Способ электрокоагуляционной очистки питьевой и сточной воды
METHOD FOR ELECTROCOAGULATION PURIFICATION OF DRINKING AND WASTE WATER

Изобретение относится к области технологии электрокоагуляционной очистки воды из природных подземных и поверхностных водоисточников с преимущественно высоким уровнем концентрации минеральных и органических загрязняющих веществ и патогенной микрофлоры, как природного, так и технического происхождения, вследствие сброса в водоемы неочищенных сточных вод и выпадения токсичных веществ с атмосферными осадками в условиях безальтернативного использования имеющихся водоисточников с высоким содержанием загрязняющих веществ. Также предлагаемая технология способна применяться и при очистке стоков различного происхождения.
Известны традиционные технологии очистки воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения, такие как технология обезжелезивания подземных вод с использованием процессов аэрации и фильтрования, технология химреагентной водоподготовки с использованием коагулянтов и флокулянтов, а также технологии озонирования, хлорирования и сорбционного фильтрования воды.
Недостатком эксплуатации водоочистных сооружений, использующих различные комбинации вышеуказанных технологий является то, что наблюдаемое превышение допустимых концентраций загрязняющих веществ в очищенной воде, используемой для хозяйственно-питьевого водоснабжения, свидетельствует о несоответствии применяемых технологий характеру и уровню загрязнения обрабатываемой воды из природных водоисточников. Особенно это касается такого показателя качества воды, как содержание соединений кремния, ни одна из традиционных технологий не способна удалять из воды эти соединения, кроме способа электрокоагуляционной обработки воды, а соединения кремния относятся ко второму классу опасности (высокоопасный) по санитарно-токсикологическому лимитирующему показателю вредности.
Это является причиной целого ряда ограничений при выборе водоисточников согласно ГОСТ 2761-84 "Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиенические, технические требования и правила выбора", что в условиях вынужденного безальтернативного использования водоисточников с повышенным содержанием минеральных и органических загрязнений требуется применения более эффективных и надежных технологий, таких как способ очистки воды электрокоагуляцией.
Известен способ очистки воды и модульное устройство для его осуществления [RU 2151106 С1, МПК 7 C02F 9/14, опубл. 20.06.2000]. Способ очистки включает предварительную очистку, первую стадию озонирования, электрокоагуляцию, вторую стадию озонирования и финишную очистку. Недостатком данного изобретения является то, что при его осуществлении необходимо выполнение большого объема химических анализов для регулярного предварительного определения концентрации удаляемых с использованием озона примесей в подлежащей очистке воде. Кроме того, необходима круглосуточно функционирующая химическая лаборатория, поскольку контроль концентрации остаточного озона в очищенной воде перед ее поступлением в водопроводную распределительную сеть должен осуществляться через каждый час работы модульного устройства, в соответствии с нормативными требованиями. И, наконец, при озонировании очищаемой воды возможно образование высокотоксичных, хорошо растворимых в воде диоксинов и формальдегида, которые в свою очередь очень трудно удаляются из воды, а для их определения  в объеме воды требуется хорошо оснащенная лаборатория.
Технический результат - достижение гарантированного и стабильного обеспечения нормативных показателей качества подготовки питьевой воды в соответствии с требованиями СанПиН 2.1.4.1074-01 "Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества" и качества очищенной сточной воды в соответствии с нормативами сброса. При этом согласно предложенному способу достигаются высокие показатели очистки воды за короткий промежуток времени. Кроме того, предлагаемый способ возможно применять очистке стоков различного происхождения.
Технический результат достигается за счет  способа электрокоагуляционной очистки природной воды и стоков различного происхождения, включающий в себя четырехступенчатые блоки гальваноиндуктивной обработки первой и второй ступени, четырехступенчатый блок электрокоагуляционной обработки, систему электромагнитной обработки высокой частот, блок электромагнитной обработки перпендикулярными полями, блок флотационной обработки с газоотделением, камеры взвешенного слоя глубокой сорбционной обработки, камеры ступенчатого тонкослойного отстаивания, фильтр с плавающей полимерной загрузкой, бок питания и управления, блок питания системы электромагнитной обработки высокой частоты и узел дозирования корректирующего раствора отличающийся тем, что воду многократно обрабатывают в блоке четырехступенчатой гальваноиндуктивной обработки первой ступени. Воду одновременно с гальваноиндуктивной и электрокоагуляционной обработкой, обрабатывают в электромагнитном поле с частотой 25 – 135 кГц с последующей ее обработкой в электромагнитных полях перпендикулярных друг к другу.
Воду повторно обрабатывают в блоке четырехступенчатой гальваноиндукции.
Предварительно обработанную воду в восьми секциях блоков гальваноиндуктивной обработки, обрабатывают в четырехступенчатом блоке электрокоагуляционной обработки.
Воду обрабатывают взаимоперпендикулярными электромагнитными полями.
Вода проходит флотационную, сорбционную обработку в камере взвешенного слоя, тонкослойное отстаивание и завершающее фильтрование на фильтрующем слое легкой полимерной загрузки.
На фиг. 1 изображена технологическая схема электрокоагуляционной очистки воды.
