Способ очистки воды от загрязняющих компонентов

 

Изобретение относится к области очистки воды для хозяйственных и питьевых нужд и может найти применение, в частности, для очистки природных (поверхностных, подземных) и технических вод от взвешенных веществ и окрашивающих соединений (гумусовых, дубильных веществ и др.). Технической задачей предлагаемого изобретения является упрощение процесса очистки воды, экономия коагулянта и повышение степени очистки воды за счет быстрого и равномерного распределения раствора коагулянта по объему. Способ очистки воды от загрязняющих компонентов включает их коагуляцию оксихлоридом алюминия и последующее выделение осаждением, флотацией или фильтрацией из очищаемой воды, причем очищаемой воде сообщают интенсивное турбулентное движение с градиентом скорости 3500-7500 c^-1, одновременно непосредственно в область интенсивного турбулентного движения подают оксихлорид алюминия в виде 0,5-2,0%-ного раствора и перемешивают смесь в течение 0,012-0,3 с. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Предлагаемое изобретение относится к области очистки воды для хозяйственных и питьевых целей, и может найти применение, в частности, для очистки природных (поверхностных, подземных) и технических вод от взвешенных веществ и окрашивающих соединений (гумусовых, дубильных веществ и др.).

Известен способ коагуляции - флокуляции (см. заявку Франции N 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 в течение 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 (димеры и полигидроксокомплексы).

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ очистки воды от взвешенных веществ и окрашивающих соединений методом коагуляции с последующей фильтрацией (см. Миркис В.И., Шумилевич Н.Н., Миркис И.М., Антонов В.Н. Оценка метода прямого фильтрования воды с применением сульфата и оксихлорида алюминия. - Замкнутые и оборотные системы водоснабжения. - М.: ВНИИ ВОДГЕО, 1986, с. 24-26), в котором в качестве коагулянта используют высокоосновный оксихлорид алюминия Al₂(OH)₅Cl. В рассматриваемом способе смешение коагулянта с водой производят в трубном смесителе с градиентом скорости 300 с^-1 и временем смешения 12 с. Недостаток этого способа заключается в неоптимальных условиях смешения раствора коагулянта с очищаемой водой и, как следствие - невысокой эффективности использования коагулянта.

В рассмотренных выше способах скорость распределения коагулянта по объему недостаточна. Как известно, при подаче раствора коагулянта Al₂(OH)₅Cl в воду протекают одновременно два процесса: распределение коагулянта и реакционно-активных ионных форм в воде и их гидролиз. Гидролиз реакционно-активных ионных форм коагулянта приводит к образованию геля Al(ОН)₃. Невысокая скорость распределения коагулянта по объему, уступающая скорости процесса гидролиза, как правило, приводит к перерасходу коагулянта. Реакционно-активные ионные формы коагулянта являются наиболее активными по отношению к загрязнениям в сравнении с Al(ОН)₃, но они существуют в коротком промежутке времени -10^-4-10^-3 c. Несоответствие существующих способов перемешивания кинетике происходящих химических реакций гидролиза коагулянта и недостаточная интенсивность создаваемого при этом турбулентного движения приводят к повышенному расходу коагулянта при очистке воды от загрязняющих компонентов.

Технической задачей предлагаемого изобретения является упрощение процесса очистки воды, экономия коагулянта и повышение степени очистки воды за счет быстрого и равномерного распределения раствора коагулянта по объему.

Поставленная задача решается тем, что в способе очистки воды от загрязняющих компонентов путем их коагуляции оксихлоридом алюминия и последующего выделения их осаждением, флотацией или фильтрацией из очищаемой поды, согласно предлагаемому техническому решению, очищаемой воде сообщают интенсивное турбулентное движение, с градиентом скорости 3500-7500 с^-1, одновременно непосредственно в область интенсивного турбулентного движения, подают оксихлорид алюминия в виде 0,5-2,0% раствора и перемешивают смесь в течение 0,012-0,3 с. Создаваемая интенсивность смешения достаточна как для задержания реакции полимеризации (то есть увеличения времени существования реакционно-активных ионных форм коагулянта), так и для максимального контакта реакционно-активных ионных форм коагулянта с загрязнениями, а время смешения наиболее соответствует времени существования таких форм в воде во время гидролиза.

Увеличение интенсивности смешения раствора оксихлорида алюминия с водой, характеризуемое градиентом скорости до 3500-7500 с^-1 и сокращение времени смешения до 0,012-0,3 с позволяет увеличить содержание реакционно-активных ионных форм коагулянта, а также задержать их дальнейший гидролиз, тем самым увеличить время существования их в объеме раствора. Кроме того, данный способ обеспечивает максимальный контакт загрязнений с образующимися первичными частицами геля Al(ОН)₃, когда радиус частиц является минимальным и частица обладает наибольшей сорбционной способностью. Смешение раствора коагулянта с интенсивностью, предлагаемой существующими способами, неэффективно, так как при этом происходит контакт с загрязнениями в основном в форме первичных агрегатов геля Al(ОН)₃, имеющих значительно меньшую сорбционную способность в сравнении с первичными частицами геля Al(ОН)₃ и активность в дестабилизации загрязнений в сравнении с реакционно-активными ионными формами коагулянта.

