Спосіб підготовки питної води на водопровідних станціях

1. Спосіб підготовки питної води на водопровідних станціях, що включає обробку неіоногенним флокулянтом внутрішньомолекулярним полікомплексом (прищепленим кополімером поліакриламіду до полівінілового спирту), відстоювання та відокремлення осаду, який відрізняється тим, що неіоногенний внутрішньомолекулярний полікомплекс використовують у сполученні з низькомолекулярним електролітом, сульфатом алюмінію. 2. Спосіб по п. 1, який відрізняється тим, що су Винахід відноситься до способів очищення природних вод від завислих речовин за допомогою неіоногенних флокулянтів для одержання високоякісної питної води, може впроваджуватись в технології водопідготовки на водопровідних станціях, а також водоочищення на станціях аерації. Відомі способи підготовки питної води на водопровідних станціях з використанням неіоногенних полімерів-флокулянтів, які додають у воду індивідуально чи у сполученні з низькомолекулярними електролітами-коагулянтами [1,2]. Недоліками таких способів у порівнянні з використанням аніонних чи катіонних флокулянтів (відповідно переважному знаку заряду завислих речовин) є більш низьку ступінь та швидкість освітлення води. Це призводить до підвищення питомої витрати флокулянту і тривалості стадії відстоювання води. Найбільш близьким до запропонованого по технічній суті та досягнутому результату є спосіб очищення води від завислих речовин з використанням неіоногенного внутрішньомолекулярного полікомплекса прищепленого кополімера поліакриламіда до полівінілового спирту (ПВС-ПААN) [3). Реалізація цього способу при очищенні сильному тних вод із вмістом завислих речовин (глинистих частинок) 30кг-м -3 дозволяє суттєво покращити швидкість і ступінь освітлення води у порівнянні з флокулюючою дією не тільки багатьох неіоногенних полімерів, в тому числі високомолекулярного неіоногенного ПАА, а й широко відомих аніонних та катіонних флокулянтів. Однак при освітленні маломутних природних вод, які, наприклад, використовують в процесах підготовки питної води на водопровідних станціях, флокулююча здатність ПВС-ПААN виявляється значно нижчою. В основу винаходу поставлено завдання підвищення флокулюючої дії неіоногенного внутрішньомолекулярного полікомплекса ПВС-ПААN в процесах освітлення маломутних природних вод на водопровідних станціях; а саме: покращення ступеня і швидкості очищення води. Поставлене завдання вирішується тим, що природну воду обообляють внутрішньомолекулярним полікомплексом – прищепленим кополімером ПВС-ПААN (в якому кількість прищеплених ланцюгів N змінюється від 38 до 49) – у сполученні з низькомолекулярним електролітом, сульфатом алюмінію. Згідно з винаходом, сульфат алюмінію у льфат алюмінію в кількості 10 - 25 × 10-3 кг × м-3 додають у воду безпосередньо перед введенням флокулянта. 3. Спосіб по п. 1, який відрізняється тим, що неіоногенний внутрішньо-молекулярний полікомплекс на основі поліакриламіду та полівінілового (19) UA (11) 29933 (13) C2 спирту додають в кількості 0,01 - 0,5 ×10 -3 кг × м -3. 