Спосіб одержання питної води

Изобретение относится к области обработки воды, промышленных и бытовых сточных вод, в частности, к многостадийной обработке воды и может быть использовано для подготовки питьевой воды путем очистки природных, поверхностных и подземных вод. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения питьевой воды. В известном способе речная вода обрабатывается озоном и подается в наливное водохранилище. Продолжительность пребывания воды в нем составляет 3 - 4 суток. Из водохранилища вода подается на смесители с механическими мешалками, куда вводят коагулянт оксихлорид алюминия и двуокись хлора для предварительного хлорирования. Доза двуокиси хлора не превышает 4,7мг/дм 3. Далее вода проходит через камеры хлопьеобразования, оборудованные механическими мешалками, многоярусные отстойники и скорые песчаные фильтры. Скорость фильтрования - 9м/ч, толщина слоя загрузки 1,4м при средней крупности зерен песка 1мм. Фильтрат повторно обрабатывается озоном и подается на сорбционные фильтры, загружаемые активированным углем. Скорость фильтрования - 9м/ч, толщина слоя загрузки 1м при средней крупности частиц угля 1мм. После угольных фильтров в воду в третий раз вводят озон. Средняя доза озона равняется 3,8мг/дм 3, вт.ч. для предварительного озонирования - 0,8мг/дм 3. Для окончательного (третьего) озонирования дозу озона определяют исходя из обеспечения остаточного озона на уровне 0,4мг/дм 3 в течение 4мин. Завершающим процессом обработки воды является ее хлорирование небольшими дозами гипохлорита натрия, перед подачей в резервуары чистой воды. Как следует из технической сущности, известный способ предусматривает тройное озонирование, прехлорирование и обеззараживание хлором в процессе подготовки питьевой воды. Однако, известно, что сочетание сканирования и хлорирования речной воды является противопоказанным вследствие существенного увеличения содержания хлорорганических соединений в питьевой воде (Алексеева Л.П. Влияние сочетания озонирования и хлорирования воды на образование хлороформа // Химия и технология воды. - 1986. - 8, №5. - С.62 - 64) [5], что подтверждается и нашими данными. Так, при подготовке питьевой воды из воды р.Днепр, которая содержит природные органические соединения (гуминовые и фульвиновые кислоты), хлорирование обработанной озоном воды и выдержанной в течение длительного времени приводит к образованию большого количества токсичных хлорорганических соединений, которые практически не удаляются на последующи х этапах обработки (коагулировании, отстаивание, фильтровании через песчаные фильтры). Повторное озонирование фильтрата приводит к дальнейшему существенному росту концентрации токсичных продуктов, т.е. сочетание процессов озонирование - хлорирования-озонирования при обработке днепровской воды (состав 1) приводит ко вторичному загрязнению очищенной воды токсичными веществами, причем в количествах, значительно превышающих ПДК: содержание хлороформа в очищенной воде составляет 163мкг/дм 3. Кроме того, процесс получения питьевой воды из р.Днепр характеризуется достаточно большой продолжительностью, в основном за счет процессов, коагуляции, отстаивания (3,5часа) и при большой производительности станции (> 120000м/сутки) потребуются объемные сооружения, занимающие большие площади. Задачей изобретения является разработка такого способа получения питьевой воды, путем обработки природной воды озоном в несколько этапов в сочетании с физико-химическими процессами, в котором, изменение условий реагентной обработки и обработки окислителем, обеспечило бы повышение качества питьевой воды за счет уменьшения вторичного загрязнения воды токсичными продуктами, образующимися в процессе очистки природной воды, содержащей органические соединений, а также существенное уменьшение длительности процесса получения