Спосіб підготовки питної води

Спосіб підготовки питної води, що включає обробку неіоногенним флокулянтом, відстоювання та відокремлення осаду, який відрізняється тим, що як неіоногенний флокулянт беруть триблоккополімер на основі поліетиленоксиду та поліакриламіду, в якому молекулярну масу поліетиленоксиду змінюють від 3 × 103 до 1× 105 , при цьому неіоногенний флокулянт додають у воду у кількості 0,05 × 10-3 кг × м-3 0,1× 10- 3 кг × м-3 , а перед введенням у воду флокулянта додатково додають низькомолекулярний електроліт сульфат алюмінію у кількості 0,05-0,06 кг × м-3 . (11) UA часто використовується сульфат алюмінію (Al2(SO4)3·18 H2O) [1]. Серед флокулянтів широко використовуються нейоногенні флокулянти поліакриламід, поліетиленоксид тощо [2]. При очищенні природних та стічних вод розповсюдження знайшли і аніонні та катіонні поліакриламідні флокулянти кополімери акриламіду та акрилату натрію, а також амінометильовані похідні поліакриламіду. Недоліками відомих способів є недостатня ступінь освітлення, природних, особливо маломутних, вод, а також відносно високі оптимальні дози флокулянту, при яких він проявляє свою максимальну флокулюючу дію. Найбільш близьким до запропонованого по технічній суті та досягнутому результату є спосіб очищення води від завислих речовин з використанням нейоногенного флокулянта прищепленого кополімеру поліакриламіду до полівінілового спирту (ПВС-ПААN) у сполученні з коагулянтом - сульфатом алюмінію [3]. Однак, за даним способом не досягається достатня ступінь освітлення природних, особливо маломутних, вод. (19) Винахід відноситься до способів очищення природних вод від завислих речовин за допомогою нейоногенних флокулянтів для одержання високоякісної питної води, може впроваджуватись в технологіях водопідготовки та водоочищення на водопровідних станціях і станціях аерації. Відомі способи підготовки питної води на водопровідних станціях з використанням нейоногенних флокулянтів, а також аніонних та катіонних флокулянтів, які додають у воду індивідуально чи в сполученні з коагулянтами. Завдяки низькій мутності природної води, безпосереднє використання флокулянтів для її очищення є малоефективним. Тому в процесах підготовки води на водопровідних станціях використовують високоефективний метод коагуляційно-флокуляційного очищення води [1]. Роль коагулянту полягає у створюванні розвинутої активної поверхні, на якій будуть адсорбуватись завислі у воді речовини, і далі, за рахунок агрегації своїх частинок (утворення пластівців) і седиментації агрегатів, сприяє швидкому виділенню завислих речовин в осад. З широкого кола різноманітних коагулянтів в Україні найбільш 81717 (13) C2 (21) a200607240 (22) 30.06.2006 (24) 25.01.2008 (72) ЖЕЛТОНОЖСЬКА ТЕТЯНА БОРИСІВНА, UA, ПЕРМЯКОВА НАТАЛІЯ МИХАЙЛІВНА, UA, ФЕДОРЧУК СЕРГІЙ ВОЛОДИМИРОВИЧ, UA, ЗАГДАНСЬКА НІНА ЄВГЕНІВНА, UA, ДЕМЧЕНКО ВАЛЕНТИНА ЯКІВНА, UA, ОЛЕНЧЕНКО ВАЛЕРІЙ МИКОЛАЙОВИЧ, UA, БЕРЕЗОВСЬКА ТЕТЯНА ВАСИЛІВНА, UA (73) КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ТАРАСА ШЕВЧЕНКА, UA (56) UA 23743, 17.12.2001, C2 UA 29933, 29.12.1999, C2 UA 78649, 10.04.2007, C2 UA 17814, 03.06.1997, A UA 44968, 15.03.2002, C2 UA 50035, 15.07.2002, A 2 3 В основу винаходу поставлена задача удосконалити спосіб підготовки питної води шляхом її обробки нейоногенним флокулянтом триблок-кополімером на основі поліетиленоксиду та поліакриламіду у сполученні з