Спосіб очищення води і спосіб одержання флокулянта для його здійснення

1. Спосіб очищення води, що включає обробку останньої коагулянтом і флокулянтом, який відрі C2 1 3 сті 25,0мг/дм. Потім вводять підданий фізичній обробці флокулянт - поліакриламід (ПАА) - дозою 3 0,5-2,0мг/дм і одержану суспензію перемішують механічною мішалкою із частотою обертання 1000,0об./хв. протягом 15,0хв. Оброблену в такий спосіб стічну воду відстоюють 30,0хв. із наступним відділенням очищеної води. Ступінь очищення нафтовмісної води становить 82,0-89,0%. Досягнута ефективність очищення нафтовмісних вод обумовлена також використанням поліакриламіду, обробленого пружними коливаннями в режимі струминно-кавітаційного поля в присутності повітря. Суть способу одержання флокулянта полягає в наступному. Розчин ПАА за допомогою насоса під тиском 4,0атм. подають на вхід гідроакустичного випромінювача, при проходженні через котрий у рідині збуджується струминно-кавітаційне поле з частотою коливань 5,0кГц, інтенсивністю 2 1,5Вт/см . На виході струменя з гідроакустичного випромінювача виникає розрідження порядку 510 1 мм рт.ст. В зону розрідження подають необхідну кількість повітря. Отриманий розчин флокулянта направляють на очищення води. Нами досліджена можливість використання відомого способу очищення [2] для стічних вод міських звалищ твердих побутових відходів (сел. Пирогове), висококонцентрованих за органічними та мінеральними забруднювачами. Склад стоків міських звалищ твердих побутових відходів (МЗТПВ), що очищуються, характеризувався наступними фізико-хімічними показниками: - біхроматною окисністю, що характеризує вміст розчинених у воді органічних та мінеральних 3 речовин - ХСК, мгО/дм , (хімічне споживання кис3 ню), що становить 4000,0мгО/дм , (Лур'є Ю.Ю. Уніфіковані методи аналізу вод. - М., «Хімія», 1972р., С.261-263), [3]; - коефіцієнтом світлопропускання (А, %), що характеризує ступінь прозорості води, який становить 6,0%. При цьому прозорість води, вимірювана на приладі КФК-2 (колориметр фотоелектричний концентраційний), обумовлена вмістом різних забарвлених і завислих органічних та мінеральних речовин С.235-236, [3]. Нами була перевірена ефективність використання відомого способу [2] для очищення стоків МЗТПВ. Очищенню піддавали стоки МЗТПВ, що характеризуються показниками ХСК, 3 мгО/дм =4000,0 і коефіцієнтом світлопропускання А, % =6,0%. В ємність стоків, що очищуються, об'ємом 3 3 1,0дм вводили коагулянт у кількості 25,0мг/дм при перемішуванні протягом 1,0хв. Потім у ємність подавали дозою 1,0мг/дм ПАА, підданий кавітаційній дії, при перемішуванні протягом 15,0хв. із наступним 30-хвилинним відстоюванням. Очищена вода характеризується величиною ХСК, 3 мгО/дм =810,0. Ступінь очищення стічних вод МЗТПВ досягає: СТ(ХСК)=[(ХСКвих.-ХСКочщ.)/ХСКвих.]100%, =[(4000,0-810,0)/4000,0]100%=80,0%. Показник коефіцієнта світлопропускання (А, %) становить - 79,0% (табл.1, пр.22). За отриманими даними основним недоліком відомого способу [2] є недостатньо високий ступінь 94787 4 очищення висококонцентрованих стічних вод, що містять органічні та мінеральні речовини різної природи. В основу винаходу поставлено задачу розробити спосіб очищення води шляхом використання як коагулянта суміші солей алюмінію й заліза, а як флокулянта - азотовмісної високомолекулярної сполуки, яка характеризується наявністю в полімерному ланцюзі функціональних груп різної хімічної