СПОСОБ ДООБРАБОТКИ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ
METHOD OF FINAL PROCESSING OF DRINKING WATER

Изобретение относится к области обработки природных вод, а именно к способам дообработки (доочистки) питьевой воды с использованием сорбционной обработки воды на активированных углях.
Питьевая вода, предназначенная для использования населением, поступает в дома с водопроводных очистных сооружений (ВОС) по водопроводным сетям. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения регламентируются СанПиН 2.1.4.1074-01 [1]. BOC обеспечивают на выходе требуемое качество питьевой воды, но к потребителю в дома может поступать вода, не отвечающая требованиям указанного СанПиН, в основном из-за технического состояния трубопроводов, по которым она транспортируется. При этом транспортируемая вода может вторично загрязняться соединениями железа (допустимая концентрация 0,3 мг/л), взвешенными веществами (1,5 мг/л), бактериальными загрязнениями, также в ней может наблюдаться повышенная цветность (допустимо 20 градусов ПКШ - платиново-кобальтовой шкалы) и окисляемость (5 мг O/л).
Поэтому такая водопроводная вода, предназначенная для питья и приготовления пищи, должна подвергаться доочистке (дообработке) тем или иным способом непосредственно у потребителя (группы потребителей, например, в масштабе жилого дома).
В процессах кондиционирования (доочистки) воды для питьевых целей наиболее широко и давно применяется сорбционная обработка воды на активированных углях (Николадзе Г.И., Минц Д.М., Кастальский А.А. Подготовка воды для питьевого и промышленного водоснабжения. - М.: Высш. школа, 1984. - С.220-229).
Серьезным недостатком использования активированных углей на практике является низкая эффективность их регенерации, а также сложность ее проведения. Регенерация углей может производиться химическим, термическим и биологическим методами.
Для регенерации активных углей с целью восстановления их сорбционной емкости химическим методом применяют окислитель, вводя его в исходную воду перед подачей на колонки с адсорбентами.
В последние годы в качестве окислителя для обработки водопроводной воды широко применяют растворы гипохлорита натрия, обладающего, в том числе, пролонгированным бактерицидным действием.
Задачей настоящего изобретения является восстановление сорбционной емкости угольной загрузки фильтра в процессе дообработки воды.
Технический результат заключается в увеличении сорбционной емкости угля в процессе дообработки воды.
Задача решена следующим образом.
Способ дообработки питьевой воды включает механическую фильтрацию исходной воды через древесную активированную угольную сорбционную загрузку с заданной скоростью, соответствующей времени контакта фильтруемой воды с сорбционной загрузкой, обычно в течение от 8 до 12 минут, при этом периодически измеряют показатель окисляемости в фильтрате, и при увеличении на 25-30% показателя окисляемости в фильтрате заданную скорость фильтрации снижают в 2-3 раза, а в исходную фильтруемую воду вводят гипохлорит натрия концентрацией 60-80 мг/л, после чего сорбционную загрузку промывают обратным током очищенной воды.
При этом цикличность периодической промывки сорбционной загрузки обратным током очищенной воды производится до момента потери сорбционной загрузкой регламентируемой нормативами степени очистки воды.
Например известно, что степень очистки воды в Российской Федерации регламентируется СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. Гигиенические требования к обеспечению безопасности систем горячего водоснабжения».
Улучшение сорбционной способности угля по снижению окисляемости в процессе дообработки воды в заявляемом изобретении осуществляется путем использования повышенных концентраций гипохлорита натрия периодически и кратковременно при пониженной скорости фильтрации. Обработка гипохлоритом натрия концентрацией 60-80 мг/л производится только при увеличении на 25-30% показателя окисляемости в фильтрате, установленного по результатам периодических измерений относительно предыдущих показателей окисляемости в фильтрате, например относительно наилучшего показателя окисляемости в фильтрате, определенного на начальном этапе фильтрования.
