Спосіб очистки малокаламутної природної води

Изобретение относится к области обработки воды, в частности к очистке маломутных цветны х вод поверхностных водоемов и может быть использовано для хозяйственно-питьевого водоснабжения. Одним из основных и наиболее опасных загрязнений природных вод являются микроорганизмы. Поэтому разрабатываемые способы очистки природных вод должны эффективно удалять микроорганизмы наряду со взвешенными веществами и цветностью. Известно использование замутнителя и коагулянта - суль фата алюминия для очистки природных вод [1, 2]. Наиболее распрост' раненным замутнителем являются глинистые минералы монтмориллонит, палыгорскит, которые используют в дозе от нескольких десятков до нескольких сот миллиграммов на литр воды перед внесением коагулянта. Однако известный способ не обеспечивает эффективную очистку воды от микроорганизмов и цветности. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ очистки воды от микроорганизмов [3]. Испытание проводят на модели природной воды, содержащей (мг/дм 3): NaCI - 234, NаНСО3 - 336, Na2SO4 - 142. Эта модельная вода обеспечивает оптимальные условия для протекания коагуляционных процессов. Воду инфицируют бактериями до уровня 5-10 кл/см, наливают в цилиндр вместимостью 1 дм 3, вносят 25 мг/дм 1%-й дисперсии монтмориллонита, перемешивают 0:5 мин, затем вводят 60 мг/дм 3 1%-го раствора сульфата алюминия, перемешивают в течение 0,5 мин. Воду отстаивают в течение 2 ч, после чего верхние 300 см воды отбирают сифоном в отдельную колбу и определяют микробное число очищенной воды чашечным методом. Степень очистки воды от микроорганизмов в оптимальных условиях (при адекватном солевом составе воды, дозах монтмориллонита 25 мг/дм и сульфата алюминия 60 мг/дм составляет ~92%, Однако при очистке маломутной природной воды путем последовательной обработки монтмориллонитом и сульфатом алюминия (согласно прототипу) степени очистки от микроорганизмов, взвешенных веществ и цветности не достаточно высока: для воды со средней щелочностью (4,0 мг-экв/дм) удается удалить микроорганизмы на 88.0%. цветности на 41%, взвешенные вещества на 64%, для воды с низкой щелочностью (0,4 мг-экв/дм - микроорганизмы на 83,0%, цветность на 27,4%, взвешенные вещества на 52,0%. Недостатком известного способа является низкая степень очистки маломутной природной воды от микроорганизмов, взвешенных веществ, цветности при различных значениях щелочности очищаемой воды. Таким образом, известные технические решения требуют усовершенствования в направлении повышения эффективности очистки природной воды, особенно от микроорганизмов. Задачей настоящего изобретения является разработка способа очистки маломутной природной воды с использованием коагулянта и глинистого минерала, обеспечивающего высокую степень очистки одновременно от микроорганизмов, взвешенных веществ и цветности, что достигается путем активации частиц глинистых минералов. Для решения поставленной задачи предложен способ очистки маломутной природной воды, включающий введение глинистого минерала и сульфата алюминия, отстаивание и отделение осадка, в котором, согласно изобретению, глинистый минерал предварительно смешивают с сульфатом алюминия и водой в массовом соотношении глинистый минерал:сульфат алюминия:во-да, равном 1:(1-2):(20-30). При этом в качестве глинистого минерала используют монт-мориллонит, или палыгорскит. или каолинит, а сульфат алюминия смешивают с глинистым минералом и водой в течение 15-30 мин и смесь вводят в воду в количестве 0,02-0,04 об. %. Известный способ основан на явлении конденсации продуктов гидролиза сульфата алюминия на частицах глинистого минерала (замутнителя), что сопровождается увеличением полноты и ускорением гидролиза коагулянта. В предлагаемом способе имеет место, вероятно, активация тонкодисперсных (0,11,0 мкм) частиц глинистого