Спосіб очистки природних та стічних вод і композиція для очистки природних та стічних вод

1 Спосіб очистки природних та стічних вод шляхом введення композиції для їх очищення, що включає органічний флокулянт та неорганічний коагулянт, що містить сульфат алюмінію, з наступним змішуванням, відстоюванням та відокремленням осаду, що утворився, який відрізняється тим, що коагулянт включає, мас % Суміш АІ(ОН)пСІ(бп). Д е п = 2 - 5, та AI2(SO4)3 в перерахунку на АЬОз де співвідношення АІ(ОН)пСІ(6п) та AI2(SO4)3 складає 40 - 95 та 60 - 5 FeCI 3 *6H 2 O Na 2 Si0 3 НСІ (концентрована) як флокулянт використовують високомолекулярний флокулянт, наприклад на основі поліакриламіду Н2О дистильована 3-9, 0,05-0,5, 1*106-5*101, 2-9, 0,001 - 0,004, Решта 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що композиція може бути двокомпонентною, при цьому перший компонент містить пдроксохлорид алюмінію та сульфат алюмінію у вигляді суміші АІ(ОН)ПСІ(6 п), де п = 2-5, та AI2(SO4)3, хлорне залізо у вигляді FeCb 6H2O, концентровану соляну кислоту, а другий компонент - суміш органічного високомолекулярного флокулянта та силікату натрію 3 Спосіб за пп 1 та 2, який відрізняється тим, що спочатку вводять перший компонент, а потім другий компонент 4 Спосіб за пп 1 та 2, який відрізняється тим, що компоненти вводять з інтервалом 2-10 хв 5 Спосіб за пп 1 та 2, який відрізняється тим, що перший та другий компоненти змішують з водою в масовому співвідношенні (0,2-0,9) (0,8-0,1) 6 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що після внесення композиції виконують перемішування води в інтервалі 1-Зхв 7 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що після перемішування суспензію відстоюють в інтервалі 2-10 год 8 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що відокремлення очищеної води від осаду виконують шляхом зливання та наступної фільтрації, наприклад, через фільтруючу тканину або насипні фільтри 9 Композиція ДЛЯ ОЧИСТКИ природних та стічних вод, що включає органічний флокулянт та неорганічний коагулянт, що містить сульфат алюмінію, яка відрізняється тим, що вона додатково містить пдроксохлорид алюмінію та сульфат алюмінію у вигляді суміші АІ(ОН)пСІ(б п ), де п = 2-5, та AI2(SO4)3, хлорне залізо у вигляді FeCb 6H2O, концентровану соляну кислоту, силікат натрію та органічний високомолекулярний флокулянт, наприклад на основі поліакриламіду, при наступному співвідношенні компонентів коагулянта та флокулянта, мас % Суміш АІ(ОН)пСІ(б п), де п = 2 - 5, та AI2(SO4)3 в перерахунку на АІ2Оз де співвідношення АІ(ОН)пСІ(6п)та AI2(SO4)3 складає 40 - 95 та 60 - 5 FeCI 3 *6H 2 O Na 2 Si0 3 НСІ (концентрована) Флокулянт високомолекулярний, наприклад на основі поліакриламіду Н2О дистильована 3-9, 0,05-0,5, 1*106-5*101, 2-9, 0,001 0,004, Решта ю C O О о ю 50035 Винахід відноситься до способу та композицій, які можуть бути використані для обробки природних вод, для отримання якісної води з поверхневих та підземних джерел, для доочистки води з водопровідної мережі, а також при очистці стічних вод ВІДОМІ способи очистки природних вод від розчинних та дисперсних домішок за допомогою неорганічних коагулянтів, органічних високомолекулярних флокулянтів та їх сумішей [1] Недоліками таких способів та композицій є недостатньо глибока очистка природних вод від розчинних та дисперсних гумусових речовин (які обумовлюють колірність природних вод), глинистих мінералів, а також недостатнє зменшення КІЛЬКОСТІ залишкового алюмінію в очищеній воді Відома композиція для очищення стічних вод за допомогою суміші коагулянтів та флокулянтів в присутності буферуючої домішки, і яка включає з'єднання металів, катіонний поліелектроліт, також карбонати та гідрокарбонати