природи (нітрильних, карбамідних і карбоксильних), попередньо підданої фізико-хімічній обробці, що забезпечило б досягнення необхідного технічного результату - підвищення ступеня очищення висококонцентрованих стічних вод, які містять органічні та мінеральні забруднювачі різної природи. Задачею винаходу є також розробка способу одержання флокулянта, у якому послідовна обробка вихідної речовини флокулянта хімічними органічними реагентами та УЗ-дією забезпечила б підвищення його флокулюючої здатності, яка характеризується підвищеною активністю в процесі очищення стоків МЗТПВ. Для вирішення поставленої задачі запропоновано спосіб очищення води, що включає обробку останньої коагулянтом і флокулянтом, у якому, відповідно до винаходу, як коагулянт використовують сульфат алюмінію й сульфат заліза (III) при масовому співвідношенні 1:(0,5-0,8), відповідно, а як флокулянт використовують гідролізований поліакрилонітрил (ГПАН), підданий хімічній і фізичній обробці; причому коагулянт беруть у кількості 0,253 0,45г/дм (у перерахунку на суху речовину). Поставлена задача вирішується також способом одержання флокулянта, який використано в процесі очищення води. Запропоновано спосіб одержання флокулянта на основі гідролізованого поліакрилонітрилу (ГПАН), що включає фізичну обробку останнього, у якому, відповідно до винаходу, попередньо ГПАН змішують із оксикислотами аліфатичного ряду загальної формули СПН2ПО3, де п=1-3, у кількості 4,0-6,0% об. від об'єму ГПАН, і отриману суміш піддають УЗ-дії з 2 частотою 20,0-24,0кГц, потужністю 2,0-4,0Вт/см ; причому УЗ-дію на суміш ГПАН і оксикислот здійснюють протягом 1,5-3,0хв. Суть способу очищення води полягає в наступному. Проведення процесу очищення води коагулянтом - сульфатом алюмінію й сульфатом заліза (III) при масовому співвідношенні компонентів, що заявляється, у присутності флокулянта на основі ГПАН, підданого обробці оксикислотами й УЗ-дії, забезпечує високий ступінь очищення висококонцентрованих стічних вод від розчинених і завислих органічних та мінеральних речовин. Це досягається, як ми вважаємо, за рахунок більш повного протікання процесів пластівцеутворення при розширеному діапазоні рН середовища, а також за рахунок активації макромолекул ГПАН і підвищення їх флокулюючої здатності, що сприяє інтенсифікації процесів сорбційної взаємодії компонентів суспензій і ефективному освітленню води, що очищається. Таким чином, сукупність суттєвих ознак способу очищення води, що заявляється, а також спо 5 собу одержання флокулянта для його здійснення є необхідною й достатньою для досягнення забезпечуваного винаходом технічного результату підвищення ступеня очищення висококонцентрованих стічних вод від розчинених і завислих органічних та мінеральних речовин за показниками ХСК до 86,0-92,0% і за досягненням величини коефіцієнта світлопропускання до 88,0-94,0%. Спосіб реалізується наступним чином. Очищенню піддають стічні води міських звалищ твердих побутових відходів (МЗТПВ) зі шламонакопичувача сел. Пирогове з наступними фізико-хімічними показниками: 3 - біхроматною окисністю (ХСК, мгО/дм ) 3800-4000; - коефіцієнтом світлопропускання (А, %) - 4,06,0. Технологія очищення стоків МЗТПВ полягає в їх обробці запропонованим складом коагулянту й освітлюванні за допомогою флокулянта, одержаного при модифікуванні вихідної сполуки ГПАНу добавками оксикислот та УЗ-дією. У реактор-змішувач завантажують певну