки воды.

Изобретение относится к способам очистки воды в области хозяйственно-питьевого и технического водоснабжения. Для осуществления способа реагенты вводят в обрабатываемую воду последовательно, непосредственно на очистных сооружениях перед смесителем: хлорсодержащий реагент с дозой предварительного (первичного) хлорирования, минеральный коагулянт с дозой 1-2 мг/дм³ по его активной части и катионный флокулянт с дозой по его активной части 1,0-2,5% от мутности обрабатываемой воды. При этом градиент скорости смешения в смесителе и трубопроводе до камер хлопьеобразования принимается 80-120 с^-1 при времени смешения 3-5 мин, в камере хлопьеобразования - от 40 с^-1 при времени перемешивания 20-30 мин до 50 с^-1 при времени перемешивания 20-30 мин. Общее значение критерия Кэмпа при этом составляет 86400-126000. Способ обеспечивает оптимизацию агрегирования взвешенных веществ и улучшение их осаждения в отстойниках, снижение капитальных затрат и упрощение технологического контроля за процессом очистки воды. 3 табл.

Способ очистки воды, включающий введение реагентов в обрабатываемую воду, отличающийся тем, что все реагенты вводят последовательно непосредственно на очистных сооружениях перед смесителем: хлорсодержащий реагент с дозой предварительного хлорирования; минеральный коагулянт с дозой 1-2 мг/дм³ по его активной части и катионный флокулянт с дозой по его активной части 1,0-2,5% от мутности обрабатываемой воды, а градиент скорости смешения в смесителе и трубопроводе до камер хлопьеобразования принимается 80-120 с^-1 при времени смешения 3-5 мин; в камере хлопьеобразования - от 40 с^-1 при времени перемешивания 20-30 мин до 50 с^-1 при времени перемешивания 20-30 мин, общее значение критерия Кэмпа при этом составляет 86400-126000.