RU2175308C1

RU2175308C1 - Method of purification of water from contaminating components

Info

Publication number: RU2175308C1
Application number: RU2000106191A
Authority: RU
Inventors: Г.Р. Бочкарев; А.М. Никитин; П.В. Курбатов; С.А. Кондратьев
Original assignee: Институт горного дела - научно-исследовательское учреждение СО РАН
Priority date: 2000-03-13
Filing date: 2000-03-13
Publication date: 2001-10-27

Abstract

FIELD: purification of water for economical and drinking purposes, more particularly purification of natural (surface and underground) and industrial water from suspended matter and coloring agents (humus and tanning agents). SUBSTANCE: method comprises coagulation of contaminating components with aluminium oxychloride and subsequent isolation by deposition, flotation or filtration from water being purified. Water being purified is subjected to intensive turbulent motion at rate gradient of 3500-3700 c^-1, and aluminium oxychloride is simultaneously fed directly to turbulent motion field into the form of 0.5-2.0 % solution, and mixture is stirred for 0.12-0.35 s. EFFECT: more efficient purification method. 2 cl, 1 tbl

Description

Предлагаемое изобретение относится к области очистки воды для хозяйственных и питьевых целей, и может найти применение, в частности, для очистки природных (поверхностных, подземных) и технических вод от взвешенных веществ и окрашивающих соединений (гумусовых, дубильных веществ и др.). The present invention relates to the field of water purification for household and drinking purposes, and can find application, in particular, for the purification of natural (surface, underground) and industrial waters from suspended solids and coloring compounds (humic, tannins, etc.).

Известен способ коагуляции - флокуляции (см. заявку Франции N 2694706, В 01 D 21/00, 21/01, опубл. в 1993 г.), в котором смешение коагулянта с водой производят в два этапа. На первом этапе производят быстрое перемешивание в течение 30-200 с при среднем градиенте скорости 300-1000 с^-1, а затем медленное перемешивание в течение 5-40 мин при среднем градиенте скорости 40-100 с^-1. К недостаткам известного способа можно отнести сложность технологической схемы, предусматривающей аппараты с различным временем пребывания в них воды при смешении и различной интенсивностью перемешивания, а также недостаточную скорость распределения коагулянта по объему на первом этапе, что не позволяет использовать для удаления загрязнений реакционно-активные ионные формы коагулянта (димеры и полигидроксокомплексы).A known method of coagulation is flocculation (see application of France N 2694706, 01 D 21/00, 21/01, published in 1993), in which the coagulant is mixed with water in two stages. At the first stage, quick mixing is carried out for 30-200 s with an average speed gradient of 300-1000 s ^-1 , and then slow mixing for 5-40 minutes with an average speed gradient of 40-100 s ^-1 . The disadvantages of this method include the complexity of the technological scheme, which provides apparatuses with different residence times of water in them during mixing and different mixing intensities, as well as an insufficient coagulant distribution rate over the volume at the first stage, which does not allow the use of reactive ionic forms to remove contaminants coagulant (dimers and polyhydroxy complexes).

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ очистки воды от взвешенных веществ и окрашивающих соединений методом коагуляции с последующей фильтрацией (см. Миркис В.И., Шумилевич Н.Н., Миркис И.М., Антонов В.Н. Оценка метода прямого фильтрования воды с применением сульфата и оксихлорида алюминия. - Замкнутые и оборотные системы водоснабжения. - М.: ВНИИ ВОДГЕО, 1986, с. 24-26), в котором в качестве коагулянта используют высокоосновный оксихлорид алюминия Al₂(OH)₅Cl. В рассматриваемом способе смешение коагулянта с водой производят в трубном смесителе с градиентом скорости 300 с^-1 и временем смешения 12 с. Недостаток этого способа заключается в неоптимальных условиях смешения раствора коагулянта с очищаемой водой и, как следствие - невысокой эффективности использования коагулянта.Closest to the proposed method is a method of purifying water from suspended solids and coloring compounds by coagulation followed by filtration (see Mirkis V.I., Shumilevich N.N., Mirkis I.M., Antonov V.N. Evaluation of the direct filtering method water using aluminum sulfate and oxychloride. - Closed and circulating water supply systems. - M .: VNII VODGEO, 1986, pp. 24-26), in which highly basic aluminum oxychloride Al ₂ (OH) ₅ Cl is used as a coagulant. In the method under consideration, the coagulant is mixed with water in a tube mixer with a velocity gradient of 300 s ^-1 and a mixing time of 12 s. The disadvantage of this method lies in the non-optimal conditions for mixing a coagulant solution with purified water and, as a result, the low efficiency of the use of the coagulant.

