СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ Российский патент 2003 года по МПК C02F1/52 C02F103/04 

Предлагаемое изобретение относится к области очистки воды для хозяйственных и питьевых целей и может найти применение, в частности, для очистки природных, поверхностных и подземных вод от взвешенных веществ.

Известен способ коагуляции - флокуляции (заявка Франции 2694706, В 01 D 21/00, 21/01, опубл. в 1993 г.), в котором смешение коагулянта с водой производят в два этапа. На первом этапе производят быстрое перемешивание в течение 30-200 с при среднем градиенте скорости 300-1000 с^-1, а затем медленное перемешивание 5-40 мин при среднем градиенте скорости 40-100 с^-1. К недостаткам известного способа можно отнести сложность технологической схемы, предусматривающей аппараты с различным временем пребывания в них воды при смешении и различной интенсивностью перемешивания, а также недостаточную скорость распределения коагулянта по объему на первом этапе, что не позволяет использовать для удаления загрязнений реакционно-активные ионные формы коагулянта - диаметры и полигидроксокомплексы.

Известен способ очистки воды, в котором природные и сточные воды очищают от взвешенных частиц методом коагуляции с последующей фильтрацией (авт. св. СССР 1428708, МПК4 С 02 F 1/46, опубл. 07.10.88, бюл. изобр. 37), в котором активацию реагента - коагулянта осуществляют электрогидравлическим воздействием при удельной энергии 0,6-0,8 кДж на 1 г реагента.

Недостаток этого способа заключается в неоптимальных условиях смешения раствора коагулянта с очищаемой водой, высоких энергозатратах, а также в сложности технологической и аппаратурной схемы.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ очистки воды (патент РФ 2175308, МПК7 C 02 F 1/52, опубл. 27.10.2001 г., бюл. изобр. 30), в котором очищаемой воде сообщают турбулентное движение с градиентом скорости G=3500-7500 с^-1 и одновременно в область турбулентного движения подают оксихлорид алюминия в виде 0,5-2,0% раствора и перемешивают в течение 0,012-0,3 с.

Однако описанный способ очистки воды требует больших энергозатрат и достаточно сложно его осуществление в технологическом плане. Интенсивное турбулентное движение при смешивании воды с коагулянтом сообщают всему объему очищаемой воды, что требует больших энергозатрат, и сообщение высоких скоростей движения большим объемам воды весьма сложно осуществить технологически (практически неосуществимо), например на городских станциях очистки воды. Способ не предусматривает возможность поэтапного смешения коагулянта и флокулянта и, как следствие - невысокая эффективность способа при высоком содержании взвешенных веществ в очищаемой воде, так как применение одного коагулянта не позволяет достичь приемлемой степени очистки воды, что ведет к большому расходу коагулянта.

Технической задачей изобретения является снижение энергозатрат и расхода коагулянта и флокулянта при сохранении степени очистки воды.

Поставленная задача решается тем, что в способе очистки воды, включающем введение коагулянта с концентрацией 0,5-2,0% в турбулентный поток очищаемой воды, их перемешивание и выделение загрязняющих компонентов, предварительно раствор коагулянта подвергают ударной активации о преграду в турбулентной струе с градиентом скорости не менее 7500 с^-1 с последующим введением и смешением активированного коагулянта в турбулентном потоке всего объема очищаемой воды с последующим ударным воздействием о преграду с градиентом скорости 600-1500 с^-1, затем в зону равномерного распределения коагулянта по всему сечешпо турбулентного потока подают флокулянт с последующим перемешиванием флокулянта турбулентным потоком очищаемой воды и ударным воздействием потока о преграду с градиентом скорости 300-400 с^-1, а также тем, что в качестве флокулянта используют раствор Полидиметилдиаллиламмонийхлорида (ПДМДААХ) с концентрацией 15-20 вес.%.

Отличительные признаки изобретения: активация и ее условия, гидродинамические режимы и их сочетания с ударным воздействием, выбор флокулянта и его концентрации.

Основными факторами, воздействующими на среду при ударе турбулентной струи с большой скоростью о преграду, является резкое возрастание скорости деформации раствора за счет связи между тензором напряжений Рейнольдса и усредненным тензором скоростей деформации раствора; кинетическая энергия пульсаций потока резко увеличивается, что способствует активации коагулянта и ведет, как следствие, к уменьшению его расхода и повышению качества очищаемой воды.

В любом водном растворе существуют непрочные в определенном смысле инертные ассоциаты диполей воды, поэтому говорят о наличии ближнего порядка в структуре воды.

При воздействии подобранной интенсивности турбулентного потока гидродинамические возмущения в сочетании с ударным воздействием нарушают ближний порядок воды (ассоциаты распадаются) и равновесие смещается в сторону повышения концентрации полярных мономолекул и мелких ассоциатов, обладающих большой реакционной способностью и физической активностью. И эти факторы тоже влияют на повышения активности реагента, вводимого в очищаемую воду.