3 29933 4 кації порядку введення флокулянту і кoaгyлянтy, кількості 10-25×10-3 додають у воду перед введенпри постійній концентрації флокулянту (0,1 10--3 кг ням флокулянта. Неіоногенний внутрішньомолекулярний полім -3) і різній концентрації сульфату алюмінію (від 5 10-3 до 20 10-3 кг м-3), при заміні звичайної води на комплекс ПВС-ПААN використовують у кількості -з хлоровану. Різні способи підготовки води в табл.1 0,01-0,5кг×м природної води. співставляються тільки у відокремленій групі даУ винаході наведені приклади конкретного виних, які одержані в один день на одній воді. В конання, в яких запропоновані і відомі способи табл. 2 всі порівняльні дані одержані в один день. підготовки питної води порівнюються за основними Сукупність суттєви х ознак запропонованого показниками якості води і швидкості осідання заспособу підготовки питної води: використання невислих речовин. При цьому використовують приіоногенного внутрішньомолекулярного полікомплеродну воду з такими характеристиками: T = 279кса – прищепленого колорімера ПВС-ПААN у спо288 K, мутність 3,8-5,1×10-3кг×м-3, колірність 30лученні з низькомолекулярним електролітом, 37°по Cr-Co шкалі, лужність 3,5-4,1×10-3кг×екв×м -3. сульфатом алюмінію, дозволяє суттєво покращати Порівняння ефективності освітлення води прововсі основні показники якості води, які розглядаютьдять методом “пробної коагуляції". Десять станда3 ся (приклади 4, 5, 10-13, 17, 18, 22, 26, 27, 30, 31, ртних стаканів об'ємом 2,3дм заливають природ42-44), у порівнянні з використанням не тільки інною водою до 2дм 3. В дев’ять з них додають при дивідуального ПВС-ПААN (приклади 4, 5, 10-13, 17, перемішуванні різні дози коагулянту (сульфату 18, 22, 26,27,30,31,42-44), у порівнянні з викорисалюмінію) та (чи) флокулянту а десятий використанням не тільки індивідуального ПВС-ПААN (притовують як контрольний. Оцінку швидкості осіданклади 1, 2, 7, 8, 14, 15, 20, 23, 24, 28, 32) чи індивіня завислих речовин проводять методом пружного дуального сульфату алюмінію (приклади 3, 9, 16, світлорозсіювання по зміні інтенсивності вертика21, 25, 29, 33-35), а також а також відомих флокульно поляризованого світла, розсіяного водою під лянтів АКК (приклади 6, 19), Magnifloc N573 (прикутом Q = 90°, від часу. Одержані таким чином клади 36-38) і Magnifloc LT-27 (приклади 39-41) у криві зміни ступеня освітлення води від часу мапарі з тим же самим коагулянтом. ють нелінійний характер (S-подібний чи з невелиУ відповідності з даними табл. 1, для досягким максимумом на початку осідання), завдяки нення більш високого ступеня очищення природчому швидкість процесу освітлення оцінюють по ної води від завислих речовин необхідно додавати значенням ступеня освітлення через певні проміждо неї спочатку сульфа т алюмінію, а потім флокуки часу: 2, 4, 6 та 10хв. лянт ПВС-ПААN (приклади 10 та 12 у порівнянні з За відомими способами підготовку питної води 11 та 13). Бажано також використовувати зразок здійснюють за допомогою індивідуального неіоноПВС-ПАА2 з більшою кількістю щеплень (приклади генного внутрішньомолекулярного полікомплекса 4 5 5, 12, 18, 27, 31 у порівнянні з 4, 10. 