Спосіб очистки природної води

1. Способ очистки природной воды, включающий введение природного силиката и сульфата алюминия, отстаивание и отделение образующегося осадка, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что природный силикат предварительно смешивают с сульфатом алюминия и водой в массовом соотношении сульфат алюминия (в пересчете на А1гОз):природный силикат:вода, равном 1:(0,5-2,0):(11.5-49,0). 2, Способ поп.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что сульфат алюминия смешивают с природным силикатом и водой в течение 1-2 часов. фекту является способ очистки природной воды [2]. Сущность известного способа заключается во введении в обрабатываемую воду, дополнительно к раствору дозируемого коагулянта, замутнителя в виде взвеси или коллоидного вещества, например, тонкого глинистого замутнителя'- бентонита с размером частиц менее 3 мкм в количестве 10 мг/дм3. Это сокращает время хлопьеобразования на 30-50% и уменьшает необходимую дозу коагулянта. Как показали наши исследования при очистке днепровской воды способом по прототипу, не достигается достаточно высокая степень очистки воды (76% мутность, 81,5% - цветность). При этом следует отметить, что 3+ остаточная концентрация АІ в очищенной 3 воде составляет 0.23 мг/дм , что превышает С > со со 2 п 13374 требования (0,2 мг/дм3) руководства ВОЗ по контролю качества питьевой воды. Таким образом, известные технические решения не обеспечивают глубокой очистки природной воды от взвешенных и органических примесей, обусловливающих цветность и, кроме того, приводит к вторичным загрязнения соединениями алюминия, являющимися токсичными для потребителя питьевой воды. Задачей настоящего изобретения является усовершенствование способа очистки природной воды путем изменения условий протекания физт/исо-химического процесса гидролиза коагулянта, что приводит к эффективному удалению как взвешенных мелкод исп е рсн ых час т иц и ор га нич ес ких примесей, так и остаточных концентраций алюминия. Для решения поставленной задачи предложен способ очистки природной воды, включающий введение природного силиката и сульфата алюминия, отстаивание и отделение образующегося осадка, в котором согласно изобретению природный силикат предварительно смешивали с сульфатом алюминия и водой в массовом соотношении (0,5-2,0):1:(11,5-49), при этом компоненты перемешивают 1-2 часа. Нами установлено, что при введении в водный раствор коагулянта природного силиката происходит замещение катионов Na+ vt- Ca2+, находящихся в структуре клиноптилолита и сапонита на ионы AI , что обеспечивает появление дополнительных центров коагуляции дисперсных примесей, а также создание сорбционных центров для удаления гумусовых веществ. При этом введение пылевидных фракций клиноптилолита и частичный гидролиз препятствуют быстропротекаю щ им пр оц есс ам по л име риз ации основных солей алюминия, что, как известно, ведет к уменьшению удельной поверхности образующегося гидроксида алюминия. В результате предварительного введения дисперсных минералов в раствор коагулянта достигается пролонгирующее действие ионов алюминия на очищаемую систему. Существенным моментом является время переме ш ива ния пр ирод но го с ил ика та в водном растворе коагулянта, которое и обеспечивает, в основном, протекание ионообменных процессов, частичный гидролиз солей алюминия. Это приводит к созданию на поверхности частиц силикатов активных центров для поглощения гумусовых веществ и других загрязнений. Обработка воды полученной таким образом дисперсией обеспечивает максимальное оседание хлопьевидных продуктов гидролиза с сорбированными на них различными загрязнениями и более полное участие соединений алюминия в самом процессе гидролиза, что приводит к глубокой очистке 5 воды от гумусовых и взвешенных веществ при одновременном снижении остаточных концентраций алюминия. Способ реализуется следующим образом. 10 Для очистки воды р.Днепр использовали молотый клиноптилолит Сокирницкого месторождения Закарпатской области Украины зернением менее 0,25 мм с содержанием основного минерала не менее 70% 15 (группа А) и сульфат алюминия ГОСТ 12966— 85 с содержанием АІгОз не менее 15%. На реагентном хозяйстве водопроводной станции приготавливают раствор сернокислого глинозема с концентрацией (по 20 АІгОз 5-8%), т.е. в весовом соотношении содержания АІгОз к воде как 1.