кількість стоків МЗТПВ і при перемішуванні протягом 3,0-6,0хв. виконують обробку останніх коагулянтом, за який використовують суміш сульфату алюмінію й сульфату заліза (III) при масовому співвідношенні 1:(0,5-0,8), відповідно в кількості 3 0,25-0,45г/дм (у перерахунку на суху речовину). Для одержання флокулянта в активатор вводять вихідну сполуку ГПАН та оксикислоти аліфатичного ряду загальної формули СПН2ПО3, де п=1-3, у кількості 4,0-6,0% об. від об'єму ГПАНу. Отриману суміш піддають УЗ-дії з частотою 20,0-24,0кГц, 2 потужністю 2,0-4,0Вт/см на приладі УЗДН-1 протягом 1,5-3,0хв. Підготовлений у такий спосіб розчин 3 3 флокулянта в кількості 0,5-2,0см /дм вводять у вихідну воду, оброблену коагулянтом, і здійснюють перемішування протягом 20,0-25,0хв. Потім проводять відділення очищеної води від осаду шляхом фільтрації або центрифугування. Ступінь очищення стічних вод міських звалищ твердих побутових відходів (МЗТПВ) від розчинених і завислих органічних та мінеральних речовин 3 визначають за зниженням значень ХСК, мгО/дм , і розраховують з виразу: СТ(ХСК) =[(ХСКвих.-ХСКочщ.)/ХСКвих.]100%, де ХСКвих - значення біхроматної окисності ви3 хідних стоків, мгО/дм ; ХСКочщ. - значення біхроматної окисності очи3 щених стоків, мгО/дм . Показник коефіцієнта світлопропускання (А, %), що характеризує ступінь прозорості води, визначають на приладі КФК-2. Характеристика використаних реагентів. 1. Сульфат алюмінію Al2(SO4)318H2O, (ГОСТ 3758-75). 2. Сульфат заліза Fe2(SO4)39H2O, (ГОСТ 6198-75). 3. Гідролізований поліакрилонітрил, (ГПАН), 15,0% водний розчин (МРТУ-01-166-67). 4. Оксикислоти аліфатичного ряду: - оксимурашина, СН2О3 (ТУ 07-807-76), - гліколева, С2Н4О3, (ТУ 10-1204-76), - молочна, С3Н6О3, (ТУ 09-3373-75). 94787 6 Приклад виконання за винаходом. Очищенню піддають висококонцентровану стічну воду МЗТПВ з наступними показниками: біхроматна окисність (ХСК) становить 3 4000,0мгО/дм , коефіцієнт світлопропускання (А) дорівнює 6,0%. Як коагулянт використовують суміш сульфату 3 алюмінію в кількості 0,167г/дм та сульфату заліза 3 (III) у кількості 0,083г/дм (у перерахунку на суху речовину), що відповідає співвідношенню 1:0,5, відповідно. Загальна кількість солей, що вводять3 ся, дорівнює 0,25г/дм . Для приготування флокулянта використовують гідролізований поліакрилонітрил (ГПАН). Беруть 3 3 100,0см розчину ГПАН, змішують із 4,0см (4,0% від об'єму ГПАН) оксимурашиної кислоти - СН2О3, і отриману суміш піддають УЗ-дії з частотою 2 20,0кГц, потужністю 2,0Вт/см протягом 1,5хв. Умови одержання флокулянта наведені в табл.2, пр.1. 3 Стічні води МЗТПВ в кількості 1,0дм завантажують у реактор-змішувач, обладнаний мішалкою, вводять коагулянт - суміш сульфату алюмінію й 3 сульфату заліза (III) у кількості 0,25г/дм при перемішуванні протягом 3,0хв. Потім вводять розчин 3 3 отриманого флокулянта в кількості 1,0см /дм при наступному перемішуванні протягом 20,0хв. Відділення очищеної води від осаду проводять шляхом фільтрації. Величина біхроматної окисності фільтрату при 3 цьому становить 560,0мгО/дм . Ступінь очищення стоків від розчинених органічних та мінеральних речовин [СТ(ХСК)] при цьому досягає: СТ(ХСК) =[(4000,0-560,0)/4000,0]100%=86,0%. Ступінь очищення стоків від завислих органічних та мінеральних речовин, що характеризується величиною коефіцієнта світлопропускання (А), дорівнює 88,0%. Дані з ефективності очищення представлені в табл. 1, пр. 