17, 26 та 30). ПВС-ПААN з МvПВС = 8×10 , МvПАА = 1×10 та кількісДані табл. 1 і 2 ілюструють суттєвий вплив концентю щеплень N, яка складає 38 та 49 (зразки з потрацій коагулянта ί флокулянта, а також їx співвідзначкою 1 та 2), за допомогою індивідуального ношення на якість підготовленої питної води. Зоксульфату алюмінію, а також відомих іоногенних рема, максимальне покращання показників якості флокулянтів: аніонної активної кремневої кислоти звичайної (нехлорованої) води (в %) в процесі її (АКК), катіонного Magnifloc N573 (фірми Cytec) та підготовки за допомогою сульфату алюмінію і аніонного Magnifloc LT-27 (фірми All ed Colloids). ПВС-ПААN з фіксованим N спостерігається при Іоногенні флокулянти використовують такожразом співвідношенні між при співвідношенні між флокуіз сульфатом алюмінію. Доза АКК у всіх випадках лянтом і коагулянтом 1×10-2 (приклад 22). дорівнює оптимальній 3 мас% від дози сульфату. Між якістю питної води і швидкістю осіДози інших іоногенних флокулянтів дорівнюють дання завислих речовин в процесі її підготовки відповідним дозам внутрішньомолекулярного полііснує, як правило, чітка кореляція: якість тим кракомплекса по запропонованому способу. ща, чим скоріше іде освітлення природної води Запропонований спосіб здійснюють шляхом коагулянтом та (чи) флокулянтом. Тому оптимізадодавання до природної води певної дози сульфацію вмісту сульфа ту алюмінію і ПВС-ПААN , а також ту алюмінію, перемішування протягом 5хв, подаїх співвідношення у воді коректно проводити шляльшого введення відповідної кількості неіоногенхом визначення швидкості осідання завислих реного внутрішньомолекулярного полікомплекса. човин методом пружного світлорозсіювання, Для ПВС-ПААN і перемішування ще 20хв: Після цього більшості відомих та запропонованого способів відстоюють воду протягом 3 годин і відбирають такі дані наведені в табл. 3. Спочатку при постійній проби для аналізу її якості. Мутність та колірність концентрації флокулянту (0,4×10-3кг×м -3) і змінній визначають по ГОСТ 3351-74, залишковий АІ по концентрації низькомолекулярного електроліту ГОСТ 18165-89 а перманганатну окисність визнанаходять оптимальну дозу сульфа ту алюмінію чають по Кубелю. Відомі та запропонований спо(приклади 45-49). Для всіх розглянутих зразків соби здійснюють на звичайній та хлорованій воді. флокулянтів вона складає 25×10-3кг×м -3. Потім виВ таблицях 1,2 показані приклади підготовки значають оптимальну дозу і оптимальне співвідпитної води по відомих та запропонованому споношення між коагулянтом і флокулянтом шляхом собах при різних умовах випробувань: при зміні варіювання концентрації відповідного флокулянта кількості щеплень N у прищепленому кополімері при оптимальній дозі сульфата (приклади 51-65). ПВС-ПААN від 38 до 49, при постійній концентрації Дані по швидкості освітлення для зразка Magnafloc флокулянту (1×10-3кг×м -3) і різній концетрації флоLT-27 практично ідентичні даним для ПВС-ПАА2 і кулянту (від 0,01×10-3 до 0,4×10-3кг×м -3), при модифітому відсутні в табл. 3. Згідно з результатами ви 5 29933 6 мірювань, оптимальна доза флокулянта (оптимащеплень у ПВС-ПААN, оптимальному вмісті флольне співвідношення між флокулянтом та коагулякулянта, сульфа ту алюмінію і співвідношення між нтом) по запропонованому способу залежить від ними