(11,5-19,0). Для приготовления дисперсии природного силиката используют как указанный раствор, так и разбавленный раствор коагулянта с соот25 ношением АІгОз:НгО как 1:(19—49). Исход* ный раствор гл инозема (коагул янта) перекачивают в расходные баки, куда и подается пылевидный природный силикат. Ввод природного силиката может осуществ30 ляться как в сухом виде, так и вместе с водой в виде суспензии. Массовое соотношение коагулянта (в пересчете на АІгОз) природного силиката и воды составляет 1:(0,5:2,0):(11,549,0). Приготовление дисперсии осуществля35 ют при постоянном перемешивании сжатым воздухом, поступающим по воздухораспределительной системе дренажных труб, уложенных на дне расходного бака. Необходимое время контакта (перемешивания) природно40 го силиката в водном растворе коагулянта составляет 1-2 ч. Дозирование полученной дисперсии производят по традиционной схеме, принятой на станции водоподготовки (обычно на45 сосами-дозаторами). Место ввода реагента - смесительные устройства. После обработки сырой воды указанным реагентом и образования хлопьев продуктов "полного" гидролиза вода направляется на отстаива50 ние до полного осветления ее (выпадения хлопьев в осадок) в отстойных сооружениях, а затем поступает на фильтры. П р и м е р 1 (по изобретению). Проведению исследований предшествовало при55 готовление коагулирующей дисперсии. К 100 мл раствора сернокислого глинозема с 5% содержанием АІгОз добавляли навеску клиноптилолита 5 г, что соответствовало массовому соотношению коагулянта (в пересчете на АІгОз) природного силиката и воды 13374 равном 1:1:19, и смесь выдерживали в течение 1 ч, постоянно барботируя дисперсию воздухом. Эксперименты проводили на воде реального поверхностного источника 5 (р.Днепр) с содержанием различных дисперсных примесей; обусловливающих мутность 5,1 кг/дм 3 и цветность 49 градусов. В 1 л исследуемой воды при постоянном перемешивании вводили 0,3 мл 5%-ной дисперсии 10 клиноптилолита в водном растворе сернокислого глинозема, что обеспечивало дозу коагулянта 15 мг/дм3, считая по АІгОз. Производили быстрое перемешивание со скоростью вращения мешалки 100 об/мин в 15 течение 2 мин. Затем, снизив скорость до 60 об/мин, осуществляли медленное перемешивание в течение 15 мин, при котором достигалось полное окончание процессе хлопьеобразования. Обработанная вода от- 20 стаивалась в течение 30 мин. Режимы пере-, мешивания были установлены исходя из условий работы реальных сооружений станций водоподготовки. В осветленной пробе определяли мут- 25 ность, цветность и остаточный алюминий. Очищенная вода имела следующие показатели: мутность - 0,4 мг/дм , цветность - 9 град., что соответствовало эффекту очистки 92% и 82%, соответственно, при концентра- 30 ции остаточного алюминия 0,12 мг/дм3 (таблица, пример 4). Пример 2. Очистке подвергали сырую днепровскую воду с исходными мутностью -3,3 мг/дм и цветностью - 61 град. В 1 л 35 исходной воды при постоянном перемешивании вводили 7 мл 1 %-ного раствора сернокислого глинозема, что соответствовало оптимальной дозе 70 мг/дм3, считая по товарному продукту или 15 мг/дм3 в пересчете 40 на АІ2О3. Затем вводили 1 мл 1 %-ной дисперсии бентонитовой глины с размером частиц менее 0,25 мм, что соответствовало дозе замутнителя в количестве 10 мг/дм . Осуществляли быстрое перемешивание со 45 скоростью вращения мешалки 100 об/мин в течение 1,5-2 мин, а затем, снизив скорость вращения мешалки до 60 об/мин, осуществляли медленное перемешивание в течение 15 мин, при котором достигнуто полное 50 окончание процесса хлопьеобразования. Обработанная таким образом вода отстаивалась в течение 40-60 мин. Режимы перемешивания были установлены, исходя из условий работы реальных сооружений стан- 55 ций водоподготовки. В осветленной пробе определяли показатели мутности, цветности и остаточного алюминия. Степень очистки по мутности составляет 70%, по цветности 69%. При этом следует от метить, что остаточная концентрация алюминия в очищенной воде превышает требования ВОЗ по контролю качества питьевой воды. Опыты по определению оптимальных параметров очистки с использованием дисперсий природных силикатов в водном растворе сернокислого глинозема (коагулянта) проводили аналогично описанному выше опыту с варьированием массового соотношения сульфата алюминия (считая по АІгОз), природного силиката, воды и времени выдерживания дисперсии. Результаты опытов представлены в таблице. Установлено, что заявляемые соотношения коагулянта, природного силиката и воды в дисперсии, а также время перемешивания компонентов дисперсии выбраны из условий, обеспечивающих максимальную эффективность очистки воды с максимальным количеством остаточного алюминия (таблица, примеры 1-15). Запредельное снижение соотношения коагулянта и природного силиката (т.