минерала продуктами частичного (неполного) гидролиза концентрированного раствора сульфата алюминия в концентрированной дисперсии сорбента, в результате чего частицы глинистого минерала приобретают повышенную адгезионную активность по отношению к высокомолекулярным и коллоидным примесям воды (микроорганизмам, цветности). Это подтверждается необходимостью обеспечения определенных временных и концентрационных условий формирования активной смеси. Способ реализуется следующим образом. Глинистые минералы - монтмориллонит или палыгорскит Черкасского месторождения или каолинит Глуховецкого месторождения - вносят в дистиллированную воду в массовой концентрации 20%. После выдерживания при перемешивании в течение 6-24 ч на магнитной мешалке (2000 об/мин) образуются дисперсии глинистых минералов с размером частиц 0,1-1,0 мкм. Сульфат алюминия (ГОСТ 12966-85), содержащий не менее 15% АІ2О3 используют в виде 20%-ного раствора. Для приготовления рабочей смеси соединяют при непрерывном перемешивании на магнитной мешалке (2000 об/мин) один объем дисперсии глинистого минерала с одним - двумя объемами раствора сульфата алюминия, что соответствует массовому соотношению глинистый минерал:сульфат алюминия:вода, равному (1:(1-2);(20-30). Необходимое время контакта глинистого минерала с сульфатом алюминия 15-30 мин. Полученную рабочую смесь вводят в очи щаемую природную воду в количестве 0,020,04 об. %. Примеры 1 и 1а осуществляют по предлагаемому способу, а примеры 2 и 2а - по прототипу. Пример 1 (вода со средней величиной щелочности). Готовят рабочую смесь. Для этого в колбу вместимостью 150 см 3 вносят 10 см 20%-ной дисперсии монтмориллонита и 20 см 3 20%-ного раствора сульфата алюминия, что соответствует соотношению глинистый минералхуль фат алюминия:вода, равному 1:2:30 и полученную смесь перемешивают в течение 20 мин при 2000 об/мин. Берут 1 дм воды р. Днепр, имеющей микробное число 4·106 клеток/см 3, цветность 68 град., взвешенных веществ 25 мг/дм 3, общую щелочность 4,0 мг-экв/дм 3, наливают в цилиндр, добавляют 0,3 см (0,03 об.%) рабочей смеси, перемешивают 0,5 мин, отстаивают в течение 2 ч, после чего отбирают сифоном верхние 300 см жидкости, в которой определяют микробное число чашечным методом, цветность по дихроматкобальтовой шкале (ГОСТ 3351-74), взвешенные вещества по стандартной шкале (ГОСТ 287482). Определяют, что степень очистки воды составляет: по микробному числу 97,0%. по цветности 67,7%. по взвешенным веществам 92%. Пример 1а (вода с низкой величиной щелочности). Воду р. Днепр, имеющую микробное число 4·106 клеток/см 3, цветность 58 град., взвешенных веществ 25 мг/дм 3, общую щелочность 0,4 мг-экв/дм 3, очищают в условиях, идентичных описанным в примере 1. Определяют, что степень очистки воды составляет: по микробному числу 95,5%, по цветности 65,5%, по взвешенным веществам 90,0%. Аналогично примеру 1 проводят очистку воды с помощью смеси глинистого минерала, сульфата алюминия и воды, приготовленной в различных концентрационно-временных условиях при использовании отличающихся по химической природе глинистых минералов и различных доз рабочей смеси. Полученные данные представлены в табл.1. Как следует из данных табл. 1 (примеры 1-14): оптимальное соотношение в смеси глинистого минерала, сульфата алюминия и воды равно 1:(1-2):(20-30), причем для различных по природе глинистых минералов, обладающих близкой степенью дисперсности, степень очистки близка. Запредельное снижение содержания в рабочей смеси сульфата алюминия (табл.1, пример 17) или повышение глинистого минерала (табл.1, пример 16) приводит к снижению степени очистки воды по микробному числу и цветности до уровня прототипа, а по взвешенным веществам - ниже уровня прототипа, что указывает на избыток глинистого минерала. Оптимальное время перемешивания рабочей смеси составляет 25-30 