натрію, або ацетат натрію та оцтову кислоту, або пдрофталат калію та соляну кислоту, або триетаноламш та соляну кислоту чи пдрофосфат та діпдрофосфат натрію [2] При обробці стічних вод різної природи та походження вказаною сумішшю можна забезпечити достатню швидкість розділення фаз в системах, що і є метою даного винаходу Проте використання даної суміші не може забезпечити потрібне (як того вимагає ГОСТ 2874 82) очищення природних вод від розчинних та нерозчинних домішок, оскільки включає довільний набір коагулянтів Серед них є ті, наприклад, сульфати кальцію та магнію, сульфати заліза, тощо, що при гідролізі формують частинки з поверхнею, недостатньою, малою, для виведення в осад природних колірних домішок та дисперсних мінералів Крім того, така суміш буде малоефективною при низьких температурах, величина залишкового алюмінію не може бути суттєво знижена Найбільш близьким до запропонованого по технічний суті та результату, що досягається, є спосіб очищення природних вод від речовин, що може використовуватись для одержання якісної питної води на водопровідних станціях, а також для очистки промислових оборотних та стічних вод [3] Спосіб реалізується при спільному використанні неорганічного коагулянту - сульфату алюмінію та двокомпонентного неюногенного флокулянту - суміші ХІМІЧНО комплементарних ПОЛІВІНІЛОВОГО спирту з поліакріламідом з послідуючим відстоюванням та відокремленням осаду Застосування цього способу з вищеназваними коагулянтом та флокулянтом при очистці річкової води дозволило значно підвищити швидкість розділення фаз в водних дисперсіях, покращити параметри очищеної води Проте величини мутності та кольоровості очищеної води не завжди були достатньо низькими Так мінімальна величина кольоровості досягла 12 - ІЗград , мінімальна мутність 0,5 - 0,7мг/дм3 Величину залишкового алюмінію також не вдалося знизити більш ніж до 0,1мг/л Недоліком цього способу, з використанням вищеназваних коагулян та та флокулянта, можна вважати і необхідність перемішування системи після додавання до неї реагентів протягом 25 хвилин (5 хвилин - після внесення коагулянту та ще 20 хвилин - після внесення до очищуваної води флокулянту) Такий термін перемішування дає позитивні результати, проте він не завжди може бути реалізований в умовах водопровідних станцій, а також в домашніх умовах, при доочистці водопровідної води В основу даного винаходу поставлено задача досягти високої якості очищення природних вод від розчинних кольорових та дисперсних домішок, суттєво знизити величину залишкового алюмінію, підвищити швидкість розділення фаз в очищуваній воді, в тому числі при низьких температурах, в умовах звичайного (протягом 1 - 3 хвилин) перемішування, а також зробити воду біологічно активною та більш повноцінною Ця задача вирішується, якщо використовувати композицію та спосіб, що заявляються, як в умовах виробництва, а також в домашніх умовах для доочищення водопровідної води Крім цього, ставилося завдання зробити можливим використання запропонованих композицій та способу для очищення промислових та побутових стічних вод Поставлена задача вирішується шляхом використання композиції для очистки природних та стічних вод, включаючої органічний флокулянт та неорганічний коагулянт, що має сульфат алюмінію, яка додатково містить пдроксохлорид алюмінію та сульфат алюмінію у вигляді суміші Al (OH) n СІ (бп), де п = 2-5, та АІ2 (ЭО^з, хлорне залізо у вигляді FeCb * 6Н2О, концентровану соляну кислоту, силікат натрію та органічний флокулянт, наприклад на основі поліакріламіду, при наступному співвідношенні компонентів коагулянта та флокулянта, мас % Суміш АІ(ОН)пСІ(б п), де п = 2 - 5, та Ab(SO4)3 в перерахунку на АЬОз де співвідношення АІ(ОН)пСІ( 6п )та