Способ очистки природной воды Советский патент 1992 года по МПК C02F1/52 

Изобретение относится к очистке воды и может быть использовано для обработки природных вод.

Известен способ обработки воды в муниципальных и промышленных водных системах, заключающийся во введении вместе с флокулянтом мелкоизмельченного кальцита.

Недостатком указанных способов является инертность вводимых добавок, которые служат только для механического осаждения образуемых хлопьев, не оказывая на процесс хлопьеобразования существенного физико-химического -воздействия. Происходит лишь улучшение процесса седиментации. Кроме того, ввод песка в коагулированную воду на стадии седиментации создает технологические трудности при эксплуатации и требует специального оборудования для его осуществления.

Наиболее близким к предлагаемому является способ очистки природной воды, который заключается во введении в обрабатываемую воду дополнительно к раствору дозируемого коагулянта замутнителя в виде взвеси или коллоидного вещества, например тонкого глинистого замутнителя - бентонита с размером частиц менбе 3 мкм в количестве Юмг/дм3. Это сокращает время хлопьеобразования на 30-50% и уменьшает необходимую дозу коагулянта.

Как показали наши исследования при очистке днепровской воды способом по прототипу не достигается достаточно высокая степень очистки воды. При этом следует отметить, что остаточная концентрация AI +в очищенной воде превышает требования (0,2 мг/дм руководства ВОЗ по контролю качества питьевой воды.

Целью изобретения является повышение степени очистки воды и снижение остаточного содержания алюминия в очищенной воде.

Для достижения поставленной цели предложен способ очистки природной воды, состоящий втом, что природный силикат

со

С

2

VI CJ Ю

предварительно смешивают с сульфатом алюминия и водой в состоянии сульфат алюминия (в пересчете на ):природный си- ликат:вода, равном 1 ;(0,5-2,0):(11,5-49). Полученный реагент вводят в обрабатываемую воду, отстаивают и отделяют образующийся осадок. При этом смешение компонентов осуществляют в течение 1-2 ч. При Этом в качестве природного силиката используют клиноптилолит или сапонит и обрабатывают воду дисперсией природного силиката в водном растворе коагулянта.

При введении в водный раствор коагулянта природного силиката происходит замещение катионов № и Са+, находящихся в структуре клиноптилолита и сапонита, на ионы AI , что обеспечивает появление дополнительных центров коагуляции дисперсных примесей, а также создание сорбционных центров для удаления гумусовых веществ. При этом введение пылевидных фракций клиноптилолита и частичный гидролиз препятствуют быстропротекаю- щим процессам полимеризации основных солей AI, что ведет к уменьшению удельной поверхности образующегося гидроксидэ алюминия. В результате предварительного введения дисперсных минералов в раствор коагулянта достигается пролонгирующее действие ионов AI3+ на очищаемую систему. Существенным моментом является время перемешивания природного силиката в водном растворе коагулянта, которое обеспечивает, в основном, протекание ионообменных процессов, частичный гидролиз солей алюминия. Это приводит к созданию на поверхности частиц силикатов активных центров для поглощения гумусовых веществ и других загрязнений.

Обработка воды, полученной таким образом, дисперсией обеспечивает максимальное оседание хлопьевидных продуктов гидролиза с сорбированными на них различными загрязнениями и более полное участие соединений алюминия в самом процессе гидролиза, что приводит к глубокой очистке воды от гумусовых и взвешенных веществ при одновременном снижении остаточных концентраций AI 4.

Способ реализуют следующим образом.

Для очистки воды р.Днепр использовали молотый клиноптилолит Сокирницкого месторождения Закарпатской области УССР зернением менее 0,25 мм с содержанием основного минерала не менее 70% (группа А) и сульфат алюминия ГОСТ 12966- 85 с содержанием AteOa не менее 15%.

На реагентном хозяйстве водопроводной станции приготавливают раствор сернокислого глинозема с концентрацией (по ) 5-8%, т.е. в массовом соотношении содержания А120з к воде как 1:(11,5-19,0). Для приготовления дисперсии природного

силиката используют как указанный раствор, так и разбавленный раствор коагулянта с соотношением AlaOaiHaO, равном 1:(19 49). Исходный раствор глинозема (коагулянта) перекачивают в расходные баки,

0 куда и подается пылевидный природный силикат. Ввод природного силиката может осуществляться как в сухом виде, так и вместе с водой в виде суспензии. Массовое соотношение коагулянта (в пересчете на АЬОз)

5 природного силиката и воды составляет 1 :(0,5-2,0):(11,5-49,0). Приготовление дисперсии осуществляют при постоянном перемешивании сжатым воздухом, поступающим по воздухораспределительной

0 системе дренажных труб, уложенных на дне расходного бака. Необходимое время контакта (перемешивания) природного силиката в водном растворе коагулянта составляет 1-2 ч.

5Дозирование полученной дисперсии

производят по традиционной схеме, принятой на станции водоподготовки (обычно насосами-дозаторами). Место ввода реагента - смесительные устройства. После обработ0 ки сырой воды указанным реагентом и образования хлопьев продуктов полного гидролиза вода направляется на отстаивание до полного осветления ее (выпадения хлопьев в осадок) в отстойных сооружениях,

5 а затем поступает на фильтры.