досягається підвищення швидкості осідання кількості щеплень у прищепленому кополімері і завислих речовин запропонованим способом у 18 та 61 раз в порівнянні з відомими, в яких викорисскладає відповідно 0,4×10-3кг×м-3 (1,6×10-2) для ПВСтовують відповідно індивідуальні сульфат алюміПАА1 та 0,3×10-3кг×м -3 (1,2×10-2) для ПВС-ПАА2 нію та неіоногенний внутрішньомолекулярний по(приклади 59, 63). Вона дорівнює дозам флокулялікомплекс ПВС-ПААN. При цьому мутність нтів (чи нижча за них) по відомих способах: підготовленої (хлорованої) питної води знижується 0,75×10-3кг×м-3 для для АКК (приклад 50), 0,4×103 в 5,0 та 9,3 рази вміст залишкового алюмінію – в кг×м -3 для Magnifloc N573 (приклад 54) і 0,3×103 -3 2,2 рази, окисність зменшується в 1,4 та 1,8 рази, кг×м для Magnafloc LT-27 (аналогічно прикладу а колірність – відповідно в 1,1 та 3,0 рази. 63). По швидкості освітлення природно; води в Література: області оптимального співвідношення між коагу1. Ветцер Ю.И., Минц Д.М. Высокомолекулярлянтом та флокулянтом запропонований спосіб ные флокулянты в процессах очистки природных и перевершує відомі способи з використанням АКК сточных вод – Μ.: – Стройиздат. 1984. – С. 151та Magnifloc N573 і знаходиться на рівні із спосо153. бом підготовки води з використанням Magnafloc 2. Запольский А.К., Баран А.А. Коагулянты и LT-27. флокулянты в процессах очистки воды – Л.: ХиПідвищення густини щеплень у ПВС-ПААN, мия. 1987 – С.122-124. (від 38 до 49), а також оптимізація вмісту коагулян3. Желтоножська Т.Б., Куцевол Η.В., Мельта, флокулянта та їх співвідношення призводять і ник Н.П., Момот Л.М., Еременко Б.В., Сиромятнідо найкращих показників якості питної води при ков В.Г. Спосіб осадження суспензії. – Заявка на підготовці її запропонованим способом (табл. 4, видачу патенту № 97031458 (патент № 23743). приклади 69 і 73 у порівнянні із прикладами 66-68 та 70-72). Таким чином, при найбільшій густині Таблиця 1 Приклад 1,2 3 4 5 6 7,8 9 10* 11 12 13 14,15 16 17 18 19 20 21 22 23, 24 25 26 27 28** 29 Спосіб підготовки питної води на водопровідних станціях Показники якості питної води, підготовленої по відомих та запропонованому способах ДоДозафлоку- МутністьЗалишк. КолірОкисністьзаAl2(SO Спосіб Флокулянт лянта-103, АІ -103, 3 3 -3 3 -3 ність°Сг-Со 10 , кг×м 10 , кг×м 4)3-10 , кг×м -3 кг×м -3 шк. кг×м -3 відомий ПВС-ПАА1 і 2 0,01 2,0 9,60 32 -“10 1,5 0,18 9,20 20 запропо10 ПВС-ПАА1 0,01 1,5 0,16 8,80 20 нований -“10 ПВС-ПАА2 0,01 1,3 0,12 8,60 20 відомий 10 АКК 0,30 1,5 0,14 8,48 20 відомий ПВС-ПАА1 і 2 0,01 2,3 9,60 33 -“10 1,8 0,15 9,20 23 запропо10 ПВС-ПАА1 0,01 1,8 0,14 8,15 23 нований -“10 ПВС-ПАА1 0,01 1,8 0,30 8,26 23 -"10 П8С-ПАА2 0,01 1,5 0,12 8,40 23 -“10 ПВС-ПАА2 0,01 1,8 0,32 8,40 23 відомий ПВС-ПАА1 і 2 0,05 2,5 9,20 30 -"10 1,8 0,16 8,80 20 запропо10 ПВС-ПАА1 0,05 1,8 0,14 8,87 20 нований -"10 ПВС-ПАА2 0,05 1,5 0,12 8,92 20 відомий 10 АКК 0,05 1,5 0,12 8,76 20 відомий ПВС-ПАА2 0,1 3,0 10,2 29 -"10 1,5 0,20 8,8 21 запропо10 ПВС-ПАА2 0,1 1,5 0,18 8,0 20 нований відомий ПВС-ПАА1 і 2 0,4 2,0 10,8 30 -"запропонований -"відомий -" 10 1,7 0,18 10,3 26 10 ПВС-ПАА.1 0,4 1,3 0,12 9,8 26 10 10 П8С-ПАА2 