Патент на изобретение №2333154

(54) СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ

(57) Реферат:

Изобретение относится к водоподготовке, к очистке промышленной и питьевой воды от неорганических и органических веществ, в том числе от ионов железа, марганца, цианидов, фенолов и бактериальной микрофлоры. Для осуществления способа очищаемую воду прокачивают через гидродинамический излучатель в режиме кавитации, в который подают газовую фазу, содержащую озон с концентрацией более 10 г/м³. Поток газожидкостной смеси подают из гидродинамического излучателя в контактную камеру перед преграждающей поверхностью с последующим фильтрованием очищаемой воды от твердых взвесей. В предпочтительном варианте осуществления способа газовую фазу, состоящую из воздуха и озона или кислорода и озона, подают в гидродинамический излучатель компрессором или за счет создания разрежения в излучателе. Для увеличения времени взаимодействия очищаемой жидкости и газа прокачивание через гидродинамический излучатель осуществляют многократно. Способ обеспечивает повышение кинетики и степени очистки воды, снижение расхода озона на очистку воды, сокращение времени очистки воды. 3 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к водоподготовке, очистке бытовых, промышленных стоков и питьевой воды от неорганических и органических веществ, в том числе ионов железа, марганца, фенола, цианидов и бактериальной микрофлоры.

В воде находятся неорганические вещества – ионы железа, марганца, органические вещества – фенол, тимол, цианиды и крезол, сульфонол (присутствует в моющих средствах) др., а также бактериальная микрофлора, в том числе и патогенная.

Промышленные сточные воды содержат те же неорганические и органические соединения, что и речная вода, в которую попадают стоки промышленных предприятий и бытовые стоки, например железо в стоках метизных заводов, цианид – стоки золотоизвлекательных фабрик и др., но в значительно больших концентрациях.

Одним из известных способов очистки и обеззараживания питьевой воды и промышленных стоков является применение соединений хлора, при этом в воде может остаться непрореагировавший хлорсодержащий реагент, являющийся небезопасным для здоровья, и при взаимодействии с некоторыми загрязнениями хлор образует хлорорганические соединения, являющиеся особенно вредными – канцерогенами. Многие способы очистки воды, как, например, осмос, могут функционировать только при небольших концентрациях загрязнений.

Одним из безопасных химических окислителей является озон, который легко разлагается на безвредные вещества кислород и воду и в настоящее время широко внедряется на станциях водоподготовки, и может быть использован при различной концентрации загрязнений в воде.

Известен способ очистки воды (RU 2075201, С02F 3/02, опубл. 10.03.97), включающий аэрацию сточных вод перед подачей их на очистку путем насыщения сточной воды воздухом из атмосферы, подаваемого и диспергируемого гидроакустическим излучателем в струйно-пульсирующем поле скоростей и давлений насыщаемой воздухом воды.

Очистка воды по данному способу будет проводиться очень медленно, и для многих загрязнений как патогенная микрофлора не эффективна, так как кислород воздуха не является сильным окислителем и не способен окислить многие органические соединения и разрушить капсулы и клеточные стенки бактерий.

Известен также способ очистки жидкости от загрязнений (RU 2003135451, C02F 1/52, опубл. 10.06.05), в котором очищаемую жидкость смешивают с реагентами, после чего пропускают смесь через слой зернистой загрузки. В качестве коагулянта или продукта его гидролиза, вводимого в основную часть слоя зернистой загрузки, используют соль или гидроксид двухвалентного железа, а в качестве окислителя, вводимого в очищаемую жидкость или ее смесь с реагентами вместе с кислородом, применяют пероксид водорода.

Недостатками способа являются большой расход реагентов и низкая скорость очистки с использованием в качестве основного процесса фильтрования.

Наиболее близким по технической сути является способ очистки воды (RU 2165891, C02F 1/36, опубл.27.04.01), включающий обработку воды окисляющим реагентом и/или коагулянтом под воздействием акустических колебаний, при этом подачу окисляющего реагента и/или коагулянта осуществляют через резонаторные камеры гидроакустических излучателей за счет разрежения, создаваемого потоком очищаемой воды, проходящим через упомянутые излучатели. Процесс очистки ведут при пороговом значении звукового давления, в качестве окислителя используют, в частности, озон.