AI2(SO4)3 складає 40 - 95 та 60 - 5 3-9, FeCI 3 *6H 2 O 0,05-0,5, Na 2 Si0 3 1*106-5*101, НСІ (концентрована) 2-9, Флокулянт в и со ко молекулярний, наприклад на основі 0,001 поліакриламіду 0,004, Н2О дистильована Решта Спосіб очистки природних та стічних вод включає введення запропонованої композиції для їх очистки з послідуючим змішуванням, відстоюванням та відокремленням осаду При цьому запропонований спосіб, відрізняється тим, що запропонована композиція може бути двокомпонентною, при цьому перший компонент містить пдроксохлорид алюмінію та сульфат алюмінію у вигляді суміші АІ (ОН) п СІ (є п ), де п = 2 - 5, та АІ2 (SO4)3, хлорне залізо у вигляді Fe CI3 * 6Н2О, концентровану соляну кислоту, а другий компонент суміш органічного високомолекулярного флокулянта та сілікату натрію, спочатку вводять перший компонент, а потім другий компонент, 50035 лин, компоненти вносять з інтервалом 2 - 1 0 хви перший та другий компонента змішують з водою в масовому співвідношенні (0,2 - 0,9) (0,8 0,1), після внесення композиції роблять перемішування води в інтервалі 1-3 хвилини, після перемішування суспензію відстоюють в інтервалі 2-10 годин, відокремлення очищеної води від осаду роблять шляхом зливання та наступної фільтрації, наприклад, через фільтруючу тканину або насипні фільтри Винахід включає приклади конкретного виконання з наведенням значень найважливіших характеристик якості питних та стічних вод, а також швидкості осадження утвореного осаду Оскільки винахід було призначено для очистки природних та стічних вод, далі будуть розглянуті приклади використання винаходу на природних (в тому числі попередньо очищених на водопроводах), а також стічних водах Для порівняння ефективності дії композиції згідно з відомими та запропонованими способами була використана вода, яка отримана після очистки на Дніпровському водопроводі міста Києва, з такими середніми показниками мутність 1,5мг/дмз, колірність (за біхроматно кобальтовою шкалою) 18град, залишковий алюміній 0,45мг/дм лужність 3,5мг-екв/дм рН 8,3, температура води під час експерименту складала 20 - 22°С Для отримання порівняльної характеристики ефективності очистки води за відомими та запропонованими способами та композиціями використовували загальновідомий метод пробної коагуляції Суть його полягає в наступному В 10 однакових циліндричних стаканах ємкістю 1дм3, заливають очищену воду в КІЛЬКОСТІ 0,8ДМ 3 , в кожну з них додають певну КІЛЬКІСТЬ коагулянту (чи коагулюючої суміші), флокулянту (чи флокулюючої суміші) Після додавання кожного компоненту воду перемішують певний час (3 хвилини, якщо не наводиться додатково інший проміжок часу) зі швидкістю 8 0 - 1 0 0 об/хвилину Через дві години відстоювання системи проводили заміри оптичної густини очищеної води при довжині хвилі 340 та 540нм Для цього досліджувану рідину переливали в кварцову кювету довжиною 80 мм На основі отриманих даних проводили розрахунки величин мутності та колірності (методики вимірів розрахунків згідно ГОСТ 3351 - 74) Величину залишкового алюмінію у вихідний та очищеній воді визначали згідно ГОСТ 1 8 1 6 5 - 8 9 В усіх серіях ДОСЛІДІВ паралельно у додатковому стакані визначали параметри вихідної води Згідно З прототипом очищення води від розчинних та нерозчинних домішок здійснюють за допомогою сульфату алюмінію або оксихлориду алюмінію або послідовно сульфатом алюмінію та сумішшю ПОЛІВІНІЛОВОГО спирту (ПВС) з поліакриламідом (ПАА) Згідно З винаходом в якості коагулюючої добавки використовують суміш оксихлориду та сульфату алюмінію з хлоридом заліза у наведеному вище співвідношенні (перший компонент композиції) В якості флокулюючої добавки використовують суміш високомолекулярного флокулянту (наприклад "Праестол 650ВС" ТУ 