В рассмотренных выше способах скорость распределения коагулянта по объему недостаточна. Как известно, при подаче раствора коагулянта Al₂(OH)₅Cl в воду протекают одновременно два процесса: распределение коагулянта и реакционно-активных ионных форм в воде и их гидролиз. Гидролиз реакционно-активных ионных форм коагулянта приводит к образованию геля Al(ОН)₃. Невысокая скорость распределения коагулянта по объему, уступающая скорости процесса гидролиза, как правило, приводит к перерасходу коагулянта. Реакционно-активные ионные формы коагулянта являются наиболее активными по отношению к загрязнениям в сравнении с Al(ОН)₃, но они существуют в коротком промежутке времени -10^-4-10^-3 c. Несоответствие существующих способов перемешивания кинетике происходящих химических реакций гидролиза коагулянта и недостаточная интенсивность создаваемого при этом турбулентного движения приводят к повышенному расходу коагулянта при очистке воды от загрязняющих компонентов.In the above methods, the distribution rate of the coagulant in volume is insufficient. As you know, when a solution of coagulant Al ₂ (OH) ₅ Cl is introduced into water, two processes proceed simultaneously: the distribution of coagulant and reactive ionic forms in water and their hydrolysis. Hydrolysis of reactive ionic forms of the coagulant leads to the formation of an Al (OH) ₃ gel. The low rate of distribution of the coagulant in volume, inferior to the rate of the hydrolysis process, as a rule, leads to an excessive consumption of the coagulant. Reactive ionic forms of the coagulant are most active in relation to pollution in comparison with Al (OH) ₃ , but they exist in a short period of time -10 ^-4 -10 ^-3 s. The inconsistency of existing methods of mixing the kinetics of the ongoing chemical reactions of the hydrolysis of the coagulant and the insufficient intensity of the turbulent movement created thereby lead to an increased consumption of the coagulant during water purification from polluting components.

Технической задачей предлагаемого изобретения является упрощение процесса очистки воды, экономия коагулянта и повышение степени очистки воды за счет быстрого и равномерного распределения раствора коагулянта по объему. The technical task of the invention is to simplify the process of water purification, saving coagulant and increasing the degree of water purification due to the rapid and uniform distribution of the coagulant solution in volume.

Поставленная задача решается тем, что в способе очистки воды от загрязняющих компонентов путем их коагуляции оксихлоридом алюминия и последующего выделения их осаждением, флотацией или фильтрацией из очищаемой поды, согласно предлагаемому техническому решению, очищаемой воде сообщают интенсивное турбулентное движение, с градиентом скорости 3500-7500 с^-1, одновременно непосредственно в область интенсивного турбулентного движения, подают оксихлорид алюминия в виде 0,5-2,0% раствора и перемешивают смесь в течение 0,012-0,3 с. Создаваемая интенсивность смешения достаточна как для задержания реакции полимеризации (то есть увеличения времени существования реакционно-активных ионных форм коагулянта), так и для максимального контакта реакционно-активных ионных форм коагулянта с загрязнениями, а время смешения наиболее соответствует времени существования таких форм в воде во время гидролиза.The problem is solved in that in the method of purifying water from contaminating components by coagulating them with aluminum oxychloride and then separating them by sedimentation, flotation or filtration from the cleaned hearth, according to the proposed technical solution, the turbulent water is subjected to intense turbulent movement, with a speed gradient of 3500-7500 s ^-1 , simultaneously directly into the region of intense turbulent motion, aluminum oxychloride is supplied in the form of a 0.5-2.0% solution and the mixture is stirred for 0.012-0.3 s. The created mixing intensity is sufficient both to delay the polymerization reaction (i.e., to increase the lifetime of the reactive ionic forms of the coagulant), and to maximize the contact of the reactive ionic forms of the coagulant with contaminants, and the mixing time most corresponds to the time of existence of such forms in water during hydrolysis.