низькомолекулярним електролітом, сульфатом алюмінію, з подальшими стадіями відстоювання та відокремлення осаду, що забезпечить покращення всіх показників якості води: зменшення мутності, колірності, окиснюваністі та вмісту залишкового алюмінію, а також дозволить зменшити питому витрату флокулянту. Поставлена задача вирішується тим, що в способі підготовки питної води, що включає обробку нейоногенним флокулянтом, відстоювання та відокремлення осаду, згідно з винаходом в якості нейоногенного флокулянта використовують триблок-кополімер на основі поліетиленоксиду та поліакриламіду, в якому молекулярну масу поліетиленоксиду змінюють від 3·103 до 1·105, при цьому нейоногенний флокулянт додають у воду в кількості 0,05·10-3кг·м-3 - 0,1·103 кг·м-3 у сполученні з низькомолекулярним електролітом, сульфатом алюмінію, який додають у воду в кількості 0,05-0,06кг·м-3 безпосередньо перед введенням флокулянта, що забезпечує високу ступінь очищення природної води від завислих речовин. Триблок-кополімери на основі поліетиленоксиду та поліакриламіду (ТБК) з різною MM центрального блоку є більш простими моделями інтрамолекулярних полікомплексів ніж прищеплені кополімери ПВС-ПААN. На відміну від ПВС-ПААN вони мають витягнутий лінійний ланцюг, довжина якого збільшується при зростанні довжини ланцюга поліетиленоксиду. Тому було дуже важливо дослідити вплив лінійної структури ТБК на їх флокулюючу здатність в процесах коагуляційно-флокуляційного очищення річкової води. Випробування освітлюючоюї спроможності флокулянтів на водопровідній станції проводили за методикою "пробної коагуляції", яка повністю моделює технологічний режим освітлення води р. Десна [4]. В склянки на 2,3дм3 наливали по 2л природної води, додавали при перемішуванні коагулянт - сульфат алюмінію - Al2(SO4)3·18H2O, хлорну воду (в деяких випадках і аміачну воду) і флокулянт. Перемішування проводять протягом 1хв зі швидкістю 140об·хв-1, а потім протягом 11хв - зі швидкістю 40об·хв-1. Далі мішалку виймають і відстоюють воду протягом певного часу (в деяких випробуваннях протягом ~ 3год, а в інших протягом 30хв). В окремих випадках проводять освітлення води індивідуальними флокулянтами без коагулянту. Якість освітленої води характеризують за основними параметрами, на які впливає додавання флокулянта: мутності, колірності, перманганатної окиснюваності та вмісту залишкового алюмінію. Всі аналізи 81717 4 проводили строго за методиками, які відповідали міжнародним нормам. Мутність та колірність визначають по ГОСТ 18165-89, а перманганату окиснюваність визначали по Кубелю. За відомими способами підготовку питної води здійснюють за допомогою індивідуального ПАА з МvПАА=9,8·105, прищепленого кополімеру ПВСПААN з МvПАА=5,1·105 і N=9 та французького флокулянту DB 45 SSH, які використовують разом із сульфатом алюмінію. Запропонований спосіб здійснюють шляхом додавання до природної води певної дози сульфату алюмінію, перемішування, введення відповідної кількості ТБК і подальшого відстоювання води. Після цього відбирають проби для аналізу її якості. В запропонованому способі використовували 4 зразка ТБК з різною MM ПЕО: ТБК1 з МvПЕО=3·10 3, ТБК2 з МvПЕО=6·10 3, ТБКЗ з MvПEО=4·10 4 тa ТБК4 з МvПЕО=1·10 5. У таблицях 1, 2, 3 наведені приклади конкретного виконання, в яких запропоновані і відомі способи підготовки питної води порівнюються за основними показниками якості води. Порівняння ефективності