СПОСОБ ОЧИСТКИ ПРИРОДНЫХ ВОД

СПОСОБ ОЧИСТКИ ПРИРОДНЫХ ВОД


RU (11) 2121979 (13) C1

(51) 6 C02F1/463 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 26.12.2007 - прекратил действие, но может быть восстановлен 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 97113580/25 
(22) Дата подачи заявки: 1997.08.06 
(45) Опубликовано: 1998.11.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Дмитриев В.Д. и др. Обесцвечивание природной воды электрохимическим методом. - Водоснабжение и санитарная техника, - М.: Стройиздат, 1971, N 5, с. 12-13. SU 1433904 A1, 1988. SU 1721025 A1, 1992. SU 1498715 A1, 1989. SU 882945 A, 1981. RU 2074123 C1, 1997. US 4295946 A1, 1981. DE 4329272 C1, 1994. 
(71) Заявитель(и): Институт проблем комплексного освоения недр РАН; Акционерная компания "АЛРОСА" ("Алмазы России-Саха) 
(72) Автор(ы): Чантурия В.А.; Двойченкова Г.П.; Трофимова Э.А.; Богачев В.И.; Гаценбиллер Э.И.; Трубецкой К.Н.; Калитин В.Т.; Зуев А.В.; Кубалов В.Б.; Соловьев А.А.; Смольников В.А.; Монастырский В.Ф.; Гусев А.П.; Бычкова Г.М. 
(73) Патентообладатель(и): Институт проблем комплексного освоения недр РАН; Акционерная компания "АЛРОСА" ("Алмазы России-Саха) 

(54) СПОСОБ ОЧИСТКИ ПРИРОДНЫХ ВОД 

Способ предназначен для очистки природных вод от различных примесей, обесцвечивания их с последующим использованием в качестве питьевой воды, а также для очистки оборотных и сточных вод. Воду отделяют от механических примесей с последующей электрокоагуляцией с использованием анодов из стали Ст. 3 или комбинированных анодов из стали Ст.3 и алюминия при плотности тока 2-60 А/м2. После электрокоагуляции отделяют осадок от осветленной воды отстаиванием и подают осадок на смешение с очищаемой водой перед стадией электрокоагуляции при соотношении объемов осадка и воды от 1:50 до 1:500, фильтруют осветленную воду, отделяют фильтрат и обрабатывают в бездиафрагменном электролизере с нерастворимыми электродами. Комбинированные электроды состоят из стали Ст.3 и алюминия в соотношении 6:1 Осадок на смешение с очищаемой водой подают при содержании твердой фазы в осадке 10 - 15%, при этом осадок можно использовать для очистки воды в течение 1 - 10 дней после его получения. Способ позволяет сократить энергозатраты при снижении себестоимости за счет использования менее дефицитных анодов из Ст.3. 3 з.п.ф-лы, 4 табл., 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к области очистки природных, например артезианских, вод или вод из поверхностных источников от различных примесей, а также для обесцвечивания их с последующим использованием в качестве питьевой воды и может быть использовано также для очистки оборотных и сточных вод.

Известен способ электрохимической обработки минерализованной природной и сточной воды, включающий смешение исходной воды с реагентом, содержащим хлорид-ионы, с последующей подачей ее в межэлектродное пространство электролизера с нерастворимыми перфорированными анодами, на которые нанесены диафрагмы и через которые осуществляют подачу в межэлектродное пространство реагента - деионизированной воды (авт.св. СССР N 1498715, кл. C 02 F 1/461, 1989 - аналог).

В ряде случаев непригодность природных вод в питьевых целях обусловлена их цветностью, связанной с присутствием в них гуматов.

Для извлечения гуминовых кислот из природных гуматсодержащих соединений существует способ перевода гуминовых кислот в раствор с последующим осаждением, причем перевод кислот в раствор ведут в катодной камере электролизера, заполненного 0,1-0,5% раствором K2SO4. Процесс ведут при циркуляции растворов в анодной и катодной камерах дополнительного электролизера (а.с. N 1721025 кл. C 02 F 1/46, 1992 г.) - аналог.

Основной недостаток известных способов очистки и обесцвечивания природных вод состоит в использовании различных химических реагентов в значительном количестве, что экологически нецелессобразно в схемах водоподготовки питьевых вод, требует значительных затрат, связанных с получением и доставкой этих реагентов к месту их использования. Кроме того, цветность природных вод после их очистки с использованием химических реагентов не всегда достигает значения, отвечающего нормативам ГОСТа для питьевых вод.

К числу недостатков способов очистки вод с использованием хлорсодежращих реагентов (активный хлор и перхлораты, образующиеся в процессе электролиза вод в присутствии NaCl) следует отнести возможность образования токсичных хлорорганических соединений.

Способы очистки вод с химическими реагентами весьма чувствительны к колебаниям исходного состава вод, температуры и кислотно-основных свойств, в результате чего избыток непрореагировавшего химического реагента часто попадает в питьевую воду, направляемую потребителю.