1. Аналогічно прикладу виконання за винаходом були проведені досліди з очищення стоків МЗТПВ з використанням коагулянту при співвідношеннях його компонентів, у кількостях, які знаходяться як у заявленому діапазоні, так і в позамежних його значеннях. При цьому використовували флокулянт на основі ГПАН, підданий хімічній обробці (оксикислотами) і фізичній (УЗ-дії). Оксикислоти використовували заявленого складу у різних кількостях як із заявленного інтервалу, так і за його межами. УЗдію на суміш ГПАН - оксикислота здійснювали при різних параметрах процесу - як у заявленому діапазоні, так і при значеннях поза його межами. Встановлено, що використання коагулянту, який заявляється, (сульфат алюмінію й сульфат заліза (III)), його кількість і співвідношення між солями, а також застосування флокулянта, отриманого запропонованим способом шляхом змішування ГПАН з оксикислотами й обробки суміші в заданому режимі УЗ-дії, забезпечує підвищення ступеня очищення стоків МЗТПВ від розчинених і завислих органічних та мінеральних речовин (табл.1, пр.1-12). Використання коагулянту при співвідношенні сульфату алюмінію й сульфату заліза (III) нижче 7 94787 того, що заявляється, наприклад, 1:0,4, тобто, при підвищеному вмісті в суміші сульфату алюмінію, призводить до зниження ступеня очищення води й прозорості обробленої води, що підтверджується даними, представленими в табл.1, пр.13. Зміна співвідношення сульфату алюмінію й сульфату заліза (III) у складі коагулянту, вище заявленої межі, наприклад, 1:0,9, тобто, підвищення вмісту в суміші сульфату заліза, сприяє утворенню дрібних важкоосаджуваних пластівців, що проявляється потім в низьких показниках очищення (СТ(ХСК)), А, %), (табл. 1, пр.14). При позамежному зменшенні загальної кількості коагулянту, що вводиться в стічні води МЗТПВ, наприклад, 0,20г/дм , спостерігається погіршення якості очищення води (табл.1, пр.15). Позамежне збільшення вмісту коагулянту, що вводиться в стічні води МЗТПВ, наприклад, 0,50 3 г/дм , також призводить до зниження показників очищення стоків, погіршення процесу освітлення за рахунок, як ми вважаємо, утворення глобулярної структури полімерної складової (табл.1, пр.16). Обробка сполуки ГПАН оксикислотами ряду, що заявляється, СПН2ПО3, де п=1-3, забезпечує високу флокулюючу здатність у присутності коагулянту (солей алюмінію й заліза (III)). При використанні оксикислоти з (п) більше (3), наприклад, (п=4), тобто оксимасляної кислоти, (табл.2, пр.16) відбувається зниження активності полімерних сегментів макромолекул ГПАН і порушення їх конформаційної здатності, що призводить до зниження показників очищення води (табл.1, пр.17). При позамежному зменшенні кількості оксикислоти, наприклад, 3,0% об. від об'єму ГПАН, (табл.2, пр.2) відбувається зниження ефективності очищення стічної води: зниження ступеня очищення й прозорості води, яка очищується. Це обумовлено, як ми вважаємо, тим, що в процесі наступної УЗ-дії на суміш ГПАН з кислотою відбувається деструкція макромолекул ГПАН (табл.1, пр.18). Позамежне збільшення кількості оксикислоти, наприклад, 7,0% об. від об'єму ГПАН, (табл.2, 8 пр.13) також призводить до зниження якості очищення води, що пов'язане з дезактивацією функціональних груп ГПАН (табл.1, пр.19). Важливим моментом у процесі одержання ефективного флокулянта на основі суміші ГПАН з оксикислотами аліфатичного ряду є його УЗобробка в режимі, котрий заявляється. При УЗ-дії