питьевой воды за счет ускорения процессов коагулирования и отстаивания. Для решения поставленной задачи предложен способ получения питьевой воды, включающий обработку исходной воды окислителем - озоном с последующей реагентной обработкой, повторной обработкой окислителем - озоном, фильтрованием через активный уголь и обеззараживанием очищенной воды окислителем - хлором, в котором, согласно изобретению, реагентную обработку осуществляют в режиме напорной флотации и в качестве флотореагента используют коагулянт, а дозу окислителя на каждой из стадий выбирают из соотношения озон:озон:хлор равной 1 : (1 - 4) : (0,3 - 1,0), при этом флотореагент используют концентрации 40 - 60мг/дм 3. Заявляемые соотношения доз озон : озон : хлор выбраны из условий, обеспечивающих глубокую очистку воды от органических веществ и обеззараживание, предотвращение повторного загрязнения очищенной воды хлорорганическими соединениями. Заявляемое соотношение доз озона является оптимальным: - для обеспечения необходимой глубины окисления природных органических соединений (гуминовых кислот) до карбоксильных соединений, которые эффективно удаляются при последующей коагуляции. Так, например, образующиеся в качестве продукта окисления карбоновые кислоты вступают в комплексообразование с ионами алюминия (коагулянта) и образуют нерастворимые соединения, являющиеся центрами дальнейшей кристаллизации, что способствует более глубокому протеканию процесса коагуляции; - для подготовки содержащихся в воде оставшегося количества органических соединений к эффективному биоразложению в загрузке активного угля. Заключительное хлорирование очищенной воды при заявляемом соотношении с дозами озона позволяет избежать образования хлорорганических соединений и обеспечить необходимую степень обеззараживания воды. Глубокая очистка воды от органических и взвешенных веществ, гидробионтов и водорослей достигается сочетанием заявляемых режимов обработки озоном с проведением реагентной обработки в условиях напорной флотации с использованием в качестве флотореагента коагулянта. Такой характер реагентной обработки позволяет отказаться от прехлорирования сырой речной воды и использовать только озонирование. За счет интенсификации процессов коагуляции, проводимых в режиме флотационной обработки, время обработки сокращается с 3 - 4 часов при использовании традиционной технологии коагуляционной обработки воды до 20 - 30мин. Очень важно, что в процессе флотационной коагуляции происходит эффективное удаление синезеленых водорослей, которые легко всплывают и удаляются. Это предотвращает процессы гниения в застойных зонах и биологическое обрастание очистных сооружений. Результатом предложенной комплексной технологической схемы подготовки питьевой воды является также сокращение объема сооружений, занимаемых площадей земли, уменьшение капиталовложений. Способ реализуется следующим образом. Для получения питьевой воды обработке подвергают природную воду р.Днепр, содержащую 106,3мг/дм 3 суммы гуминовых соединений и фульвокислот (Г + Ф), 15,0мг/дм 3 суммы альдегидов и кетонов (А + К), < 2мг/дм 3 хлороформа, ХПК - 36мгO2/дм 3. Воду обрабатывают в следующей последовательности технологических операций. Воду в количестве 15дм 3 помещают в контактный резервуар, представляющий собой пустотелую колонну с барботером в нижней части, и подвергают озонированию с дозой озона 3,3мг/дм 3 в течение 7мин. Озон получают на лабораторном озонаторе производительностью 10г/ч, производства ОП СКТБ Института. Затем озонированную воду подвергают реагентной обработке в режиме напорной флотации путем направления воды последовательно в смеситель с механическими мешалками, камеру хлопьеобразования и флотационную колонну. В смеситель вводят 0,75дм 3 раствора коагулянта - сульфата алюминия с исходной массовой концентрацией 10мг/дм 3. Перемешивание воды с коагулянтом осуществляют со скоростью 60об/мин в течение 5мин. Обработанная коагулянтом вода поступает в камеру хлопьеобразования, где пребывает 10мин. Из камеры воду направляют во флотационную колонну, куда через дросселирующее устройство вводится предварительно насыщенная воздухом в. сатураторе (напорная емкость) рециркуляционная (водопроводная) вода в пропорции 1 : 4 к объему очищаемой водой, т.