В способе отсутствуют условия для дробления пузырьков газообразного реагента и создания турбулентных потоков в контактной камере, достаточного времени воздействия акустических колебаний на очищаемую воду.

Техническим результатом изобретения является повышение кинетики и степени очистки воды, снижение расхода озона на очистку воды, сокращение времени очистки воды.

Указанный технический результат достигается следующим образом.

Способ очистки воды включает прокачивание очищаемой воды через гидродинамический излучатель в режиме кавитации, в который подается газовая фаза, содержащая озон с концентрацией более 10 г/м³, поступление потока из гидродинамического излучателя в контактную камеру перед преграждающей поверхностью и фильтрование воды от твердых взвесей.

При этом газовая фаза состоит из воздуха и озона или кислорода и озона.

Кроме того, газовая фаза в гидродинамический излучатель подается компрессором или за счет создания разрежения в излучателе.

Также очищаемая вода поступает в гидродинамический излучатель из верхней части контактной камеры, а возвращается в ее нижнюю часть, при этом прокачивание через гидродинамический излучатель осуществляется многократно.

Достижение вышеуказанного технического результата с помощью вышеперечисленных признаков обеспечивается следующим образом.

Озон является мощным окислителем и эффективен для очистки воды с высоким содержанием различных неорганических и органических соединений – железа, марганца, цианида, фенола и бактериальной микрофлоры и др. Время воздействия озона зависит от концентрации загрязняющих веществ, дозы введенного озона, в частности его концентрации, условий растворения озона. Среднее время воздействия озона на бактериальную микрофлору до ее полной деструкции составляет 15 минут. Озон вводится в воду через реакционную емкость на этапе, предшествующем фильтрации.

Двухвалентное железо обычно содержится в воде в растворенном состоянии и невидимо невооруженным глазом. В присутствии двухвалентного железа вода кажется прозрачной. В отсутствие кислорода двухвалентное железо может находиться в растворенном состоянии бесконечно долго. Когда вода некоторое время находится в контакте с воздухом, железо переходит в трехвалентную форму и приобретает рыжий цвет.

После окисления трехвалентное железо присутствует в воде в коллоидной форме, т.е. образует очень мелкие частицы, которые окрашивают воду, но не выпадают в осадок. Вода, содержащая трехвалентное железо, очень часто содержит и некоторую долю двухвалентного железа в зависимости от количества растворенного кислорода. Осаждение коллоидного железа обычно сопровождается образованием и ростом железобактерий. Железобактерии часто сопутствует минеральным отложениям Fe³⁺ и состоят из живых и мертвых бактерий, их оболочек и продуктов жизнедеятельности. В трубопроводах и водоочистном оборудовании железобактерии часто становятся причиной коррозии содержащих железо труб и сильно ускоряют образование железных отложений.

Для взаимодействия содержащихся в воде соединений с озоном необходимо применять интенсивные методы ввода и растворения газовой фазы. Растворение газообразного озона в жидкой фазе для окисления является одной из основных задач эффективного использования озона, так как основное окислительное действие его осуществляется в растворенной форме.

Для повышения растворения озона в жидкости требуется максимально увеличить поверхность раздела между газовой и жидкой фазами, то есть поверхность пузырьков, и время пребывания пузырька в растворе. Эти условия растворения напрямую зависят от размеров пузырьков газа.

По сравнению с наиболее часто используемым способом подачи газовой фазы барботажем более интенсивным способом ввода озона в жидкую фазу является эжекторный, при котором растворение озона происходит за более короткое время – 3-5 секунд. Коэффициент использования озона в этом случае может достигать значения 0,96. Использование эжекции позволяет уменьшить высоту контактных камер и разместить их в меньшем помещении. От конструкции эжектора зависит размер пузырьков, гидродинамика в аппарате и скорость химических и массообменных процессов в контактном аппарате.

Гидродинамические излучатели применяются для интенсификации различных технологических процессов, таких как эмульгирование нерастворимых друг в друге жидкостей, диспергирование твердых частиц в жидкостях, ускорение процессов кристаллизации в растворах, расщепление молекул полимеров, очистка стального литья после прокатки и т.д.

Гидродинамический излучатель позволяет диспергировать подаваемый газ в контактную камеру до столь малого размера пузырьков, что они не определяемы визуально, т.е. доли миллиметра, объем газожидкостной фазы за счет газонасыщения увеличивается. Размер пузырьков регулируется расходом газовой смеси и скоростью подачи газа в излучатель.

