АППАРАТ ДЛЯ ОЧИСТКИ ПРИРОДНЫХ ВОД

Полезная модель относится к области коммунального хозяйства и может быть использована как техническое средство для реализации технологии очистки речных и озерных (природных) вод.
Реагентная обработка является неотъемлемой частью процесса очистки природных вод. Успешность проведения зависит в первую очередь от правильности подбора реагентов и определения оптимального режима перемешивания с потоком воды и последующего хлопьеобразования. Эффективность действия реагентов зависит от состава воды, рН, природы обуславливающих цветность органических веществ, перманганатной окисляемости, температуры.
Известна конструкция аппарата для очистки природных вод, которая содержит смеситель с лопастной мешалкой, в который вместе с природной водой подают флокулянт и коагулянт. В качестве первого вещества используют Praestol 650 ВС, а в качестве второго - 10%-раствор оксихлорида алюминия (далее - OA) в смеси с Полисепт. Смеситель сообщен с расходной емкостью - осветлителем, где в основном и происходит взаимодействие природной воды с реагентами. Из верхней части емкости - осветлителя - продукт взаимодействия поступает в фильтровальные колонны, одна из которых частично заполнена сорбентом типа АС, ниже которого располагается слой фильтра, выполненный из мраморной крошки. Обе колонны независимо друг от друга связаны с дренажной системой, а так же с наружным пространством посредством воздуховыводящих трубок. Соединение всех вышеперечисленных узлов аппарата в указанной последовательности осуществляется с помощью трубопроводов, в который включен насосный агрегат [Ивкин П.А., Латышев А.С. Совершенствование технологии очистки высокоцветных и маломутных вод. Журнал «Водоснабжение и Санитарная техника», №7, 2010].
Недостатком описанного аппарата является то, что в нем реализуется технология очистки природных вод, предполагающая использование в качестве коаулянта смеси оксихлорида алюминия и Полисепта, что ввиду высокой стоимости последнего (565 руб/кг) реализуемую технологию экономически малоэффективной.
Таким образом, задачей полезной модели является улучшение экономических показателей процесса очистки природных вод.
Поставленная задача в полезной модели решается за счет того, что в аппарате для очистки природных вод, включающем смеситель последних с коагулянтом, сообщенный с последовательно связанными между собой расходной емкостью-осветлителем и фильтровальной колонной, которая в свою очередь соединена с дренажной системой, введен источник жидкого феррата натрия в виде электрохимической ячейки, связанной с емкостью-осветлителем и установленной параллельно смесителю.
Технический результат состоит в том, что жидкий феррат натрия является универсальным средством, обеспечивающим одновременно процесс коагуляции и флокуляции.
На чертеже (Приложение А), прилагаемом к описанию, дано схематическое изображение предлагаемой в полезной модели конструкции аппарата для очистки природных вод.
Аппарат для очистки природных вод содержит смеситель (1) с лопаточной мешалкой (2), к которому трубопроводом (3) подводится природная вода, предварительно насыщенная необходимым количеством 10%-раствором OA. Трубопроводом (4) смеситель (1) сообщен с емкостью-осветлителем (5). Параллельно смесителю (1) в аппарате смонтирован источник жидкого феррата в виде электролизной ячейки (6), включающий железосодержащий анод (7), установленный в анодной камере и отделенный от катода (8) ионообменной мембраной (9). Источник электрического тока и соответствующие цепи на чертеже не показаны. Далее емкость-осветлитель (5) посредством трубопровода (10) связана с введенной в аппарат колонной (11), в которой происходит отстаивание образовавшихся хлопьев и их осаждение. Колонна (11) трубопроводом (12) подсоединена к верхней части фильтровальной колонны (13), которая по конструкции и по наполняющим ее реагентам аналогична фильтровальной колонне, описанной выше в конструкции аппарата-прототипа. Колонна (13) трубопроводом (14) связана с дренажной системой (15). Связь ячейки с емкостью-осветлителем осуществляется трубопроводом 6А. Обе колонны снабжены общим воздуховодом (16). Стрелкой (17) на чертеже показан процесс удаления осажденных хлопьев из колонны (11).