2216-001-4091017298 фірми Штокхаузен) з силікатом натрію в зазначеному вище співвідношенні (другий компонент композиції) Дози коагулянтів у запропонованій композиції, наведені в таблицях, являють собою сумарну дозу всіх коагулянтів, що входять до заявленої композиції В таблиці 1 наведені конкретні приклади очищення питної води ВІДПОВІДНО відомому та запропонованому рішенням Для випадку однокомпонентної композиції при таких умовах випробувань ЗМІНІ коагулянту - використанні сульфату алюмінію (СА) (приклади 1 - 5) та оксихлориду алюмінію ОХА (приклади 1 - 10) та відомої флокулюючої добавки (приклади 26 - ЗО), ЗМІНІ співвідношення ОХА СА в запропонованій коагулюючій добавці (95 5 - приклади 11 - 15, 80 - 20 - приклади 16-20, та 40 60 - приклади 21 -25) В усіх серіях прикладів використовувався ряд доз коагулянта (коагулюючої композиції), а також, де вказано, ряд доз флокулянтів (флокулюючих композицій) Сукупність суттєвих ознак запропонованого способу очистки води використання суміші солей алюмінію та заліза в певних співвідношеннях (1 компонент), в тому числі домінуючої концентрації ОХА, разом з флокулюючою добавкою (2 компонент) дозволяє значно покращити всі проаналізовані показники води (колірність, мутність, величину залишкового алюмінію) Це вигідно відрізняє заявлене технічне рішення від відомих використання лише сульфату алюмінію (приклади 1 - 5), чи оксихлориду алюмінію ( приклади 6 - 10), що є складовими коагулюючого компоненту запропонованої композиції, або композиції згідно з прототипом (приклади 26 - ЗО) При цьому слід відзначити, що підвищення ефективності очищення води за допомогою заявленої однокомпонентної композиції має місце у всьому заявленому інтервалі співвідношенні ОХА СА в коагулюючому компоненті композиції (приклади 11 - 25), але найбільш ефективними виявилися композиції із співвідношенням ОХА СА, рівним 95 5 та 80 20 ( приклади 11 20) Тобто при підвищені вмісту СА в коагулюючому компоненті (за рахунок ОХА) ефективність видалення з води розчинних (кольорових) завислих домішок дещо зменшується Зазначимо, що значне підвищення ефективності очищення води в запропонованому технічному рішенні в порівнянні з відомим, від розчинних та нерозчинних домішок має місце в усьому заявленому інтервалі співвідношень ОХА СА = 4 0 - 9 5 60 - 5 (таблиця 1, приклади 11 - 25 в порівнянні з прикладами 26 - ЗО) Нами проведено досліди використання заявленого способу (однокомпонентної композиції) в області за межами заявленої (співвідношення ОХА СА = ЗО - 70, останнє згідно з прикладом 18) Були отримані такі результати 50035 для очищеної води колірність - 15 град, мутність 1,1мг/дм3, залишковий алюміній - 1,1мг/дм3 Дані при співвідношенні ОХА СА = 97 3, колірність 14град , мутність 1,0мг/дм3, залишковий алюміній 1,0мг/дм3 Тобто в області за межами заявленого рішення ефективність очищення води навіть нижче, ніж в разі прототипу (приклад 26, таблиця 1) Ще більш ефективної дії запропонованої композиції можна досягти при використанні и як двокомпонентну, спочатку вводиться перший компонент (коагулюючий), потім другий компонент (флокулюючий) Згідно З даними таблиці 2, де вказані характеристики якості очищеної води, в усіх випадках як при дозі коагулянту (чи коагулюючої частини композиції) 5мг/дм (приклади 31 - 40), так і при дозі її 10мг/дм3 (приклади 41 - 50) має місце значна перевага запропонованого способу (приклади 36 - 40 та 46 - 50) в порівнянні з відомим (приклади 31 - 35 та 41 - 45) Так, колірність очищуваної води знижується в 2 - 5 разів, мутність у 2 - 6 разів, у 3 - 5 разів знижується величина залишкового алюмінію Слід зазначити, що в деяких випадках при використанні зазначеної композиції величини колірності, мутності, а