Пример (по предлагаемому способу). Проведению исследований предшествовало приготовление коагулирующей дисперсии. К 100 мл раствора сернокислого

0 глинозема с 5% содержанием А120з добавляли 5 г клиноптилолита, что соответствовало массовому соотношению коагулянта (в пересчете на AlaOs). природного силиката и воды 1:1:19, затем смесь выдерживали в те5 чение 1 ч, постоянно барботируя дисперсию воздухом

Эксперименты проводились на воде реального поверхностного источника (р.Днепр) с содержанием различных дис

0 персных примесей, обуславливающих мутность 5,1 мг/дм3 и цветность 49 град. В 1 л исследуемой воды при постоянном перемешивании л вводили 0,3 мл 5%-ной дисперсии клиноптилолита в водном растворе

5 сернокислого глинозема, что обеспечивало дозу коагулянта 15 мг/дм3, считая по . Производили быстрое перемешивание со скоростью вращения мешалки 100 об/мин в течение 2 мин. Затем, снизив скорость до 60 об/мин, осуществляли медленное перемешивание в течение 15 мин, при котором достигалось полное окончание процесса хлопьеобразования. Обработанная вода отстаивалась в течение 30 мин, Режимы перемешивания были установлены исходя из условий работы реальных сооружений станций водоподготовки.

В осветленной пробе определяли мутность, цветность и остаточный алюминий. Очищенная вода имела следующие показа- тели: мутность 0,4 мг/дм3, цветность 9 град, что соответствовало эффекту очистки 92 и 82% соответственно при концентрации остаточного алюминия 0,12 мг/дм3,

Опыты по определению оптимальных параметров очистки с использованием дисперсий природных силикатов в водном растворе сернокислого глинозема (коагулянта) проводили аналогично описанному выше опыту с варьированием массового соотно- шения сульфата алюминия (считая по АЬОз), природного силиката, воды и времени выдерживания дисперсии.

Результаты опытов представлены в таблице.

Установлено, что предлагаемые соотношения коагулянта, природного силиката и воды в дисперсии, а также время перемешивания компонентов дисперсии выбраны из условий, обеспечивающих максимальную эффективность очистки воды с минимальным количеством остаточного алюминия , Применение предлагаемого способа характеризуется снижением мутности (пример 23, прототип) до 0,3-0,9 мг/дм3, т.е. в 1,3-4 раза, или увеличением степени очистки с 76 до 82-94%, а также уменьшением цветности обработанной воды с 17 град до 7-15 град, т.е. в 1,1-2,4 раза, или по эффектности очистки - с 65 до 69-86%, При этом концентра- ция остаточного алюминия (примеры 1 - 15) не превышает требования руководства ВОЗ (0,2 мг/дм3).

Запредельное снижение соотношения коагулянта и природного силиката (т.е. уменьшение содержания силиката в дисперсии) не приводит к желаемому результату: цветность, 22 град, остаточный А13+ 0,32 мг/дм3 (пример 17).

Запредельное повышение содержа- ния природного силиката в дисперсии (пример 18) нерационально, так как степень очистки не увеличивается.

Важным моментом в осуществлении способа является время перемешивания компонентов дисперсии, которое должно составлять 1-2 ч. Если время перемешивания ниже предлагаемого предела (пример 19), эффективноть очистки недостаточно высока (78% по мутности и 65% по цветности),

так как не обеспечивается необходимое время для полного прохождения ионообменных процессов и появления дополнительных центров коагуляции и сорбции дисперсных примесей. Отсутствует результат пролонгирующего действия ионов AI3 на очищаемую систему.

Если время перемешивания компонентов выше предлагаемого предела (пример 20), дальнейшее увеличение степени очистки не происходит, т.е. повышение времени свыше 2 ч технологически не оправдано.

Запредельные количества воды в дисперсии не обеспечивают требуемого резуль- тата. При содержании воды в смеси, превышающем верхний предел, т.е. при соотношении 1:1:65, происходит преждевременный гидролиз коагулянта, что приводит к снижению содержания активных ионов алюминия и отрицательно отражается на качестве очистки (пример 21).

При содержании воды в смеси ниже предлагаемого соотношения (например, 1:1:9) использование полученного реагента приводит к снижению эффективности процесса очистки воды (пример 22).

Предлагаемый способ позволяет увеличить степень очистки по показателю мутности до 82-94% и по цветности до 69-86% при обеспечении содержания остаточного алюминия ниже требования руководства ВОЗ (0,2 мг/дм3).

По сравнению с известными способами очистки воды (пример 23, прототип) предлагаемый способ повышает степень очистки по мутности в 1,3-4 раза и по цветности в 1,1-2,4 раза.

Предлагаемый способ легко применим на реальных станциях водоподготовки и не требует дополнительных капитальных вложений. Используемые реагенты имеют относительно невысокую стоимость.

Высокая эффективность очистки природной воды от дисперсных примесей и гумусовых веществ, простота, использование недефицит ных реагентов позволяет широко применить предлагаемый способ на водоочистных станциях.

Формула изобретения

1. Способ очистки природнбй воды, включающий введение природного силиката и сульфата алюминия, отстаивание и отделение образующегося осадка, отличающийся тем, что, с целью повышения степени очистки и снижения остаточного содержания алюминия в очищенной воде, природный силикат предварительно смешивают с сульфатом алюминия и водой в массовом соотношении сульфат алюминия (в пересчете на ):природный силикат:во- да, равном 1:(0,5-2,0):{11,5-49,0).

2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что сульфат алюминия смешивают с природным силикатом и водой в течение 1-2 ч.

Сущность изобретения: в природную воду вводят смесь сульфата алюминия (в пересчете на А(20з) с природным силикатом и водой. Компоненты смешивают в массовом соотношении сульфат алюминия: природный силикат:вода, равном 1::(0,5-2,0):(11,5- 49,0) в течение 1-2 ч. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Примечание. Доза коагулянта в пересчете на 15 мг/дмэ.

Исходная вода р.Днепр: мутность 5,1 мг/дмэ, цветность i9 град.