Введение уже активированного раствора коагулянта в весь объем очищаемой воды позволяет снизить скорость турбулентного потока с одной стороны, с другой стороны при заданной скорости повысить и равномерность смешения за счет дополнительного ударного воздействия о преграду, что позволяет исключить местные пересыщения коагулянта, что позволяет значительно снизить расход коагулянта, флокулянта и энергозатраты. Подача флокулянта в турбулентное движение воды в сочетании с ударным воздействием о преграду при подобранной скорости позволяет интенсивно и равномерно распределить флокулянт. Подобранные двухэтапные гидродинамические режимы от более интенсивного в одной зоне до менее интенсивного в другой зоне в сочетании с ударными воздействиями позволяют эффективно и быстро, равномерно распределять реагенты, что также ведет к повышению степени очистки.

Использование в качестве флокулянта ПДМДААХ позволяет эффективно вести процесс флокуляции, так как ПДМДААХ обладает низкой молекулярной массой, а низкомолекулярные полиэлектролиты, сжимая слой противоионов у поверхности коллоидных частиц и нейтрализуя заряд на их поверхности, облегчают подход макромолекул и их адсорбцию и за счет подвижности и активности лучше связывают частицы, что позволяет более эффективно протекать процессу образования флокул. Подобранные концентрации наиболее оптимальны, так как именно такие концентрации дают оптимальный расход и максимальное связывание загрязняющих компонентов. Меньшие концентрации ведут к снижению качества очистки, а повышение концентрации ведет к непроизводительному увеличению расхода реагента.

Таким образом, повышение содержания реакционно-активных форм коагулянта, подобранные двухэтапные гидродинамические режимы смешения коагулянта и флокулянта, использование ПДМДААХ позволяет снизить расход используемых реагентов и с незначительными капитальными затратами на оборудование повысить степень очистки воды, кроме того, при предлагаемом способе очистки воды сокращаются энергозатраты за счет изменения гидродинамических режимов смешения.

Испытания предлагаемого способа очистки проводились в натурных условиях с октября по декабрь 2001 г. на станции водоподготовки питьевой воды г. Новосибирска. Объем очищаемой воды 125 тыс. м³/сут с содержанием взвешенных частиц 3-11 мг/л. Температура очищаемой воды колебалась от +5 до +2^oС. Количество коагулянта и флокулянта рассчитывалось исходя из характеристик воды. Испытания проводились в сравнении с действующей системой очистки воды, включающей: перегородчатый смеситель, 5 отстойников и 5 фильтров.

Ударная активация коагулянта проводилась диспергатором, встроенным в трубопровод подачи раствора коагулянта (концентрация раствора 1%), и градиентом скорости 7500 с^-1 (использовался диспергатор по полезной модели 16343, публ. в Б.И. 36, 2000 г.). Активированный коагулянт подавался в диспергатор, встроенный в обводную трубу ⊘ 1200 мм для смешения во всем объеме воды с градиентом скорости 900 с^-1, а затем в зону равномерного распределения коагулянта подавался ПДМДААХ с концентрацией 15 вес.% с градиентом скорости 300 с^-1, после этого, исключая перегородчатый смеситель, вода поступала в блок отстойников и фильтров (по 5 шт).

В результате проведенных испытаний установлено, что снижение вводимого коагулянта на 20-25% на опытном блоке в сравнении с существующей схемой очистки воды не снижает показателей качества питьевой воды. Вода соответствовала требованиям санитарных норм и мутность не превышала 1 мг/л. При этом снижение коагулянта в существующей схеме очистки воды приводило к значительному ухудшению ее качества.

Изобретение предназначено для очистки воды от взвешенных частиц. Способ очистки воды включает введение коагулянта с концентрацией 0,5-2,0% в турбулентный поток очищаемой воды, их перемешивание и выделение загрязняющих компонентов, предварительно раствор коагулянта подвергают ударной активации о преграду в турбулентной струе с градиентом скорости не менее 7500 с^-1 с последующим введением и смешением активированного коагулянта в турбулентный поток всего объема очищаемой воды с последующим ударным воздействием о преграду с градиентом скорости 600-1500 с^-1, затем в зону равномерного распределения коагулянта по всему сечению подают флокулянт с последующим перемешиванием флокулянта турбулентным потоком очищаемой воды и ударным воздействием потока о преграду с градиентом скорости 300-400 с^-1, а также тем, что в качестве флокулянта используют раствор полидиметилдиаллиламмонийхлорида с концентрацией 15-20 вес.%. Технический результат заключается в снижении расхода коагулянта, флокулянта и энергозатрат при сохранении высокого качества очистки воды. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ очистки воды, включающий введение коагулянта с концентрацией раствора 0,5-2,0% в турбулентный поток очищаемой воды, их перемешивание и выделение загрязняющих компонентов, отличающийся тем, что предварительно раствор коагулянта подвергают ударной активации о преграду в турбулентной струе с градиентом скорости не менее 7500 с^-1 с последующим введением и смешением активированного раствора коагулянта в турбулентный поток всего объема очищаемой воды с последующим ударным воздействием о преграду с градиентом скорости 600-1500 с^-1, затем в зону равномерного распределения коагулянта по всему сечению турбулентного потока подают флокулянт с последующим перемешиванием флокулянта турбулентным потоком очищаемой воды и ударным воздействием потока о преграду с градиентом скорости 300-400 с^-1. 2. Способ очистки по п.1, отличающийся тем, что в качестве флокулянта используют раствор полидиметилдиаллиламмонийхлорида с концентрацией 15-20 вес.%.