1 - Четырехступенчатый блок гальваноиндуктивной обработки 1 ступени
2 - Четырехступенчатый блок гальваноиндуктивной обработки 2 ступени
3 - Четырехступенчатый блок электрокоагуляционной обработки
4 - Система электромагнитной обработки высокой частоты
5 - Блок электромагнитной обработки перпендикулярными полями
6 - Блок флотационной обработки с газоотделением
7 - Камера взвешенного слоя глубокой сорбционной обработки
8 - Камера ступенчатого тонкослойного отстаивания
9 - Фильтр с плавающей полимерной загрузкой
10 - Блок питания и управления
11 - Блок питания системы электромагнитной обработки высокой частоты
12 - Узел дозирования корректирующего раствора.
По представленной технологической схеме электрокоагуляционной очистки воды фиг. 1 исходная природная вода подаётся на  четырехступенчатый блок гальваноиндуктивной обработки поз.1. Блок поз. 1 состоит из четырех ступеней, каждая из ступеней содержит систему электродов из разных по валентности металлов. При прохождении воды образуется слабый электричекий потенциал равный 0,5 – 0,8 В с одновременным растворением одного их электродов, при этом внешний потенциал не подключен, т. е. внешнего источника питания нет. При многократном прохождении воды через секции блока гальваноиндуктивной обработки поз.1 растворенные загрязнения слабо коагулируются с формированием взвеси. Вода из поз.1 направляется в блок гальваноиндуктивной обработки поз.2, который выполнен аналогично поз.1. Многократно – четыре раза в поз.1 и четыре раза в поз.2 вода получила высокую степень предварительной электрохимической обработки, в слабых электрических полях образованных за счет взаимодействия в воде разных по валентности металлов, после чего  обрабатываемая вода поступает на многоступенчатый блок электрокоагуляционной обработки поз.3. Конструктивно поз.3 выполнена аналогично поз.1 и поз.2, что дает возможность в любой момент перевести  каждый из вышеуказанных блоков в режим активной электрокоагуляционной работы, или наоборот, поз.3 перевести в пассивный режим, отключив источник питания, но включив в активную работу, например, поз.1 или поз.2. В блоке поз. 3 все четыре секции выполнены из растворимых электродов, на которые  подается постоянное напряжение 5 – 24 В. Кроме этого, вода, проходящая через секции блоков гальваноиндуктивной обработки поз.1 и поз.2 и блока электрокоагуляционной обработки поз.3 обрабатывается электромагнитным высокочастотным полем системы поз.4. Рабочая частота поз.4 составляет 25 – 135 кГц.         Кроме этого перед поз. 1 для стабилизации величины рН, равной 7,2-7,5, в воду дозируется  при помощи узла дозирования поз. 12 реагент гидроксохлорид алюминия или оксихлорид алюминия и раствор щёлочи NaOH или КОН. Дозирование реагентов повышает скорость их взаимодействия с водой за счет продолжительного  взаимодействия слабых электрических полей, что позволяет в зависимости от качества исходной воды работать только на поз.1, поз.2 без включения поз.3, а также повышает электропроводность воды при работе поз.3.  Блок электрокоагуляционной обработки поз.3 подключен к источнику постоянного тока поз.10, который имеет функции поддержания тока в заданном режиме. Далее вода проходит электромагнитную обработку в блоке поз.5 с взаимоперпендикулярными электромагнитными полями, образованными при помощи соленоидных катушек подключенных к источнику питания с потенциалом равным источнику поз.10, и поступает в блок флотационной обработки поз.6 с функцией камеры взвешенного слоя и камеры газоотделения.  Соотношение объёмов воды, проходящих через  блок поз. 3, и поступающего объёма на блок поз. 6 - 3-4:1. Блок поз. 6 в схеме предназначен для удаления из объёма очищаемой воды лёгких фракций загрязнений, которые формируются на поверхности в виде флотошлама. Продолжение функций поз.6 последующий узел схемы поз. 7 - это камера взвешенного слоя, в которой скорость восходящего потока незначительно превышает скорость осаждения образовавшихся хлопьев - это условие образования взвешенного слоя, что позволяет максимально полно образовавшимся хлопьям сорбировать из объёма воды загрязнения.
Конструктивно поз. 7 и поз.8 являются составными узлами осветлителя  и максимально разделены друг с другом, что позволяет поз. 7 и поз. 8 работать самостоятельно,  максимально не связанно со смежными узлами. Поз. 8 - камера тонкослойного отстаивания работающая на восходящем потоке от камеры взвешенного слоя поз. 7, что обеспечивает максимальное осветление воды. Что очень важно, удаление накопившегося осадка из поз. 8 не влияет на стабильную работу поз. 7, и наоборот, сброс осадка из поз. 7 не оказывает влияния на работу поз. 8. В традиционно применяемых осветлителях подобного не используется. Осветлённая вода от поз. 8 следует на поз. 9 - самопромывающийся фильтр с плавающей полимерной загрузкой, где очищенная вода проходит глубокую фильтрацию, и далее подаётся потребителю или в накопительную емкость для дальнейшего использования. Процесс промывки фильтра и удаления осадка от осветления в блоке поз.8 происходит по заданному алгоритму, при этом промывная вода от поз. 9 совместно с осадком от поз. 8 отводится на сброс.  Работа технологической схемы по заявленному способу показывает, что заявленная технология электрокоагуляционной очистки питьевой и сточной воды обеспечивает подготовку питьевой воды в соответствии с требованиями СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода», в том числе, при безальтернативном использовании подземных и поверхностных водоисточников с высоким содержанием органических и минеральных загрязняющих веществ, не соответствующих ГОСТ 2761-84 «Источники централизованного хозяйственного-питьевого водоснабжения».