дії різних способів підготовки питної води проводять в один день на одній воді, що відповідає найбільш строгому варіанту постановки експерименту. Відомий та запропонований способи здійснюють на звичайній та хлорованій воді. відмічено, для досягнення Як вже було високого ступеня очищення природної води від завислих речовин необхідно додавати до неї дози двох освітлюючих реагентів: коагулянту сульфату алюмінію, а потім - флокулянту [1]. Тому спочатку визначають оптимальний вміст коагулянту - сульфату алюмінію. Для цього при постійній концентрації флокулянту (0,1·103кг·м-3) і змінній концентрації коагулянту (0,01·0,09кг·м-3) знаходять оптимальну дозу сульфату алюмінію. Для всіх розглянутих флокулянтів вона складає 0,05-0,06кг·м-3. Потім визначають оптимальну дозу флокулянту шляхом варіювання концентрації відповідного флокулянту при оптимальній дозі коагулянту. В таблицях 1, 2 показані приклади підготовки питної води запропонованими та відомими способами при оптимальній дозі коагулянту (0,05кг·м-3 Аl2(SO4)3·18Н2O), але при зміні концентрації флокулянту (0,05·103-0,1·103кг·м-3). Видно, що в цілому всі чотири зразки ТБК при концентрації 0,1-10-3кг·м-3 (табл.1, приклади 3, 4, 5, 6) дуже добре освітлюють воду Десни у порівнянні як з дією одного коагулянту (табл.1, приклад 2), так і з дією пар: коагулянт - прищеплений кополімер ПВС-ITAAN (табл.1, приклад 8) та коагулянт - французький флокулянт DB 45 SSH (табл. 1, приклад 9). Разом з тим, в цих випробуваннях серед досліджених зразків ТБК дещо кращі результати показав кополімерТБК2, в якому МvПЕО=6·103. 5 81717 6 Таблиця 1 Вихідна вода р. Десна: Т=2,0°С, мутність - 8,6·103кг·м-3, колірність - 30°, лужність - 4,4·10-3кг-екв/м-3, аміак - 0,28-10-3кг·м-3, окиснюваність - 5,8·10-3кг·м-3, рН=8,4. № 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Флокулянт ТБК1 ТБК2 ТБК3 ТБК4 ПАА ПВС-ПААN DB 45 SSH 1) NH3 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 Дози1) - 10 3кг·м-3 Окиснюваніс Колірність, Мутність 3 -3 Залиш. Al Флокуля ·103 кг·м-3 °Сr-Со шкали ть ·10 кг·м ·103 кг·м-3 Al2(SО4)3·18H2О нт 6,9 28 5,6 0,06 50 3,4 13 4,9 1,3 50 0,1 1,5 13 4,8 0,84 50 0,1 1,3 11 4,6 0,88 50 0,1 1,5 13 4,8 0,90 50 0,1 1,5 13 4,8 0,90 50 0,1 1,2 11 4,6 0,78 50 0,1 1,1 12 4,8 0,80 50 0,1 2,0 11 4,6 1,0 Доза хлорної води 1,5·10-3кг·м-3 Результати, які представлені в табл. 2 демонструють гарний освітлюючий ефект природної води при застосуванні в якості флокулянтів зразків триблок-кополімерів і, крім того, дозволяють уявити вплив MM центрального блока ПЕО. Зокрема, ці результати однозначно засвідчують наявність певної оптимальної МvПЕО в області 6·103-4·104 (табл. 2, приклади 4, 5), яка забезпечує найкращі показники якості освітленої води. При концентрації флокулянту 0,05·10-3кг·м-3 зразки триблок-кополімерів з оптимальною Мушо працюють краще прищепленого кополімеру ПВСПААN (табл. 2, приклад 8) і, навіть, краще відомого катіонного французького флокулянту DB 45 SSH (табл. 2, приклад 9). Таблиця 2 Вихідна вода р. Десна: Т=0,9°С, мутність - 2,4·10-3кг·м-3, колірність - 28°, лужність -4,2·10-3кг-екв/м-3, аміак - 0,29·10-3кг·м-3, окиснюваність - 6,2·10-3кг·м-3, рН=8,4. № 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Флокулянт ТБК1 ТБК2 ТБК3 ТБК4 ПАА ПВС-ПААN DB 45 SSH 1} Дози1) ·103 кг·м-3 NH3 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 Мутність, Колірність, Флокуля ·103 