е. 3,8дм 3. Время флотации, равное времени осветления жидкости за счет выноса в пенный слой скоагулировавшей взвеси, составляет 10мин. Осветленная вода поступает на песчаный фильтр, загруженный кварцевым песком слоем 800мм и крупностью зерен 0,95мм, скорость фильтрования - 7м/ч, фильтрат направляют в контактный резервуар озонирования воды при дозе озона 3,30мг/дм 3 в течение 10мин. Обработанная озоном вода поступает на сорбционные фильтры, загруженные гранулировнным активированным углем. Скорость фильтрования 6м/ч при высоте загрузки 2м и средней крупности частиц угля 1,5 - 2,0мм. Очищенную на угольных фильтрах воду подвергают обеззараживанию хлором дозой 1,0мг/дм 3 в течение 40мин. Соотношение окислителей O3 : O3 : Cl2 составляет 1 : 1 : 0,3. Полученная питьевая вода характеризуется следующими показателями (табл.1, пример 4): ХПК - 17,0мгO2/дм 3, (Г + Ф) = 31,3мг/дм 3, цветность 6°, мутность 0,14мг/дм 3, (А+ К) = 13мг/дм 3, хлороформ 26,5мкг/дм 3, алюминий 0,08мг/дм 3. Такие показатели свидетельствуют о высоком качестве питьевой воды, при этом некоторые из них превышают требования ГОСТ и ПДК. Так, согласно ГОСТу "Вода питьевая" 3351 - 74 цветность составляет 20°, а мутность 1,5мг/дм 3 (в примере 6° и 0,14мг/дм 3 соответственно). Согласно требованию "Руководства ВОЗ по контролю качества питьевой воды 1977 - 1978гг.", остаточная концентрация алюминия не должна превышать 0,2мг/дм 3 (в примере 0,08мг/дм 3); и как указывалось ранее, согласно требованию [2], ПДК для хлороформа составляет 60мкг/дм 3 (в примере 26,5мкг/дм 3). Следует подчеркнуть, что качество питьевой воды, полученной по описанному примеру, значительно превышает качество питьевой воды, полученной по способу прототипа, в первую очередь по показателям вторичного загрязнения: содержание хлороформа достигает 163мкг/дм 3, что в 6 раз превышает по примеру. При реализации заявляемого режима реагентной обработки время коагулирования и удаления скоагулированных и отфло тированных загрязнений, в т.ч. зоо- и фитопланктона, составляет 30 минут. Аналогично примеру реализации способа были осуществлены опыты по получению питьевой воды из воды р.Днепр состава 1 при обработке окислителями как в заявляемом интервале соотношений, так и за его пределами, с использованием в качестве флотореагента коагулянтов различной природы в количествах, находящи хся в заявляемом диапазоне доз и за его пределами. Данные представлены в табл.1. В качестве коагулянта используют суль фат алюминия - Al2(SO 4)3 (ГОСТ 3758 - 75), технический глинозем - ТГ, содержащий 51,3 - 58,12% Al2(SO4) 3 (ГОСТ 12966 - 85), гидроксохлорид алюминия - (паспорт №31), содержащий Al2(OH)5Cl 9,1%. Установлено, что заявляемое соотношение окислителей озон : озон : хлор, проведение реагентной обработки воды в режиме напорной флотации с использованием коагулянта как флотореагента, и заявляемые дозы флотореагента выбраны из условий, которые обеспечивают необходимую глубин у окисления органических загрязнений до соединений, эффективно удаляемых в процессах коагуляции, флотации и фильтрования, а также практически полное предотвращение образования XOC в очи щаемой воде при минимальном содержании остаточного алюминия (табл.1, примеры 1 - 14). Проведение процесса окисления при запредельном соотношении O3 : O3 = 1 : 4,5, т.