мин. (табл.1, примеры 1-14). При меньшем или большем времени контакта компонентов формируется менее активная смесь, что сопровождается снижением степени очистки (табл.1, примеры 21 и 22). Степень очистки воды максимальна при дозе рабочей смеси 0,02-0,04 об. %. При снижении (табл.1, пример 23) или повышении (табл.1, пример 24) значений рабочей дозы степень очистки ухудшается. Пример 2 (вода со средней величиной щелочности). Берут 1 дм 3 воды р. Днепр, имеющий состав, идентичный описанному в примере 1, наливают в цилиндр, добавляют 3 см 3 1 %-ной дисперсии монтмориллонита (30 мг/дм 3 ), перемешивают 0,5 мин, добавляют 6 см 3 1 %-ного раствора сульфата алюминия (60 мг/дм 3), перемешивают 0,5 мин, жидкость отстаивают в течение 2 ч. Определяют, что степень очистки воды от микроорганизмов составляет 88,0%, от цветности -41,0%, от взвешенных веществ - 64,0%. Пример 2а (вода с низкой величиной щелочности). Воду р, Днепр, имеющую состав, идентичный описанному в примере 1а, очищают в условиях, аналогичным описанным в примере 2. Определяют, что степень очистки воды от микроорганизмов составляет 83,0%, от цветности - 27,4%, от взвешенных веществ - 52,0%. Преимущества предложенного способа по сравнению с известным представлены в табл.2. Как следует из данных табл. 2, использование предлагаемого способа позволяет превысить эффект известного способа по микробному числу в 4 раза, по цветности в 1,8 раза, по взвешенным веществам в 4,5 раза. В общепринятую схему водоподготов-ки как заключительный этап входит фильтрование воды. В связи с этим применительно к действующей схеме водоподготовки сопоставлены эффекты предлагаемого и известного способов при условии фильтрования воды, очищенной в соответствии с предлагаемым и известным способами, через фильтр "белая лента". Превышение эффекта известного способа за счет использования предлагаемого способа составляет: по микробному числу в 40 раз, по цветности в 2 раза, по взвешенным веществам в 4 раза. Таблицa 1 Пример 1 2 3 4 S 6 7 8 9 10 11 12 n 14 15 Минерал Соотношение Время Доза Степень очистки % компонентов в дисперсии перемешив рабочей минерал Al2(SO 4)3 Вода ания, мин диспер от цветност по сии об % микроор ь взвешен ганизмо ным ве в ществам Монтмориллони 1 1 20 20 0,02 93,2 65,0 87,0 т -“1 1,5 20 20 0,03 95,2 62,0 85,0 -“1 2 20 20 0,03 97,0 67,7 92,0 -“1 2 30 30 0,02 95,2 66,0 90,5 -“1 2 30 15 0,04 96,2 67,0 91,5 -“1 2 20 15 0,02 97,4 66,0 90,2 -“1 2 20 15 0,03 96,2 67,0 92,0 -“1 2 20 15 0,04 97,0 66,5 92,0 Палыгорскит 1 2 20 15 0,03 96,0 65,5 92,2 -“1 2 20 20 0,03 96,7 66,5 91,4 -“1 2 20 30 0,03 96,4 66,0 92,5 Каолинит 1 2 20 15 0,02 96,5 66,5 92,0 -“1 2 20 20 0,03 96,5 66,5 92,2 -“1 2 20 30 004 96,7 66,0 92,0 Запредельные значения Монтмориллони 0,5 1 20 20 003 88,2 900 60,0 т 16 17 H 19 20 21 22 23 24 Прототип 25 -“-“Моитмориллоии т -“-“-“-“-“-“Монтмориллони т, мг/дм 3 Раствор сульфата алюминия, мг/дм (раздельное введение) 2,5 1 1 2 0,5 25 20 20 20 20 20 20 0,03 0,03 0,03 40,0 80,0 88,0 40,0 40,0 41,0 40,0 30,0 60,5 1 1 1 1 1 1 30 1 1 2 2 2 2 60 15 40 20 20 20 20 20 20 ,5 60 20 20 0,03 0,03 0,03 003 001 005 90,1 862 91,2 85,6 80,0 87,5 88,0 49,5 48,0 60,5 60,5 50,0 65,2 41,0 52,0 45,5 70,0 82,2 90,0 90,0 64,0 Таблица2 Показатели Исходная вода Вода, очищенная способом известным предлагаемым I II Повышение эффекта известного способа I 11 4·106 I II 4,8 × 105 88,0 4,0 × 104 99,0 12 × 105 , 97,0 10 × 103 , 99,98 в 4 раза (на9,0) в 4 раза (на 0,98) 68 40 410 , 20 71,8 22 67,7 10 85,3 в 1,8 раза (на26,7) в 2 раза (на13,5) Взвешенные 25 9,0 2,0 2,0 0,5 в 4,5 раза вещества , 64,0 92,0 92,0 98,0 (на18,0) мг/дм 3 Примечание.*Графа І - без фильтрования, графа ІІ - с фильтрованием. **В числителе - абсолютная величина показателя, в знаменателе - степень очистки, %. в 4 раза (на6,0) Микробное число, клеток/см 3 Цветность, град