Увеличение интенсивности смешения раствора оксихлорида алюминия с водой, характеризуемое градиентом скорости до 3500-7500 с^-1 и сокращение времени смешения до 0,012-0,3 с позволяет увеличить содержание реакционно-активных ионных форм коагулянта, а также задержать их дальнейший гидролиз, тем самым увеличить время существования их в объеме раствора. Кроме того, данный способ обеспечивает максимальный контакт загрязнений с образующимися первичными частицами геля Al(ОН)₃, когда радиус частиц является минимальным и частица обладает наибольшей сорбционной способностью. Смешение раствора коагулянта с интенсивностью, предлагаемой существующими способами, неэффективно, так как при этом происходит контакт с загрязнениями в основном в форме первичных агрегатов геля Al(ОН)₃, имеющих значительно меньшую сорбционную способность в сравнении с первичными частицами геля Al(ОН)₃ и активность в дестабилизации загрязнений в сравнении с реакционно-активными ионными формами коагулянта.An increase in the intensity of mixing a solution of aluminum oxychloride with water, characterized by a velocity gradient of up to 3500-7500 s ^-1 and a reduction in the mixing time to 0.012-0.3 s, allows to increase the content of reactive ionic forms of the coagulant, as well as to delay their further hydrolysis, thereby increasing their lifetime in the volume of the solution. In addition, this method provides maximum contact of contaminants with the resulting primary particles of Al (OH) ₃ gel, when the radius of the particles is minimal and the particle has the greatest sorption ability. Mixing a coagulant solution with the intensity suggested by existing methods is inefficient, since it comes in contact with contaminants mainly in the form of primary aggregates of Al (OH) ₃ gel, which have a significantly lower sorption capacity compared to primary particles of Al (OH) ₃ gel and activity in the destabilization of pollution in comparison with reactive ionic forms of coagulant.

Таким образом, повышенное содержание реакционно-активных ионных форм коагулянта при подобранном гидродинамическом режиме смешения позволяет получить удовлетворительную степень очистки воды с минимальным расходом коагулянта и незначительными капитальными затратами на оборудование. Кроме того, при предлагаемом способе очистки сокращается время обработки воды коагулянтом в 200-600 раз в сравнении с существующими способами, для которых время смешения составляет 1,0-120 с. Thus, the increased content of reactive ionic forms of the coagulant with the selected hydrodynamic mixing mode allows us to obtain a satisfactory degree of water purification with a minimum consumption of coagulant and low capital costs for equipment. In addition, with the proposed cleaning method, the water treatment time with the coagulant is reduced by 200-600 times in comparison with existing methods for which the mixing time is 1.0-120 s.

Целесообразно в очищаемую воду одновременно с раствором коагулянта вводить и диспергировать воздух в количестве 1,5-3,0% от расхода очищаемой воды. Введение воздуха в область интенсивного турбулентного движения создает дополнительную интенсивность смешения, что увеличивает взаимодействие реакционно-активных ионных форм с загрязнениями. При этом введение воздуха в область интенсивной турбулентности и его диспергацию производят одновременно с введением раствора коагулянта. Данное обстоятельство позволяет значительно интенсифицировать коагуляционный процесс не только за счет увеличения количества центров хлопьеобразования, которыми являются получаемые пузырьки воздуха крупностью 0,2-0,3 мм, но и за счет интенсивной отдувки CO₂, выделяющегося при гидролизе коагулянта. Также необходимо отметить, что при этом происходит одновременное окисление органических примесей кислородом воздуха.It is advisable to introduce and disperse air in the amount of 1.5-3.0% of the flow rate of the purified water simultaneously with the coagulant solution into the purified water. The introduction of air into the region of intense turbulent motion creates additional mixing intensity, which increases the interaction of reactive ionic forms with contaminants. In this case, the introduction of air into the region of intense turbulence and its dispersion is carried out simultaneously with the introduction of a coagulant solution. This circumstance makes it possible to significantly intensify the coagulation process not only due to an increase in the number of flocculation centers, which are the resulting air bubbles with a particle size of 0.2-0.3 mm, but also due to the intensive blowing of CO ₂ released during the hydrolysis of the coagulant. It should also be noted that in this case, the simultaneous oxidation of organic impurities by atmospheric oxygen occurs.

Предлагаемый способ очистки позволяет эффективно использовать воздух, так как он в данном случае вводится одновременно с коагулянтом и в результате его диспергации образуются пузырьки крупностью 0,2-0,3 мм, что в 10-15 раз меньше, чем при обычных способах введения воздуха (дырчатые трубы, пористые перегородки). Это позволяет сократить необходимую потребность в воздухе в 5-10 раз и сравнении с существующими способами очистки, что в общей сложности позволяет снижать не только дозу коагулянта, но и затраты на оборудование и энергоресурсы. The proposed cleaning method allows the efficient use of air, since in this case it is introduced simultaneously with the coagulant and, as a result of its dispersion, bubbles with a particle size of 0.2-0.3 mm are formed, which is 10-15 times less than with conventional methods of introducing air ( hole pipes, porous partitions). This allows you to reduce the necessary air demand by 5-10 times and comparing with existing cleaning methods, which in total allows you to reduce not only the dose of coagulant, but also the cost of equipment and energy.

Сущность технического решения иллюстрируется примером конкретного исполнения. The essence of the technical solution is illustrated by an example of a specific implementation.