В качестве прототипа заявленного способа выбран способ обесцвечивания природной воды электрохимическим методом (В.Д.Дмитриев, Е.Н.Анисимова и Н.С. Соловьева. Обесцвечивание природной воды электрохимическим методом. "Водоснабжение и санитарная техника". -М.: Стройиздат, 1971, N 5, с. 12-13).

В прототипе обесцвечивание природных вод осуществляют методом электрокоагуляции в аппарате с использованием алюминиевых анодов.

Однако применение прототипа к исследуемым северным водам Иреляхского водохранилища, расположенного в Якутии, не дало положительного результата: цветность конечного продукта превышала в 1,5-2 раза нормативное значение, предусмотренное ГОСТом для питьевых вод и равное 20 град.

Технический результат изобретения заключается в обесцвечивании и обеззараживании природной воды до нормативов ГОСТа по питьевой воде при снижении энергозатрат и исключении дорогостоящих химических реагентов и замене дефицитных алюминиевых анодов на аноды из стали Ст.3 или на комбинированные аноды из стали Ст.3 и алюминия.

Сущность предлагаемого способа очистки природных вод состоит в том, что природную воду подвергают фильтрации для удаления механических примесей, электрокоагуляции в бездиафрагменном аппарате с растворимыми анодами из стали Ст.3 или комбинированными анодами из стали Ст.3 и алюминия при плотности тока от 2 до 60 А/м2, отделению осадка от осветленной воды отстаиванием и последующей подачей этого осадка в очищаемую воду перед стадией электрокоагуляции при соотношении объема осадка к воде от 1:50 до 1:500, контрольной фильтрации осветленной воды с отделением осадка и электрохимической обработке фильтрата в бездиарфгаменном электролизере с нерастворимыми анодами.

Пример осуществления способа.

Лабораторные и стендовые эксперименты, а также опытно-промышленная проверка эффективности способа очистки вод осуществлена на природной воде Иреляхского водохранилища, являющегося единственным источником питьевой воды для бытовых объектов г. Мирного.

Вода этого бассейна характеризуется низким солесодержанием, малой мутностью и высокой цветностью, сезонно изменяющимися в широких пределах, что обусловливает сложность ее очистки обычными химическими методами.

Цветность данных природных вод обусловлена присутствием в них гумусовых веществ и их соединений с различными металлами, вымытыми из горных пород.

Комплексы гумусовых веществ с металлами, образующиеся при прохождении воды через различные породы, очень устойчивы и практически не выводятся из иреляхской воды используемыми химическими методами очистки.

Очищаемую воду предварительно фильтруют для удаления механических примесей, а затем проводят электрокоагуляцию в бездиафрагменном аппарате с растворимыми анодами с расстоянием между ними 4-8 мм. Катоды были выполнены из нержавеющей стали, а аноды - из стали Ст.3, а также комбинированные аноды из стали Ст. 3 и алюминия; после электрокоагуляции отделяют осадок от осветленной воды путем отстаивания, при этом полученный осадок подают на смешение с водой, направляемой на электрокоагуляцию, в соотношении объемов осадок:очищаемая вода от 1:50 до 1:500, а осветленную воду фильтруют и полученный фильтрат обеззараживают путем обработки в бездиафрагменном электролизере с нерастворимыми электродами.

Экспериментально установлено, что в процессе электрокоагуляции исследуемой природной воды оптимальны аноды, выполненные из стали Ст.3 и алюминия, что подтверждено данными табл. 1 (оп. 4).

Из табл. 1 видно, что использование анодов из стали Ст.3 и алюминия в процессе электрокоагуляции позволяет получить максимальное снижение цветности иреляхской воды до 8 град. при меньшей плотности тока - 30 А/м2 (оп. 4).

Из-за дефицита и достаточно высокой стоимости алюминия растворимые аноды предлагается выполнить из стали Ст.3 и для интенсификации процесса электрокоагуляции подавать полученный в процессе электрокоагуляции осадок в очищаемую воду перед электрокоагуляцией при соотношении объема электрокоагулянта к воде от 1:50 до 1:500.

Полученный осадок после электрокоагуляции и отстаивания обработанной воды без сушки содержит твердую фазу в количестве около 10-15%.

Выделенный осадок после хранения в течение одних, семи, десяти и пятнадцати суток подавали в очищаемую воду перед электрокоагуляцией. В результате установлено, что эффективность осадка снижается незначительно при хранении его до 10 суток, после чего резко падает (см. чертеж).

Оптимальное соотношение объема осадка к объему очищаемой воды зависит от колебаний состава последней и, в основном, от количества и состава присутствующих в ней органических компонентов и их комплексов с различными металлами.

Для эффективного обесцвечивания природной воды Иреляхского водохранилища методом электрохимической коагуляции в аппарате с растворимыми анодами из стали Ст. 3 необходима подача осадка к очищаемой воде при объемном соотношении от 1:50 до 1:500.