е., при повышенной дозе озона на второй стадии, приводит к снижению степени очистки от исходных органических соединений (концентрация (Г + Ф) достигает 41,2мг/дм 3, а также ко вторичному загрязнению питьевой воды - концентрация (А + К) достигает 34,5мг/дм 3, а хлороформа 42,3мкг/дм 3, что превышает их содержание в исходной воде в 3 и 21 раз, соответственно (табл.1, пример 15). Запредельное соотношение O3 : O 3 = 1 : 0,50, что соответствует условиям проведения окисления при пониженной дозе озона на второй стадии, приводит к резкому снижению эффекта очистки от органических веществ - концентрация (Г + Ф) достигает уже 73,7мг/дм 3, ХПК - 31мгO2/дм 3. Показатели очищенной воды ниже показателей по прототипу (примеры 16 и 21, табл.1). Снижение дозы хлора в процессе обеззараживания (O3 : O3 : Cl2 = 1 : 2 : 0,2) приводит к отсутствию остаточного хлора после 30-минутного контакта с водой, а следовательно не обеспечивается бактериальная безопасность воды в распределительной сети, происходит вторичное бактериальное загрязнение питьевой воды, что является недопустимым (табл.1, пример 17). При использовании в процессе обеззараживания повышенной дозы, хлора (соотношение O3 : O3 : Cl2 = 1 : 2 : 1,2) происходит вторичное загрязнение питьевой воды - содержание (А + К) достигает 55мг/дм 3, а хлороформа - 66мкг/дм 3 (превышает ПДК) (табл.1, пример 18). Экспериментально установлено, что оптимальная доза флотореагента - коагулянта составляет 40 60мг/дм 3. Указанная доза обеспечивает эффективное удаление скоагулированных и сфлотированных органических загрязнений, фито- и зоопланктона при минимальном содержании остаточного алюминия в воде. При дозе коагулянта, как ниже заявляемого предела, так и выше, наблюдается снижение эффекта очистки воды, что особенно сильно проявляется при запредельном снижении дозы (цветность достигает 22°, мутность - 1,65мг/дм 3). В обоих случая х происходит вторичное загрязнение питьевой воды алюминием, содержание которого возрастает до 0,52 - 0,57мг/дм 3 (табл.1, примеры 19 и 20). Обеспечиваемое предложенным способом высокое качество питьевой воды подтверждается и данными табл.2, где отражен достигаемый результат при очистке воды р.Днепр, характеризующейся различной цветностью, мутностью, ХПК, содержанием гуминовых веществ. При использовании выходной воды с высокой мутностью (составы 2 и 3) желательно при реагентной обработке добавить незначительное количество (0,05мг/дм 3) флокулянта. В качестве флокулянта можно использовать магнифлоки американской компании "Watertec. Inc.", например: МФ-1906 N - высокомолекулярный неионогенный высокоактивный; МФ-573с - низкомолекулярный катионит; МФ-835А - высокомолекулярный анионит. Преимущества предложенного способа получения питьевой воды отражены в табл.1, 2. Как следует из представленных данных, предложенный способ обеспечивает, по сравнению с известным [4], повышение качества получаемой питьевой воды, что выражается, в первую очередь, в предотвращении вторичного загрязнения токсичными хлорорганическими соединениями - содержание хлороформа составляет 21,1 37,5мкг/дм 3, что в - 4,6 - 3 раза ниже ПДК, в то время как использование известной технологии [4] приводит к содержанию хлороформа равном 163,0мкг/дм 3, что в 2,7 раза превышает ПДК, т.о. вторичное загрязнение XOC уменьшается в 4 - 8 раз. Эффект очистки от первичных органических соединений также повышается - содержание (Г + Ф) составляет 25,1 - 34,5мг/дм 3, что в 1,75 - 1,25 раза ниже, чем в питьевой воде, полученной по способу [4]. При этом предложенный способ обеспечивает сокращение длительности процесса получения питьевой воды за счет ускорения процессов коагулирования и отстаивания с 3 - 4 часов до 20 - 30мин, т.е. в 6 - 9 раз, по сравнению со способом [4]. Следует отметить, что остаточная концентрация алюминия в питьевой воде находится на уровне 0,2мг/дм 3 и ниже, что подтверждает высокое качество получаемой воды.