е. уменьшение содержания силиката в дисперсии) не приводит к желаемому результату: цветность 22 град, остаточный алюминий 0,32 мг/дм3 (таблица, пример 17). Запредельное повышение содержания природного силиката в дисперсии (таблица, пример 18) нерационально, так как степень очистки не увеличивается. Запредельные количества воды в дис персии не обеспечивают требуемого резуль тата. При содержании воды в смеси, превышающим верхний предел, т.е. при со отношении 1:1:65, происходит преждевре менный гидролиз коагулянта, что приводит к снижению содержания активных ионов алюминия и отрицательно отражается на ка честве очистки (таблица, пример 21). в При содержании воды в смеси ниже заявляемого соотношения, например 1:1:9, использование полученного реагента приводит к снижению эффективности процесса очистки воды (таблица, пример 22). Важным моментом в осуществлении способа является время перемешивания компонентов дисперсии, которое должно составлять 1-2 ч. Если время перемешивания ниже заявляемого предела (таблица, пример 19), эффективность очистки недостаточно высока (79% - по мутности и 65% - по цветности), так как не обеспечивается необходимое время для полного прохождения ионообменных процессов и появления дополнительных центров коагуляции и сорбции дисперсных примесей. Отсутствует результат пролонгирующего действия ионов алюминия на очищаемую систему. 13374 Если время перемешивания компонентов выше заявляемого предела (таблица, пример 20), дальнейшее увеличение степени очистки не происходит, т.е. повышение времени свыше 2 ч технологически не оправдано. Преимущества предлагаемого способа очистки воды по сравнению с существующими подтверждается данными, приведенными в таблице. Предлагаемый способ позволяет увеличить степень очистки по по- 10 казателю мутности с 76% до 82-94% и по цветности с 68% до 69-86% при обеспечении содержания остаточного алюминия ниже требования руководства ВОЗ (0.2 мг/дм3). что не достигается ни одним из 15 известных способов. 8 По сравнению с известными способами очистки воды (таблица, пример 23, прототип) предлагаемый способ повышает степень очистки по мутности в 1,3-4 раза и по цветности в 1,1-2,4 раза. Предлагаемый способ легко применим на реальных станциях водоподготовки и не требует дополнительных капитальных вложений. Используемые реагенты имеют относительно невысокую стоимость. Высокая эффективность очистки природной воды от дисперсных примесей и гумусовых веществ, простота, использование недефицитных реагентов позволяет широко применять предлагаемый способ на водоочистных станциях. Доза коагулянта в пересчете на АІгОз - 15 мг/дм3 3 Исходная вода р.Днепр: мутность - 5,1 мг/дм , цветность - 49 град. Природный силикат п/п Вид Весовое соотношение АІ2О3 в р-ре ко Доза мг/дм 3 Время перемешив. ком агулянта, природи. понентов, силиката и воды ч Г Указатели качества обработанной воды Мутность концентрация, мг/дм 3 Цветность эффект очи градус Остат. алюминий, стки, % стки, % эффект очи (О мг/дм3 Предлагаемый способ 1 клинолтило 1:0,5:49 7,5 лит 1,0 0,8 84 12 75 0,13 • 2 7.5 1:0,5:19 1,0 0,9 82 15 69 0,19 3 7,5 1,0 0.9 82 14 71 4 15 1:0,5:11,5 1:1:19 1,0 0,4 92 9 82 0,19 0,12 5 15 1:1:19 1,5 0,3 94 9 82 0.12 15 2,0 1,0 0,4 0,7 92 86 8 11,25 1:1:19 1:0,75:11,5 12 11,25 1:0,75:49 1.0 0,4 92 10 80 0.11 18,75 1:1.25:19 1,5 0,3 94 8 84 0,12 10 22,5 1:1,5:19 1,5 0,3 94 8 84 0,10 11 26,25 1:1,75:19 1,5 0,5 90 7 86 0,09 6 7 ттт тт 8 9 —"— 84 ' 75 ' 0,13 0,17 12 •г 30,0 1:20:19 1.5 0,8 84 7,5 85 0.12 13 сапонит 15ч0 1:1:19 1,0 0.4 93 10 80 0,12 14 22,5 1:1,5:19 1,5 0,4 92 9 82 011 15 30,0 1:2:19 1,5 0,5 90 10 80 0,13 со оо Продолжение таблицы Природный силикат п/п Весовое соотноше- Время пере Доза ние AI2O3 в р-ре ко- мешив. ком Вид 3 мг/дм агулянта, природи. силиката и воды понентов, ч I Показатели качества обработанной воды Мутность Цветность концентра- эффект очи3 ция-, мг/дм градус Остат. алюминий, стки, % стки, % эффект очи мг/дм Запредельные значения 16 сапонит 1:0:19 1,5 1,4 72 18 63 0,3 17 клинопти .3,75 1:0,25:19 1,5 1,4 72 22 55 0,32 Ы лит 18 сапонит 37,5 1:2,5:19 1,5 1,6 69 9 82 0,26 19 клиноптил. 15,0 1:1:19 0,5 1,1 78 17 65 0,23 20 сапонит 15,0 1:1:19 2,5 0,4 92 8 84 0,14 21 клиноптил. 15,0 1:1:65 1,5 1,4 72 17 65 0,21 15,0 1:1:9 1,5 0,9 82 16 67 0.20 1,2 76 17 65 0,23 22 Прототип 23 бентонит со 10,0 С* 13374 Упорядник Замовлення 4112 Техред М.Моргентал Коректор Л. Л у кач ' Тираж Підписне Державне патентне відомство УкраТни, 254655. ГСП, Київ-53, Львівська плм 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул.ГагарІна, 101