Из табл. 2 видно, что при поддержании в процессе электрокоагуляции объемного соотношения осадка и очищаемой воды в пределах от 1:50 до 1:500 полученный целевой продукт после осветления обработанной воды в течение 30 мин и 12 часов характеризовался цветностью от 10,5 до 19,0 град. и от 5,4 до 15,9 град. , соответственно (оп. 3-7). Изменение этих показателей при одинаковой плотности тока, равной 30 А/м2, достигалось изменением удельного расхода электроэнергии от 23,5 до 0,8 кВтч/м3. В ходе стендовых испытаний установлено, что при объемном соотношении электрокоагулянта и очищаемой воды, равном 1: 10, скорость осаждения коагулянта с "цветной" органикой довольно велика: при 30-минутном отстаивании и фильтрации осветленного продукта цветность фильтрата составила 5,4 град., изменяясь впоследствии незначительно. Однако в данном случае затруднительно получение необходимого количества осадка и требует повышенного расхода электроэнергии (оп. 2).

Изменение соотношения объемов осадка и очищаемой воды до 1:600 нежелательно, т.к. при 30-минутном отстаивании осветленный продукт после фильтрации по цветности практически не отличался от исходной воды, а после 12-часового отстаивания цветность была равна 25 град., что выше предусмотренного нормами ГОСТа (табл. 2, оп. 8).

В табл. 3 представлены результаты по обесцвечиванию воды Иреляхского водохранилища после ее электрокоагуляции при изменении плотности тока от 1 до 80 А/м2 и различном объемом соотношении осадка и очищаемой воды. Из приведенных в табл. 3 данных видно, что оптимальный диапазон значений плотности тока в процессе электрокоагуляции, обеспечивающий получение продукта с цветностью 20 град. и менее, составляет 2-60 А/м2. Необходимо отметить, что при соотношении осадка к очищаемой воде 1:100 (оп. 1-7) цветность, равная 18,5 град. , может быть получена после электрокоагуляции исходной воды при плотности тока 2 А/м2 после отстаивания в течение 12 часов (оп. 3). При соотношении осадка к очищаемой воде 1:350 (оп. 8-14) минимальная плотность тока в процессе электрокоагуляции очищаемой воды, обеспечивающая получение продукта с цветностью менее 20 град., должна быть увеличена до 20-30 А/м2 (оп. 11).

То есть для получения одной и той же цветности (20 град.) с увеличением объема очищаемой воды при одном и том же количестве осадка в процессе электрокоагуляции минимальная и достаточная плотность тока должна быть увеличена.

Увеличение плотности тока в процессе электрокоагуляции более 60 А/м2 нецелесообразно вследствие получения конечного продукта, по цветности близкого продукту, полученному при 60 А/м2 (6 и 13).

В табл. 4 приведены результаты очистки воды Иреляхского водохранилища в условиях прототипа (оп. 1) и заявленного способа (оп. 2).

Из табл. 4 видно, то осуществление очистки исследуемой воды Иреляхского водохранилища в условиях заявленного способа эффективнее, чем в условиях прототипа, цветность конечного продукта ниже в 1,6 - 2,4 раза, а расход электроэнергии меньше в 2,4 раза; операция обеззараживания проводится без использования хлорагентов, образующих токсичные соединения с присутствующими в исходной воде органическими веществами.

При очистке воды в условиях заявленного способа его эффективность значительно выше, чем в режиме прототипа: показатели относительной цветности - D/D0 в заявляемом способе в 1,6 и 2,4 меньше, чем для прототипа.

По заключению центра санэпиднадзора г. Мирного после очистки иреляхской воды в конечном продукте колииндекс был менее 3 и роста общего микробного числа (ОМЧ) не наблюдалось.

В целом, при осуществлении очистки иреляхской воды по заявленному способу в сравнении с прототипом себестоимость 1 м3 очищенной воды снижается в 1,5 - 2 раза. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Способ очистки природных вод, включающий ее коагуляцию, отличающийся тем, что перед электрокоагуляцией отделяют механические примеси, а электрокоагуляцию ведут с использованием анодов из стали Ст.3 или комбинированных анодов из стали Ст.3 и алюминия при плотности тока 2 - 60 А/м2 с последующим отделением осадка от осветленной воды и подачей осадка на смешение с очищаемой водой перед стадией электрокоагуляции при соотношении объемов осадка и воды от 1 : 50 до 1 : 500, фильтрацией осветленной воды и электрохимической обработкой фильтрата в бездиафрагменном электролизере с нерастворимыми анодами.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что комбинированные аноды изготовлены из стали Ст.3 и алюминия в соотношении 6 : 1.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что осадок на смешение с очищаемой водой подают при содержании твердой фазы в осадке 10 - 15%.

4. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что осадок можно использовать для очистки воды в течение 1 - 10 дней после его получения.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Воздухо- и водоочистка. Опреснительные установки






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "и" означает, что будут найдены только те страницы, где встречается каждое из ключевых слов. Например, при запросе "очистка воды" будет найдено словосочетание "очистка воды". При использовании режима "или" результатом поиска будут все страницы, где встречается хотя бы одно ключевое слово ("очистка" или "воды").

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+очистка -воды".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "сток" будут найдены слова "стоков", "стоки" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу "сток!".


Устройства и способы водоочистки | Опреснительные установки. Дистилляторы | Устройства и способы воздухоочистки


Рейтинг@Mail.ru