способ очистки и обеззараживания воды

Формула изобретения

Способ очистки и одновременного обеззараживания воды, включающий обработку ее хлорсодержащим коагулянтом, отличающийся тем, что хлорсодержащий коагулянт в виде его кислого раствора предварительно подвергают электрохимической обработке в электролизере с нерастворимыми электродами и полученную при этом газожидкостную эмульсию подают на обработку воды.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам очистки и обеззараживания воды и может быть использовано одновременно для очистки и обеззараживания хозяйственно-питьевых, природных и сточных вод, а также воды плавательных бассейнов.

Известен способ очистки и обеззараживания сточных вод путем одновременной обработки воды коагулянтом, в качестве которого используют сульфат алюминия или железа или основной хлорид алюминия, и дезинфицирующим средством, в качестве которого применяют раствор 1,3-дихлор-5,5-диметилгидантоина [1].

Основным достоинством этого способа является улучшение условий техники безопасности при обращении с твердыми и жидкими дезинфицирующими реагентами по сравнению с применением газообразного хлора и устранение громоздкого хозяйства для хранения подачи и дозирования хлора.

К недостаткам указанного способа относятся: очень низкая растворимость 1,3-дихлор-5,5-диметилгидантоина в воде (0,1% или в пересчете на активный хлор 0,072 мас.%), что затрудняет приготовление рабочего раствора реагента, и известная дефицитность этого дезинфектанта, что существенно ограничивает возможность его широкого применения.

Известен способ обеззараживания воды, включающий предварительное пропускание хлорсодержащего газа через раствор минеральной кислоты с pH 2,5 - 3,5 и последующее введение полученного раствора в обеззараживаемую воду, что приводит к снижению содержания в воде тригалогенметанов, являющихся канцерогенами, при одновременном повышении эффекта обеззараживания воды хлором [2]. Однако этот способ не обеспечивает очистку обеззараженной воды.

Известен также способ очистки воды, включающий введение в нее алюминийсодержащего коагулянта, в качестве которого предложен гидроксид алюминия, и обработку очищаемой воды в бездиафрагменном электролизере с использованием нерастворимых электродов [3]. Электрообработка с использованием нерастворимых электродов самой очищаемой воды, в которую в качестве коагулянта введен гидроксид алюминия, позволяет активировать последний в электрическом поле за счет ионизации: Al(OH)₃ --> Al⁺³+3(OH)^-, улучшить его коагулирующие свойства, уменьшить время обработки и упростить способ очистки воды. Однако при использовании этого способа не происходит обеззараживания воды, и требуется последующая обработка ее дезинфицирующим реагентом.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ обеззараживания сточных вод воздействием электрическими зарядами, согласно которому для увеличения степени обеззараживания и обеспечения одновременной очистки от загрязнений в область развития электрических разрядов подают электролит, обладающий свойствами коагулянта, с последующим отделением осадка [4]. Достоинством последнего способа является высокая степень обеззараживания и одновременная очистка стоков от загрязнений.

Степень очистки сточной воды по кишечной палочке составляет 99,99% и по ХПК 55-65%.

К недостаткам этого способа относятся периодическая подача электролита, осуществляемая синхронно с частотой срабатывания высоковольтной установки, что вызывает определенные технологические трудности, применение высокого напряжения, достигающего 50000 В, значительный расход электроэнергии при обработке всего объема воды, подлежащей обеззараживанию и очистке, и вероятность бактериологического заражения обработанной воды в отстойниках при отсутствии пролонгированного обеззараживающего воздействия. К тому же этот способ применим лишь для одновременной обработки ограниченных объемов воды.

Задачей предлагаемого изобретения является создание непрерывного процесса одновременной очистки и обеззараживания любого требуемого объема воды, улучшение условий техники безопасности при проведении работ, увеличение степени очистки и обеспечение пролонгированного обеззараживающего воздействия на обработанную воду, снижение энергозатрат при обработке воды.