Испытания предлагаемого способа очистки проводились в натурных условиях на маломутной высокоцветной воде поверхностного источника, имеющего следующие показатели: цветность - 105 град., мутность - 0,9-1,2 мг/л, щелочность - 0,90 мг-экв/л, pH 7,2. Результаты испытаний представлены в таблице. Tests of the proposed cleaning method were carried out in natural conditions on low turbid high-color water of a surface source having the following indicators: color - 105 degrees, turbidity - 0.9-1.2 mg / l, alkalinity - 0.90 mEq / l, pH 7.2. The test results are presented in the table.

В качестве смесительного устройства в предлагаемом способе очистки используют пневмогидравлический диспергатор флотационной машины (по а.с. СССР N 1676663, B 03 D 1/14, опубл. в БИ N 34 за 1992 г.) с интенсивностью смешения, характеризуемой градиентом скорости 7200 с^-1 и временем смешения 0,11 с. Результаты, полученные при испытаниях по предлагаемому способу очистки, сравнивались с результатами, полученными в лабораторных условиях, при пробном коагулировании в цилиндрах, проведенном по стандартной методике, и с результатами очистки по существующему способу на водопроводных очистных сооружениях, также проведенных в натурных условиях, где в качестве смесительного устройства используют гидравлический вертикальный вихревой смеситель с градиентом скорости 180 с^-1 и временем смешения 60 с.As the mixing device in the proposed cleaning method, a pneumohydraulic dispersant of a flotation machine is used (according to the USSR AS N 1676663, B 03 D 1/14, published in BI N 34 for 1992) with a mixing intensity characterized by a speed gradient of 7200 s ^-1 and a mixing time of 0.11 s. The results obtained during testing of the proposed cleaning method were compared with the results obtained in laboratory conditions, with test coagulation in cylinders, carried out according to the standard method, and with the results of cleaning according to the existing method at water treatment plants, also carried out under natural conditions, where As a mixing device, a hydraulic vertical vortex mixer with a velocity gradient of 180 s ⁻¹ and a mixing time of 60 s is used.

Из таблицы видно, что при существующем способе очистки с градиентом скорости смешения 180 с^-1 и времени смешения 60 с в сравнении с пробным коагулированием в цилиндрах значительного снижения цветности воды не происходит. Введение воздуха в гидравлический вертикальный вихревой смеситель в количестве 15% от расхода очищаемой воды при градиенте скорости смешения 180 с^-1 также не улучшает процесс обесцвечивания. Использование предлагаемого способа позволяет значительно интенсифицировать процесс очистки. Из табл. видно, что при дозе коагулянта 5 мг/л и градиенте скорости смешения 7200 с^-1 цветность снижается на 60-55 град. в сравнении с результатами лабораторных испытаний пробного коагулирования в цилиндрах и смешением при градиенте скорости 180 с^-1. Введение воздуха в количестве 3% от расхода очищаемой воды при градиенте скорости смешения 7200 с^-1 положительно сказывается на эффекте очистки и позволяет снизить цветность при дозах коагулянта 5-10 мг/л соответственно на 8-10 град.The table shows that with the existing purification method with a gradient of the mixing speed of 180 s ^-1 and the mixing time of 60 s in comparison with the test coagulation in the cylinders, a significant decrease in the color of water does not occur. The introduction of air into the hydraulic vertical vortex mixer in an amount of 15% of the flow rate of the purified water at a mixing speed gradient of 180 s ^-1 also does not improve the bleaching process. Using the proposed method can significantly intensify the cleaning process. From the table. it is seen that with a coagulant dose of 5 mg / L and a mixing speed gradient of 7200 s ^{-1, the} color decreases by 60-55 degrees. in comparison with the results of laboratory tests of test coagulation in cylinders and mixing at a velocity gradient of 180 s ^-1 . The introduction of air in the amount of 3% of the flow rate of the purified water with a mixing speed gradient of 7200 s ^-1 positively affects the cleaning effect and allows to reduce the color at coagulant doses of 5-10 mg / l, respectively, by 8-10 degrees.

Результаты испытаний предложенного способа очистки показали его высокую эффективность в сравнении с существующими способами. The test results of the proposed cleaning method showed its high efficiency in comparison with existing methods.

Claims

1 . A method of purifying water from contaminating components by coagulating them with aluminum oxychloride and then separating them by sedimentation, flotation or filtration from purified water, characterized in that the treated water is reported to have an intense turbulent movement with a speed gradient of 3500 - 7500 s ^-1 , simultaneously directly into the region of intense turbulent the motion serves aluminum oxychloride in the form of a 0.5 - 2.0% solution and mix the mixture for 0.012 - 0.3 s.

2. The method according to claim 1, characterized in that air is added and dispersed in the amount of 1.5-3.0% of the flow rate of the purified water in the water to be purified simultaneously with the coagulant.