Работает аппарат следующим образом: в смеситель (1) по трубопроводу (3) подается природная вода, в которую предварительно перед смесителем (1) вводится коагулянт 10%-раствор OA. Под действием лопаточной мешалки (3) идет процесс активного смешивания воды и OA, в результате которого происходит коагуляция различных химических включений природной воды. По трубопроводу (4) полученная смесь поступает в емкость-осветлитель (5), куда одновременно по трубопроводу (6А) подают жидкий феррат натрия, вырабатываемый в электрохимической ячейке 6. Процесс получения жидкого феррата натрия заключается в том, что в анодную и катодную камеры ячейки поступает раствор гидроксида натрия, а затем на электроды подается постоянный электрический ток.
В качестве расходуемого электрода используется железосодержащий анод (7). Под действием электрического тока на поверхности анода образуются переходные слои гидроксокомплексов железа разных степеней окисления. Последней шестой степенью окисления железа является феррат натрия (VI). При этом в анодной камере также образуются катионы натрия Na+, проходящие через мембрану в катодную камеру. Также в анодной камере при постепенном разложении феррата выделяется газообразный кислород. Реакции этих процессов выглядят следующим образом:
2
4
2
+
Fe+8NaOH→NaFeO+4HO+6Na
2
4
2
3
2
4NaFeO+10HO→4Fe(OH)+8NaOH+3O↑
В катодной камере, куда через мембрану проходят катионы натрия, незначительно повышается концентрация раствора гидроксида натрия и выделяется газообразный водород:
2
2
-
3HO→3Н↑+8OH - 6е
Оба газа удаляются из камер электролизера раздельно. Система удаления газов на чертеже не показана.
Следует отметить, что в последние десятилетия исследования свойств ферратов показали, что использование данных веществ в качестве окислителей в сфере очистки сточных и питьевых вод перспективно считать наилучшими благодаря самому высокому окислительно-восстановительному потенциалу (далее - ОВП) из применяемых на практике на сегодняшний день, равному 2.2 В в кислой среде (для сравнения - ОВП озона равен 2.07 В, а гипохлорита натрия - 1.63 В). При этом ферраты могут быть использованы и как коагулянты, и как флокулянты благодаря способности формировать крупные комплексы частиц из коллоидных растворов для дальнейшего осаждения и фильтрации.
При попадании феррата натрия в емкость-осветлитель (5) процесс коагуляции и флокуляции резко интенсифицируются, что в конечном итоге приводит к образованию хлопьев, т.е. продуктов химического взаимодействия феррата и OA с химическими веществами, содержащимися в природной воде.
Из емкости-осветлителя (5) поток жидкости, насыщенный хлопьями, направляют по трубопроводу (10) в колонну (11), где происходит осаждение хлопьев из потока несущего их жидкости.
Очищенная от хлопьев вода направляется в колонну (13), где через слой сорбента АС и мраморной крошки очищенная вода по трубопроводу (14) спускается в дренажную систему (15). Сорбент позволяет скорректировать рН и снизить жесткость воды, а также за счет подбора ионообменной загрузки под конкретную задачу осуществлять доочистку воды от ряда химических соединений и органических остатков.
Газ, выделяющийся в колоннах (11, 13) общим воздуховодом (16) выводится в наружное пространство. Слой сорбента АС необходим для выравнивания ионообменного баланса и фильтрации ионов железа, марганца, алюминия и др.
На экспериментальной установке, имитирующей предлагаемый в полезной модели аппарат, содержащий все вышеописанные конструктивные элементы, был осуществлен ряд экспериментов по обработке природной воды, в частности взятой из р. Нева. В таблице, приведенной ниже, дается ряд исходных данных по процессу очистки и расчет экономической эффективности, в который вошел расчет эффективности по совместному использованию в качестве коагулянта OA и жидким феррата натрия.
3
Экономическая эффективность по использованию феррата натрия в качестве флокулянта вместо импортного Praestol 650 не подсчитывалось. Однако по предварительным суждениям способна только ее (эффективность) увеличить. Приведенные в таблице 1 расчеты показывают, что полная замена импортных компонентов на предлагаемый аппарат экономит средства на закупку реагентов в 1,3 раза, а сама экономия составляет 0,42 руб/м.