Повышенные концентрации гипохлорита натрия способствуют удалению экранирующего действия органических загрязнений на поверхности зерен угольного фильтра. Применение гипохлорита натрия с малой концентрацией в известной «классической» окислительно-сорбционной схеме обработки воды является намного менее эффективным, чем применение этого же реагента для регенерации углей периодически в больших дозах и кратковременно.
При подаче в фильтр с сорбционной загрузкой гипохлорита натрия концентрацией 60-80 мг/л, происходит частичный выброс в фильтрат органических загрязнений, ранее задержанных в порах углей, что обусловлено окислением гуматов и других органических соединений, задержанных в порах углей на стадии сорбции и их выбросом в фильтрат, что, по сути, является регенерацией отработанных на стадии сорбции углей. При обратной промывке фильтра обратным током очищенной питьевой воды общая эффективность очистки восстанавливается. Обратная промывка осуществляется обязательно после каждого этапа обработки фильтрующей загрузки гипохлоритом натрия.
Регенерация активированных углей гипохлоритом натрия в процессе фильтрования позволяет восстановить сорбционные способности по снижению окисляемости, являющейся определяющим показателем для определения сорбционной емкости активированных углей.
Регенерация с применением водного раствора гипохлорита натрия с предельной дозой активного хлора 70 мг/л по настоящему изобретению увеличивает сорбционную емкость активированной угольной сорбционной загрузки по общему эффекту очистки на 25%.
Таким образом, периодически, при увеличении на 25-30% показателя окисляемости в фильтрате скорость фильтрации снижают в 2-3 раза по сравнению с исходной, с применением дозы гипохлорита натрия концентрацией 60-80 мг/л, обеспечивая при этом стабильные показатели очищенной воды.
Таким образом, настоящим изобретением поставленная задача решена и достигается заявленный технический результат.
Для регенерации активированных углей дозы активного хлора в воде с гипохлоритом натрия были определены экспериментально.
ИСХ
Определяли оптимальную дозу гипохлорита натрия следующим образом: воду с заданными различными дозами активного хлора (начиная с 1 мг/л и далее в сторону увеличения) обрабатывали на адсорбционных колонках с активированным углем исходным (АУ) до получения максимальных результатов по показателям качества воды.
Схема проведения процесса представлена следующими стадиями:
ИСХ
1. через колонки с АУ было пропущено 160 л исходной водопроводной воды с заданной (штатной) линейной скоростью фильтрации 2,5 м/ч до снижения сорбционной емкости угля, при этом снижение эффекта очистки по окисляемости до 30% свидетельствовало о необходимости проведения регенерации, но при этом качество очищенной воды соответствовало требованиям СанПиН;
ИСХ
2. в 10 л исходной водопроводной воды вводился гипохлорит натрия из расчета получения активной дозы хлора в растворе 1 мг/л, после контакта с окислителем в течение 10 минут вода подавалась на колонки с АУ, причем линейная скорость «регенерационной» фильтрации была снижена до 1 м/ч, т.е. в 2,5 раза по сравнению с заданной («штатной») линейной скоростью. При этом время контакта фильтруемой исходной хлорированной водопроводной воды с сорбционной загрузкой составляло порядка 20 мин, т.е. в 2,5 раза больше, чем при фильтровании со «штатной» линейной скоростью фильтрации;
3. аналогично пункту 2, концентрация активного хлора в обрабатываемой воде - 2 мг/л;
4. аналогично пункту 2, концентрация активного хлора в обрабатываемой воде - 5 мг/л;
5. аналогично пункту 2, концентрация активного хлора в обрабатываемой воде - 70 мг/л;
6. обратная промывка осуществлялась водопроводной водой объемом 5 л;
ИСХ
7. через адсорбционную колонку с АУ было пропущено 25 л исходной водопроводной воды со скоростью 2,5 м/ч;
8. обратная промывка осуществлялась водопроводной водой объемом 5 л;
9. аналогично пункту 2, концентрация активного хлора в обрабатываемой воде - 30 мг/л;
10. обратная промывка осуществлялась водопроводной водой объемом 5 л;
ИСХ
11. через адсорбционную колонку с АУ было пропущено 30 л исходной водопроводной воды со скоростью 2,5 м/ч;
12. аналогично пункту 2, концентрация активного хлора в обрабатываемой воде - 10 мг/л;
13. обратная промывка осуществлялась водопроводной водой объемом 5 л;
ИСХ
14. через колонки с АУ было пропущено 25 л исходной водопроводной воды со скоростью 2,5 м/ч.