Таким образом, повышенное содержание реакционно-активных ионных форм коагулянта при подобранном гидродинамическом режиме смешения позволяет получить удовлетворительную степень очистки воды с минимальным расходом коагулянта и незначительными капитальными затратами на оборудование. Кроме того, при предлагаемом способе очистки сокращается время обработки воды коагулянтом в 200-600 раз в сравнении с существующими способами, для которых время смешения составляет 1,0-120 с.

Целесообразно в очищаемую воду одновременно с раствором коагулянта вводить и диспергировать воздух в количестве 1,5-3,0% от расхода очищаемой воды. Введение воздуха в область интенсивного турбулентного движения создает дополнительную интенсивность смешения, что увеличивает взаимодействие реакционно-активных ионных форм с загрязнениями. При этом введение воздуха в область интенсивной турбулентности и его диспергацию производят одновременно с введением раствора коагулянта. Данное обстоятельство позволяет значительно интенсифицировать коагуляционный процесс не только за счет увеличения количества центров хлопьеобразования, которыми являются получаемые пузырьки воздуха крупностью 0,2-0,3 мм, но и за счет интенсивной отдувки CO₂, выделяющегося при гидролизе коагулянта. Также необходимо отметить, что при этом происходит одновременное окисление органических примесей кислородом воздуха.

Предлагаемый способ очистки позволяет эффективно использовать воздух, так как он в данном случае вводится одновременно с коагулянтом и в результате его диспергации образуются пузырьки крупностью 0,2-0,3 мм, что в 10-15 раз меньше, чем при обычных способах введения воздуха (дырчатые трубы, пористые перегородки). Это позволяет сократить необходимую потребность в воздухе в 5-10 раз и сравнении с существующими способами очистки, что в общей сложности позволяет снижать не только дозу коагулянта, но и затраты на оборудование и энергоресурсы.

Сущность технического решения иллюстрируется примером конкретного исполнения.

Испытания предлагаемого способа очистки проводились в натурных условиях на маломутной высокоцветной воде поверхностного источника, имеющего следующие показатели: цветность - 105 град., мутность - 0,9-1,2 мг/л, щелочность - 0,90 мг-экв/л, pH 7,2. Результаты испытаний представлены в таблице.

В качестве смесительного устройства в предлагаемом способе очистки используют пневмогидравлический диспергатор флотационной машины (по а.с. СССР N 1676663, B 03 D 1/14, опубл. в БИ N 34 за 1992 г.) с интенсивностью смешения, характеризуемой градиентом скорости 7200 с^-1 и временем смешения 0,11 с. Результаты, полученные при испытаниях по предлагаемому способу очистки, сравнивались с результатами, полученными в лабораторных условиях, при пробном коагулировании в цилиндрах, проведенном по стандартной методике, и с результатами очистки по существующему способу на водопроводных очистных сооружениях, также проведенных в натурных условиях, где в качестве смесительного устройства используют гидравлический вертикальный вихревой смеситель с градиентом скорости 180 с^-1 и временем смешения 60 с.

Из таблицы видно, что при существующем способе очистки с градиентом скорости смешения 180 с^-1 и времени смешения 60 с в сравнении с пробным коагулированием в цилиндрах значительного снижения цветности воды не происходит. Введение воздуха в гидравлический вертикальный вихревой смеситель в количестве 15% от расхода очищаемой воды при градиенте скорости смешения 180 с^-1 также не улучшает процесс обесцвечивания. Использование предлагаемого способа позволяет значительно интенсифицировать процесс очистки. Из табл. видно, что при дозе коагулянта 5 мг/л и градиенте скорости смешения 7200 с^-1 цветность снижается на 60-55 град. в сравнении с результатами лабораторных испытаний пробного коагулирования в цилиндрах и смешением при градиенте скорости 180 с^-1. Введение воздуха в количестве 3% от расхода очищаемой воды при градиенте скорости смешения 7200 с^-1 положительно сказывается на эффекте очистки и позволяет снизить цветность при дозах коагулянта 5-10 мг/л соответственно на 8-10 град.

Результаты испытаний предложенного способа очистки показали его высокую эффективность в сравнении с существующими способами.

Формула изобретения

1 . Способ очистки воды от загрязняющих компонентов путем их коагуляции оксихлоридом алюминия и последующего выделения их осаждением, флотацией или фильтрацией из очищаемой воды, отличающийся тем, что очищаемой воде сообщают интенсивное турбулентное движение с градиентом скорости 3500 - 7500 с^-1, одновременно непосредственно в область интенсивного турбулентного движения подают оксихлорид алюминия в виде 0,5 - 2,0%-ного раствора и перемешивают смесь в течение 0,012 - 0,3 с.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в очищаемую воду одновременно с коагулянтом вводят и диспергируют воздух в количестве 1,5 - 3,0% от расхода очищаемой воды.

РИСУНКИ

Рисунок 1