на вихідну сполуку флокулянта з параметрами нижче величин, що заявляються (потужність 2 1,0Вт/см , час -1хв., частота - 18кГц), (табл.2, пр.14) відбувається зниження показників очищення стоків МЗТПВ, очевидно за рахунок зменшення рівня розкриття глобул макромолекул ГПАН і зниження їх сорбційної активності (табл.1, пр.20). При УЗ-дії на вихідну сполуку флокулянта з параметрами, що вище величин, які заявляються 2 (потужність 5,0Вт/см , час - 4,0хв., частота -26кГц), (табл.2, пр.15) відбувається деструкція макромолекул ГПАН, що призводить до погіршення показників очищення стоків МЗТПВ (табл.1, пр.21). Перевага запропонованих способу очищення води й способу одержання флокулянта для його здійснення, у порівнянні з відомими (2), полягає в досягненні підвищених показників очищення висококонцентрованих стічних вод від розчинених і завислих органічних та мінеральних речовин. Ступінь очищення води від розчинених органічних та мінеральних речовин підвищується з 80,0% до 86,0-92,0% тобто на 6,0-12,0%. Ступінь очищення від забарвлених і завислих органічних та мінеральних речовин характеризується коефіцієнтом світлопропускання (А, %), який досягає значень 88,0-94,0%, що на 9,0-15,0% перевищує показники відомого способу (79,0%). Перевагою запропонованого способу очищення стоків міських звалищ твердих побутових відходів (МЗТПВ), є можливість застосування недефіцитних речовин, а також доцільність використання одержуваного осаду у виробництві будівельних матеріалів. Таблиця 1 Очищення води № 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Коагулянт Флокулянт 3+ суміш сульфату Аl і отримання, загальна кількість кількість, 3+ сульфату Fe - (III), табл.2 3 3 3 коагулянта, г/дм см /дм мас. співвідношен. № прикладу 2 3 4 5 за винаходом 1:0,5 0,25 1,0 №2 1:0,7 0,25 1,0 №2 1:0,8 0,25 1,0 №2 1:0,5 0,45 1,0 №2 1:0,8 0,45 1,0 №2 1:0,7 0,35 1,0 №5 1:0,7 0,35 1,0 №7 1:0,7 0,35 1,5 №8 1:0,7 0,35 1,5 №9 Показники ступінь очи- коеф. свіщення, тло-проп., СТ(ХСК), % А, % 6 7 86,0 87,0 88,0 90,0 91,0 88,0 87,0 89,0 92,0 88,0 89,0 89,0 91,0 93,0 90,0 90,0 91,0 92,0 9 94787 10 Продовження таблиці 1 10 11 12 1:0,7 1:0,7 1:0,7 13 14 15 16 17 18 19 20 21 1:0,4 1:0,9 1:0,7 1:0,7 1:0,7 1:0,7 1:0,7 1:0,7 1:0,7 22 0,35 0,35 0,35 2,0 2,0 0,5 позамежні значення 0,35 2,0 0,35 2,0 0,20 2,0 0,50 2,0 0,25 1,0 0,35 2,0 0,35 2,0 0,35 2,0 0,35 2,0 за способом (2) 3+ сульфат Аl -0,25 ПАА-2,0 №10 №11 №2 91,0 92,0 87,0 93,0 94,0 88,0 №2 №2 №2 №2 №16 №12 №13 №14 №15 82,0 80,0 79,0 81,0 78,0 79,0 81,0 76,0 80,0 83,0 82,0 81,0 83,0 80,0 76,0 80,0 74,0 78,0 80,0 79,0 Таблиця 2 № п/п 1 Найменування та формула оксикислоти 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Оксимурашина, СН2О3 -“-“-“-“-“-“Гліколева, С2Н4О3 -“Молочна, С3Н6Оз -“ 12 13 14 15 16 Оксимурашина, СН2О3 -“-“-“Оксимасляна, С4Н8О3 Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко Умови отримання флокулянта УЗ-обробка суміші, ГПАН та оксикислоти Кількість оксикислоти від ГПАНу, % Потужність, Частота, кГц Час, хв. 2 об. Вт/см 3 4 5 6 за винаходом 4,0 2,0 20,0 1,5 5,0 2,0 20,0 1,5 6,0 2,0 20,0 1,5 4,0 3,0 22,0 2,0 4,0 4,0 22,0 2,0 6,0 3,0 24,0 3,0 6,0 4,0 24,0 3,0 4,0 2,0 20,0 1,5 6,0 4,0 24,0 3,0 4,0 2,0 20,0 1,5 6,0 4,0 24,0 3,0 позамежні значення 3,0 2,0 20,0 1,5 7,0 4,0 24,0 3,0 4,0 1,0 18,0 1,0 4,0 5,0 26,0 4,0 5,0 2,0 20,0 1,5 Підписне Тираж 24 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