також залишкового алюмінію знижувались практично до нуля Така висока ефективність очистки води має місце при використанні заявленої композиції та піддержані інтервалу доз високомолекулярного флокулянту в заявлених межах (приклади 36 - 40 та 46 - 50 таблиці 2) В області більш низьких доз флокулянту (наприклад 0,008мг/дм3, чи 0,0008%, як наведено у формулі) мають місце такі показники очищуваної води колірність 18град, мутність 1,05мг/дм3, залишковий алюміній 0,27мг/дм3 Це нижче, ніж при використанні прототипу (приклади 41 - 45 таблиці 2) При дозах флокулянту вище, ніж в заявленому інтервалі (0,5мг/дм , чи 0,05%, згідно формули) також має місце зниження ефективності очищення води мутність 1,1мг/дм3, колірність 15град, залишковий алюміній 0,35мг/дм3 Це свідчить про менш ефективну очистку, ніж дано в прототипі (приклади 35 та 45, таблиця 2) Заявлений проміжок часу між внесенням в очищувану воду (в разі двокомпонентної композиції) коагулюючого та флокулюючого компонентів 2 - 10 хвилин Згідно З даними таблиці 3 при підвищені інтервалу цього часу від 0 до 5 хвилин має місце зростання ефективності очищення води (приклади від 51 до 56 ), після чого величини параметрів, що контролюються, суттєво не змінюються (приклади 57 - 58) Ця закономірність має місце як для відомої композиції (приклади 51, 53, 55, 57), так і для запропонованої композиції (приклади 52, 54, 56, 58) Але, як видно при співставленні величин колірності, мутності та залишкового алюмінію, в останньому випадку, тобто для запропонованого способу, глибина очистки води в 3 - 7 разів вища В таблиці 4 наведено порівняльні дані якості доочищеної водопровідної води при застосуванні однокомпонентної та двокомпонентної заявленої композиції (приклади 59 - 67), що використовувались згідно з заявленим способом Як видно з наведених даних, використання композиції при до 8 очищенні води забезпечує вельми ефективне зниження запаху, смаку, кольоровості, мутності, КІЛЬКОСТІ сухого залишку, ряду катіонів та аніонів В деяких випадках дія одно - та двокомпонентної композиції майже однакова (приклади 59, 60, 61, 64, 65) В інших випадках ефективність двокомпонентної композиції перевищує таку для однокомпонентної (приклади 62, 63, 66, 67) Це стосується показників сухого залишку, мутності, залишкового алюмінію та заліза Тобто на основі сумарного аналізу цих даних можна зробити висновок про більшу ефективність двокомпонентної композиції при доочищенні води Характеристика порівняльної дії запропонованої композиції (одно- та двокомпонентної) по відношенню до домішок води в умовах й додаткового навантаження по ряду елементів наведена в таблиці 5 Навантаження по МІДІ та цинку перевищувало гранично допустиме в 3 рази, по алюмінію - в 5 разів, по нікелю та фтору - в 10 разів, по толуолу - в ЗО разів та по Н-гептану - в 300 разів Дані про ефективність дії одно -та двокомпонентної композиції відрізняються однокомпонентна композиція не очищає воду від ІОНІВ МІДІ дещо менше від двокомпонентної очищає воду від алюмінію (порівняно 92 та 94%), фтору (58,4 та 66,7%), Н-гептану (87,4 та 94%) Ефективність дії композицій по відношенню до нікелю однакова (10%) Очищення води від толуолу більш ефективне в разі однокомпонентної композиції Дані таблиці 6 вказують на більш ефективну дію заявленого рішення (приклади 83 та 84) при очистці води від мікроорганізмів, ніж відомого (приклад 82) Загальне мікробне число (ЗМЧ) у відомому рішенні знижується лише на 48%, в той час як у запропонованому, при використанні одно та двокомпонентної композиції, величини ЗМЧ зменшуються на 65 та 85% Створена композиція за своїми характеристиками має досить широкий спектр дії і може використовуватись при очищенні та доочищенні не тільки