Поток газожидкостной смеси из гидроакустического излучателя при столкновении с преграждающей поверхностью позволяет создавать турбулентные потоки в объеме контактной камеры, интенсивно перемешивать жидкость с пузырьками газа в аппарате, создавать более равномерное распределение пузырьков в объеме контактной камеры, увеличить время пребывания газовой фазы в контактной камере и соответственно повысить степень использования озона.

Определенная скорость и давление жидкости через гидродинамический излучатель обеспечивают создание условий кавитации механических частей излучателя и интенсивного воздействия на газожидкостную смесь.

Время взаимодействия газа и жидкости увеличивается за счет многократного прокачивания через гидродинамический излучатель жидкости с пузырьками газа из верхней части контактной камеры и возврата в нижнюю часть перед преграждающей поверхностью.

Синтез озона может производиться из осушенного воздуха или из кислорода, поэтому в составе газовой фазы, подаваемой в гидродинамический излучатель на окисление железа, может поступать смесь воздуха с озоном или кислорода с воздухом.

В зависимости от скорости движения жидкости через гидродинамический излучатель и необходимого объема газовой фазы, зависящей, в частности, от концентрации озона в ней, газовая фаза может подаваться компрессором или всасываться за счет создаваемого разрежения при движении жидкости.

Примеры реализации способа.

Пример 1.

Очистка воды, содержащей железо концентрацией 0,3 мг/дм³, микрофлору, соответствующей индексу коли 4100, путем прокачивания очищаемой воды центробежным насосом через установленный в трубе гидродинамический излучатель, в который компрессором подается воздух, содержащий озон с концентрацией 15 г/м³. Из гидродинамического излучателя поток газожидкостной смеси поступает в контактную камеру перед преграждающей поверхностью, фильтрование твердых взвесей.

После прокачивания воды через гидродинамический излучатель концентрация железа в очищенной воде снизилась до 0,01 мг/дм³, индекс коли снизился до 0. Время достижения этих результатов очистки по сравнению с барботированием снизилось в 1,6 раза, а также снизился на 9% расход озона.

Пример 2

Очистка промышленных стоков метизного завода, содержащих серную кислоту концентрацией 2 г/дм³, железо концентрацией 16 г/дм³, путем многократного прокачивания очищаемой воды центробежным насосом через гидродинамический излучатель, в который за счет разрежения подается кислород, содержащий озон с концентрацией 100 г/м³. В гидродинамический излучатель поток газожидкостной смеси поступает из верхней части контактной камеры, а возвращается в ее нижнюю часть перед преграждающей поверхностью. При окислении железа озоном потребляется серная кислота и рН повышается, железо выпадает в осадок.

За 23 минуты двухвалентное железо в контактной камере полностью окислилось до трехвалентного. При использовании железоокисляющих бактерий и барботировании воздухом время полного окисления железа, присутствующего в промышленных стоках метизного завода, составило 15 часов.

Пример 3

Очистка промышленных стоков золотоизвлекательной фабрики, содержащих цианиды концентрацией 80 мг/дм³, путем многократного прокачивания очищаемой воды центробежным насосом через гидродинамический излучатель, в который за счет разрежения подается кислород, содержащий озон с концентрацией 120 г/м³. В гидродинамический излучатель поток газожидкостной смеси поступает из верхней части контактной камеры, а возвращается в ее нижнюю часть перед преграждающей поверхностью.

После обработки промышленных стоков в контактной камере концентрация цианидов в воде 7 мг/дм³. При использовании для окисления цианидов гипохлорита кальция концентрация цианидов в воде составила 10 мг/дм³.

Формула изобретения

1. Способ очистки воды, включающий прокачивание очищаемой воды через гидродинамический излучатель в режиме кавитации, в который подают газовую фазу, содержащую озон с концентрацией более 10 г/м³, подачу потока из гидродинамического излучателя в контактную камеру перед преграждающей поверхностью и последующее фильтрование очищаемой воды от твердых взвесей.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что газовая фаза состоит из воздуха и озона или кислорода и озона.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что газовую фазу, содержащую озон, подают в гидродинамический излучатель компрессором или за счет создания разрежения в излучателе.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что прокачивание через гидродинамический излучатель осуществляют многократно.