Указанная задача решается предлагаемым способом очистки и обеззараживания воды, включающим обработку ее хлорсодержащим коагулянтом, по которому хлорсодержащий коагулянт в виде его кислого раствора предварительно подвергают электрохимической обработке в электролизере с нерастворимыми электродами с образованием газожидкостной эмульсии, содержащей коагулянт с повышенной основностью, гипохлорит-ионы и хлор, которую и направляют на обработку воды.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Кислый раствор хлорсодержащего коагулянта с pH 2,0 - 4,5, предпочтительно 2,5 - 3,5, соотношение металла к хлору в котором может находиться в пределах 0,33 - 2,0, например раствор хлорида или гидроксихлорида алюминия, хлорида железа или их смеси, подвергается электролизу в бездиафрагменном электролизере с нерастворимыми электродами. Электролиз проводится при напряжении на ячейке 3 - 15 В, предпочтительно 4 - 7 В, и плотности тока 100 - 2000 А/м². В процессе электролиза коагулянт активируется за счет повышения его основности вследствие потери части хлора, выделяющегося в виде газа на аноде, а в растворе накапливаются гипохлорит-ионы соответственно алюминия и железа. В результате образуется газожидкостная эмульсия, причем содержание хлора в ней определяется только требованиями по обеззараживанию конкретного заданного объема воды и легко регулируется нагрузкой по току и напряжению, подаваемому на электроды. Образовавшаяся газожидкостная эмульсия, содержащая активированный в процессе электролиза коагулянт, а в качестве дезинфектантов - гипохлорит-ионы и газообразный хлор, принудительно подается в воду, подлежащую обработке. После перемешивания воды начинается интенсивное хлопьеобразование, благодаря чему происходит очистка воды от взвешенных частиц и примесей, и одновременно вода обеззараживается под действием гипохлорит-ионов и газообразного хлора. Далее воду подают в отстойники и затем фильтруют. При этом можно регулировать режим работы электролизера так, чтобы в каждом конкретном случае обеспечивать необходимое содержание и стабилизацию остаточного хлора в обработанной воде в зависимости от объема промежуточных резервуаров, длины водородов и т.п. и времени пребывания воды в них.

Пример.

Для очистки и обеззараживания сточной воды используют раствор коагулянта - гидроксихлорида алюминия, который имеет pH 2,52 и соотношение Al:Cl = 0,54:1. Кислый раствор этого коагулянта предварительно подвергают электролизу в бездиафрагменном электролизере с нерастворимыми электродами при напряжении на ячейке в стационарном режиме 4,5 В и плотности тока 210 А/м². В качестве анода используют титан с покрытием оксид рутения/оксид титана, а в качестве катода - титан. Газожидкостную эмульсию, полученную в процессе проведения электролиза раствора коагулянта, основность которого повысилась до соотношения Al: Cl = 0,97:1, а pH до 3,06, вводят в обрабатываемую сточную воду и интенсивно перемешивают в смесителе. Дозы реагентов, вводимых в обрабатываемую воду в состав газожидкостной эмульсии, составляют 0,12 г/дм³ гидроксихлорида алюминия и 5 кг/дм³ активного хлора. Расход коагулянта компенсируется подачей в электролизер свежего раствора. Обработанную воду подают в отстойники, а затем осветляют на фильтре.

Содержание остаточного хлора в воде равно 0,83 мг/дм³.

Параметры исходной и очищенной, обеззараженной воды приведены в таблице.

Предлагаемый способ очистки и обеззараживания воды имеет следующие преимущества.

Благодаря применению газожидкостной эмульсии, получаемой в процессе электролиза кислого раствора хлорсодержащего коагулянта и содержащей как коагулянт, так и дезинфектант, удается осуществить непрерывный процесс одновременной очистки и обеззараживания любого требуемого объема воды, используя в качестве исходного один реагент; улучшаются коагулирующие свойства хлорсодержащего коагулянта за счет повышения его основности в процессе электролиза, благодаря чему повышается степень очистки обрабатываемой воды; за счет образования в растворе гипохлорит-инов, являющихся сильными окислителями, и обеспечения подачи в обрабатываемую воду любого необходимого количества хлора достигается 100%-ный эффект обеззараживания воды; проведение процесса активации коагулянта и наработки дезинфектантов в электролизере при низких значениях напряжения обеспечивает электрическую безопасность проведения процесса водоподготовки и снижение энергозатрат; наличие в растворе коагулянта гипохлори-ионов и растворенного хлора позволяет обеспечить пролонгировнное обеззараживающее действие остаточного активного хлора на обработанную воду.

Кроме того, так как согласно известному способу [2] предварительное пропускание хлорсодержащего газа через раствор минеральной кислоты, в частности соляной, с pH 2,5 - 3,5 и последующее введение полученного раствора в воду приводит к понижению содержания в воде тригалогенметанов (являющихся канцерогенами) при одновременном повышении обеззараживания воды хлором, этот эффект в определенной степени имеет место и в предлагаемом способе, т.к. образующийся в процессе электролиза газообразный хлор барботирует через раствор, содержащий значительное количество соляной кислоты за счет гидролиза кислого хлорсодержащего коагулянта.

Что касается промышленного применения, предлагаемый способ позволяет повысить безопасность работ по обеззараживанию воды, устраняя необходимость транспортировки и хранения больших количеств газообразного хлора на станциях водоподготовки; сократить площади, занимаемые очистными сооружениями благодаря отсутствию хранилищ газообразного хлора и длинных коммуникаций; повышает надежность управления и упрощает в целом процесс обеззараживания воды хлором путем регулирования силы тока в компактном электролизере, размещенном в удобном для эксплуатации месте.

Литература

1. Авторское свидетельство СССР N 945085, МКИ C 02 F 1/76.

2. Авторское свидетельство СССР N 1680639, МКИ C 02 F 1/76.

3. Патент РФ N 2102333, МКИ C 02 F 1/46.

4. Авторское свидетельство СССР N 966024, МКИ C 02 F 1/46.