кг·м-3 °Сr-Со шкали Аl2(SO4)3·18H2O нт 6,9 28 50 3,4 13 50 0,05 3,8 14 50 0,05 3,7 13 50 0,05 3,8 13 50 0,05 4,2 14 50 0,05 4,2 14 50 0,05 4,5 15 50 0,05 4,5 13 Окиснюваніс Залиш. Al ть ·103 кг·м-3 3 -3 ·10 кг·м 5,6 0,06 4,9 1,3 5,4 2,9 5,3 2,7 5,3 2,6 5,4 2,8 5,4 2,6 5,6 2,6 5,6 2,7 Доза хлорної води 1,5·10-3кг·м-3 Сукупність суттєвих ознак запропонованого способу підготовки питної води дозволяє покращити всі основні показники якості води в порівнянні з прототипом прищепленим кополімером ПВС-ПААN: при введенні ТБК2 та ТБК3 мутність та колірність річкової води зменшується в 1,2 рази, окиснюваність - в 1,1 рази при практично однаковій концентрації залишкового алюмінію. В таблиці 3 приведено приклади підготовки питної води відомими та запропонованими способами при дозі коагулянту, яка складає 0,06 кг·м-3 і різних концентраціях флокулянту. У відповідності з даними табл. 3 зразок кополімеру ТБК2 в порівнянні з катіонним французьким флокулянтом DB 45 SSH зменшує мутність річкової води в 1,03 рази, окиснюваність - в 1,2 рази, а вміст залишкового алюмінію - в 1,05 рази. 7 81717 8 Таблиця 3 Вихідна вода р. Десна: Т=23°С, мутність - 6,0·10-3кг·м-3, колірність - 50°, лужність - 3,15·10-3кг-екв/м-3, аміак-0,46·10-3кг·м-3, окиснюваність - 11,0·10-3кг·м-3, рН=7,8. № Флокулянт NH3 1 2 ТБК2 0,3 0,3 3 ТБК3 0,3 4 ПАА 0,3 5 DB 45 SSH 0,3 1) Дози1) ·10-3 кг·м-3 Окиснюваніс Мутність Залиш. Al Колірність, ть Флокулян ·10-3 кг·м-3 °Сr-Со шкали ·10-3кг·м-3 Аl2(SO4)3·18H2O -3 -3 ·10 кг·м т 60 1,5 20 7,2 1,3 60 0,05 1,45 20 1,24 60 0,1 1,45 20 6,0 1,24 60 0,05 1,44 20 1,21 60 0,1 1,4 20 6,7 1,16 60 0,05 1,5 20 1,22 60 0,1 1,35 19 6,4 1,19 60 0,05 1,5 20 1,3 60 0,1 1,5 20 7,0 1,3 Доза хлорної води 3,0·10-3кг·м-3 Таким чином, в дослідженій області концентрацій коагулянту і флокулянтів, а також в широкій області зміни температурного режиму і якості вихідної річкової води, серед відомих та запропонованого способів більш висока ступінь очищення природної води від завислих речовин досягається за допомогою запропонованого способу, який включає обробку питної води зразками триблок-кополімерів. Найбільшу ефективність освітлення води зразки триблоккополімерів проявляють в області малих концентрацій (0,05·10-3кг·м-3 - 0,1·10-3кг·м-3), що є дуже цінним з точки зору їх практичного використання. Приймаючи до уваги відомі дані про загальну нетоксичність і здатність до біодеградації поліакриламіду та поліетиленоксиду, які входять до складу даних флокулянтів, використання запропонованого способу на водопровідних Комп’ютерна верстка В. Клюкін станціях може забезпечити Україну високоякісною питною водою, а також дозволить зменшити питому витрату флокулянту, що дозволяє знизити матеріальні витрати в технологічних процесах підготовки питної води на водопровідних станціях. Джерела інформації: 1. Запольский А.К., Баран А.А. Коагулянты и флокулянта в процессах очистки воды. Л: Химия, 1987. - С. 122-124. 2. Мягченков В.А., Барань П.І., Бектуров Е.А., Булидорова Г.В. Полиакриламидные флокулянты. - Казань. 1998. - С. 93. 3. Опис до патенту України № 29933. МПК6 C02F1/56, В01D21/01, 2002 (прототип). 4. Куренков В.Ф., Шилова Л.М. Седиментация суспензий каолина сополимером акриламида с 2акриламидо-2-метилпропансульфонатом натрия в водно-солевых средах. Журн. прикл. химии. 1996. - Т.69. - Вып. 6. - С. 1004-1007. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601