ПВС-ПАА1 і 2 0,4 0,4 1,3 2,8 1,6 0,14 0,27 9,2 12,4 10,7 26 30 15 7 запропонований -" 30 31 29933 8 Продовження таблиці 1 10 ПВС-ПАА1 0,4 1,3 0,16 8,8 13 10 ПВС-ПАА2 0,4 1,0 0,18 8,0 13 *У прикладах 10,12 до води спочатку додають коагулянт, а за ним флокулянт; у прикладах 11,13 зворотній порядок введення добавок. ** Приклади 28-31 одержані на хлорованій воді. Таблиця 2 Спосіб підготовки питної води на водопровідних станціях Вплив концентрації низькомолекулярного електроліту (сульфат/ алюмінію) та якість питної води, підготовленої по відомих та запропонованому способах ЗаДозафМутДозахлор. ДоКолірФлокулокуляність- лишк.Al× Окисність3 Πриклад Спосіб води-10 , заАl2(SО4)з3 3 -3 ність°Сг3 3 лянт нта-10 , 10 , кг×м 10 , кг×м 10 , кг×м кг×м -3 103,кг×м -3 3 Со шк. 3 кг×м -3 × ПВС32 відомий 0,1 2,5 9,1 31 ПАА1 33 4,8 5 1,3 0,39 9,1 23 відомий 34 4,8 10 0,8 0,25 8,1 15 35 4,8 20 0,5 0,16 7,2 11 36 4,8 5 Magnaflo 0,1 0,36 8,8 20 c 37 4,8 10 0,1 0,8 0,25 7,8 15 відомий N573(Cyt 38 4,8 20 0,1 0,5 0,14 6,7 11 ec) 39 4,8 5 Magnaflo 0,1 1,3 0,32 7,2 17 cLT27(Alli 40 4,8 10 0,1 0,8 0,25 5,7 13 відомий ed 41 4,8 20 0,1 0,3 0,15 5,0 9 Colloids) 42 4,8 5 0,1 1,0 0,28 5,8 13 запропоПВС43 4,8 10 0,1 0,5 0,17 5,2 9 нований ПАА1 44 4,8 20 0,1 0 0,09 4.8 5 Приклад 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 Таблиця 3 Спосіб підготовки питної води на водопровідних станціях Швидкість освітлення природної води по відомих та запропонованому способах Доза ФлоДоза флоСтупінь освітлення води, % Спосіб Al2(SO 4)3 куку-лянтаЧерез Через Через Через -103, кг-3 лянт 103,кг×м -3 2хв 4хв 6хв 10хв 5 0,4 0 0 0 0 10 0,4 1,4 23,0 25,2 25,9 запропоПВС20 0,4 5,4 87,1 89,1 89,1 нований ПАА1 25 0,4 49,3 82,5 88,8 89,7 30 0,4 33,9 66,7 75,9 81,8 відомий 25 АКК 0,75 40,3 79,4 82,7 82,8 25 0,1 3,2 43,2 54,2 57,4 Magnif 25 0,2 18,4 65,7 69,0 69,0 loc відомий 25 0,3 14,8 72,7 77,3 77,6 N573( 25 0,4 39,9 73,3 75,8 75,8 Cytec) 25 0,5 37,4 75,9 76,4 77,2 25 0,1 4,0 42,7 75,4 75,4 25 0,2 0 57,5 79,4 81,7 запропоПВС25 0,3 13,1 68,5 81,5 83,8 нований ПАА1 25 0,4 50,9 83,3 89,5 89,9 25 0,5 6,4 35,5 64,9 74,2 25 0,1 8,2 68,8 77,0 79,8 25 0,2 2,3 26,2 62,4 71,0 запропоПВС25 0,3 60,7 82,5 85,8 86,3 нований ПАА2 25 0,4 31,0 69,0 73,9 77,3 25 0,5 67,8 77,6 78,9 78,9 9 29933 10 Таблиця 4 Спосіб підготовки питної води на водопровідних станціях Показники якості питної води, підготовленої по відомих та запропонованому способах при співвідношенні між коагулянтом та флокулянтом близькому до оптимального Залишк. КолірДоза Доза Мутність ПриФлоку 3 Al×103, Окисність ність Спосіб Вода Аl2(SО 4)з флокулянта -10 , 3 -3 клад лянт °Сг-Со кг×м -3 -10 , кг×м -103, кг×м -3 -103, кг×м -3 кг×м -3 шк. ПВС66 відомий 0,4 2,0 10,8 30 ПАА1 і 2 67 -“25 1,5 0,12 8,2 23 звичайна ПВС68 запропон. 25 0,4 1,0 0,09 8,92 23 ПАА1 ПВС69 -“25 0,4 1,0 0,08 8,0 23 ПАА2 ПВС70 відомий 25 0,4 2,8 12,4 30 ПАА1 і 2 хлорова71 -“25 1,5 0,35 9,8 11 на -3 ПВС(4×10 , 72 запропон. 25 0,4 0,8 0,14 7,2 11 ПАА1 кг×м -3 ПВС73 -“25 0,4 0,3 0,16 7,04 10 ПАА2 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул. Сім’ї Хо хлових, 15, м. Київ, 04119, Україна (044) 456 – 20 – 90