питної води, що характеризується низькою мутністю та колірністью, але й стічних вод В таблиці 7 наведені дані (приклади 85 - 100), згідно з якими ефективність заявленої композиції вище, НІЖ ВІДОМИХ Додатково за допомогою фізичних методів було проведено заміри біоенергетичних властивостей води, очищеної з використанням заявленої композиції Отримані результати наведені в таблиці 8 Як видно (приклад 101), вихідна водопровідна вода має від'ємну біоенергетичну властивість, що може негативно позначитись на здоров'ї населення При використанні для очищення цієї води однокомпонентної композиції ( але без введення сульфату алюмінію та кремнію, приклад 102 ) було отримано воду з нейтральною (нульовою) біоенергетичною властивістю Ця ж композиція, але із введенням сульфату алюмінію, приклад 103, робить очищену воду біоенергетично позитивною (+) Використання повної композиції, тобто з додаванням сульфату алюмінію та кремнію (приклад 104), ще більш підвищує позитивну біоенергетику очищеної води Використання такої води позитивно впливає на процеси обміну речовин та нормалізує 50035 роботу організму в цілому Запропоновані спосіб очистки природних та стічних вод та композиція для очистки природних та стічних вод мають такі переваги по відношенню до прототипу забезпечили очищення природної та стічних вод, при цьому досягнуто збільшення глибини очистки води від розчинних та дисперсних домішок, а також відокремлення твердої та рідкої фаз, використання даної композиції забезпечує значне зниження величини залишкового алюмінію в очищеній воді, забезпечили очистку води в широкому діапазоні концентрацій розчинних та дисперсних домішок в залежності від ступеню забрудненості води, особливо в разі використання двокомпонентної композиції, забезпечили перехід флокулянту, що входить до складу композиції, в осад продуктів гідролізу коагулянтів та повне вилучення флокулянту з очищуваної води, запропонована композиція може бути використана як при одночасному, так і при послідовному її внесені в очищувану воду, домішки сульфату алюмінію та солів заліза забезпечують значно більшу швидкість осадження домішок в очищуваній воді, використання двокомпонентної композиції дозволяє регулювати час між подачею першого та другого компонентів, домішки кремнію в сукупності з сульфатом алюмінію значно підвищують біоенергетичні властивості очищеної води Джерела інформації 1 Запольский А К, Баран А А «Коагулянты и флокулянты в процессах очистки воды» - Л Химия, 1987 -С 122-124 2 Мельникова Н Б (RU) «Состав для обработки промышленных и бытовых сточных вод» (патент RU № 2114068 по М кл б C032F1/56) 3 Желтоножська Т Б (UA), Момот Л М (UA), Куцевол Н В (UA), Сиромятніков В Г (UA), Демченко В Л (UA), Оленченко В М (UA) Спосіб очищення природних вод від завислих речовин (патент UА № 17814 по М кл 6 C02F1/52) 10 сгсікн пості води ячищеноїзадопомогоювідоммЕтг {однокомпонентні колінозітія) способів і ~ 1 ) 2 3 1 5 S 1 ї9 й И 12 13 11 Iе 16 17 ч 20 2 1 2 2 2 4 16 2! Ззпропо нова ний Ззпропо HOBS ний ста л СА з 5 1 0 20 ЗО ОХА 3 5 10 20 ЗО їй. ЮУ.А СА) аого Запрано нова кия Відомий 1о txjaq (ОХА СА) 40 60 ЇЙ 0,45 0,50 0,38 0 42 0 53 18 36 15 13 14 L30 1,15 095 1,05 1 іО 0,33 0,35 0,39 0,25 0 27 4,0 7,0 5,0 20 i,s 0Й0 0,40 0 30 0.!5 0,07 0,15 009 0,06 0 03 «0 70 50 30 3,0 10 80 8,0 5,0 4,0 0 80 0,40 025 0,15 0,08 01 ОД 0,3 0,4 05 14 12 ІЗ 11 11 100 0,70 0,65 0,40 0,33 •рад иоза мгівм' ft 1 5 10 20 30 biSAut, 2а. 1 5 10 20 30 0,03 0,05 0,10 0 20 0,30 20. 1 3 S 10 20 30 І0 І0 10 10 СА !,40 1,50 1,30 1,15 1,20 0 0ї 0,05 0,10 0,20 0,30 1 ССЛО5 (ОХА СА) «5 7 £8 IS S7 16 16 0 03 0 05 0,10 0,20 0,30 тин і Відомий Зилншко вий АІ ІІОІфїНСТІ, Флокулянт ТІШ Відомий Мугиють Коагулянт С посіп ПВС+ ПАЛ