ИСХ
После каждой стадии исследований определялись нормируемые показатели качества воды, обработанной на АУ. Специально после стадии 5 (концентрация активного хлора в обрабатываемой воде 70 мг/л) в фильтрате определялось содержание активного хлора, которое, как оказалось, было предельно допустимым и составляло 0,45 мг/л.
В качестве контролируемых показателей исходной и очищенной воды были приняты наиболее характерные и оперативно определяемые показатели: pH, железо общее (Fe, мг/л), окисляемость перманганатная (Ок, мг/л) и цветность водопроводной воды (Ц, град).
Результаты исследований по эффективности дообработки питьевой воды приведены в табл.1.
ИСХ
В таблице представлены показатели качества для исходной водопроводной воды, обработанной активированным углем (АУ).
Таблица 1
Сводные показатели качества водопроводной воды, обработанной АУ<sub>ИСХ</sub>
Проба
Объем обработанной воды (нараст. итогом), л
Показатель качества воды
pH
Цветность, град. ПКШ
Железо общее, мг/л
Окисляемость, мг/л
Исх. водопр. вода
100
7,3
15,0
0,48
4,2
Вода, обраб. АУ<sub>ИСХ</sub>
7,8
0,0
0,03
0,7
Исх. водопр. вода
200
6,8
18,8
0,21
4,6
Вода, обраб. АУ<sub>ИСХ</sub>
7,4
3,9
0,08
1,9
Исх. водопр. вода
310
6,4
36,0
0,22
3,9
Вода, обраб. АУ<sub>ИСХ</sub>
7,2
5,7
0,14
2,4
Исх. водопр. вода
450
6,8
18,2
0,23
4,7
Вода, обраб. АУ<sub>ИСХ</sub>
6,9
8,1
0,11
2,7
Исх. водопр. вода
575
6,8
16,2
0,20
5,6
Вода, обраб. АУ<sub>ИСХ</sub>
6,8
9,3
0,11
3,5
Исх. водопр. вода
685
6,6
21,3
0,38
5,2
Вода, обраб. АУ<sub>ИСХ</sub>
6,7
13,7
0,12
3,7
Исх. водопр. вода
825
5,9
32,4
0,62
5,4
Вода, обраб. АУ<sub>ИСХ</sub>
6,6
11,2
0,15
4,2
Исх. водопр. вода
1075
6,6
16,7
0,31
4,1
Вода, обраб. АУ<sub>ИСХ</sub>
6,6
12,1
0,14
4,0
Результаты исследований по цветности приведены на Фиг.1.
Результаты исследований по остальным нормируемым показателям (окисляемость, железо общее) аналогичны результатам по цветности.
На Фиг.1 показаны:
1 - доза активного хлора 1 мг/л;
2 - доза активного хлора 2 мг/л;
3 - доза активного хлора 5 мг/л;
4 - доза активного хлора 70 мг/л;
5 - доза активного хлора 30 мг/л;
6 - доза активного хлора 10 мг/л.
В результате было установлено, что применение гипохлорита натрия с малой концентрацией в «классической» окислительно-сорбционной схеме обработки воды является намного менее эффективным, чем применение этого же реагента для регенерации углей периодически в больших дозах и кратковременно.
Таким образом, установлено, что:
- регенерация активированных углей гипохлоритом натрия в процессе фильтрования позволяет восстановить сорбционные способности по снижению окисляемости, являющейся определяющим показателем для определения сорбционной емкости активированных углей;
ИСХ
- анализ и сравнение данных позволяет установить, что водная регенерация с применением гипохлорита натрия по разработанной схеме увеличивает сорбционную емкость АУ по общему эффекту очистки на 25%.