СПОСОБ МАГНИТНО-РЕАГЕНТНОЙ ОБРАБОТКИ СТОЧНЫХ ВОД
METHOD OF MAGNETIC-REAGENT TREATMENT OF WASTE WATER

Изобретение относится к области обработки воды, а именно к способам очистки природной и хозяйственно-бытовых сточных вод, в частности к способу магнитно-реагентной очистки сточных вод.
Известен способ очистки воды (Способ очистки воды: авторское свидетельство №1490094, Союз Советских Социалистических Республик, заявка №SU4282146; заявл. 13.07.1987; опубл. 30.06.1989), введение сульфата алюминия (коагулянт) в промывную воду и полиакриламида (флокулянт) в исходную, отстаивание, фильтрование и смешение промывных вод с исходной водой.
Недостатком данного способа является относительно низкая эффективность по показаниям: цветность, мутность, окисляемость, остаточное содержание алюминия; падение качества водоподготовки при сезонных колебаниях исходных показателей воды; высокий расход реагентов.
Также известен способ очистки сточных вод (Способ очистки сточных вод: заявка №RU94033624, Российская Федерация; заявл. 14.09.1994; опубл. 10.08.1996), включающий предварительную активацию вводимого в поток обрабатываемой воды реагента (реагентов) магнитным полем, а после реагентной обработки воды удерживают до окончания релаксационных процессов в них.
Недостатком указанного технического решения является относительно низкая эффективность очистки, длительность релаксационных процессов в осветителях (прудах отстойниках) после магнитно-реагентной обработки, отсутствие предусмотренной технологической возможности регулирования параметров магнитной обработки под сезонно изменяющиеся показатели обрабатываемой среды, а так же высокий расход реагентов.
Известен способ очистки коммунальных стоков (Способ очистки коммунальных стоков и технологический комплекс для его осуществления: патент №2662529, Российская Федерация, заявка №RU 2016141877; заявл. 25.10.2016, опубл. 26.07.2018). Коммунальные стоки очищают от неспецифических включений в устройстве в виде сит, гомогенизируют и ощелачивают известковым молочком из расчета 0,1-1,0 г/дм до получения суспензии с рН 10,5-11,5. Суспензию дополнительно подвергают обработке комплексом энергетических воздействий - кавитацией, магнитострикцией и ультразвуком. Полученную суспензию обрабатывают озоном для дополнительного окисления и образования водонерастворимых солей с последующим их осаждением. Суспензию насыщают углекислым газом до получения рН, соответствующего нормам ПДК. Разделение фракций осуществляют гравитационно в тонкопленочном фильтре с получением густого осадка и воды. При этом воду дополнительно очищают в фильтрах тонкой доочистки.
Недостатком вышеприведенного способа является сложность технологического процесса водоподготовки и высокая металлоемкость оборудования, а так же относительно низкая эффективность работы магнитного аппарата, обусловленная наличием дополнительных узлов энергетического воздействия, только комплексное воздействие которых может оказать должный эффект.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ обеззараживания и очистки жидких сред (Способ обеззараживания и очистки жидких сред и технологическая линия для его реализации: патент №2585635, Российская Федерация, заявка №RU 2014150665; заявл. 15.12.2014; опубл. 27.05.2016), при реализации которого осуществляют кавитационную обработку среды посредством струйной кавитации с эжектированием в кавитатор воздуха или кислород-воздушной смеси, последующую обработку среды посредством гидродинамического реактора с вращающимся магнитным полем и ферромагнитными иглами и отстаивание обработанной среды с отделением шлама. При этом в процессе гидродинамической обработки среды осуществляют подачу в гидродинамический реактор по меньшей мере одного реагента, выбранного из группы, включающей: известковое молоко, сульфат алюминия, хлорное железо. Данный способ принят за прототип.
Недостатком прототипа является относительно невысокая эффективность обработки жидких сред вращающимся магнитным полем, обусловленная низким значением напряженности и отсутствием возможности регулирования параметров магнитного воздействия; сложность технологического процесса водоподготовки.
Техническая проблема заключалась в необходимости разработки простого и эффективного способа магнитно-реагентной очистки сточных вод, лишенного вышеприведенных недостатков.
Технический результат состоит в повышении эффективности магнитно-реагентной очистки сточных вод.
Технический результат достигается тем, что в способе магнитно-реагентной очистки сточных вод, включающем проведение магнитной обработки очищаемой воды совместно с вводом реагентов, согласно изобретению для магнитной обработки используют импульсное магнитное поле частотой 10-30 Гц, направленное вдоль потока обрабатываемой жидкости.
В наиболее предпочтительном варианте реализации изобретения перед вводом реагентов ведут измерение цветности воды и в зависимости от замеренных значений регулируют режим магнитного воздействия и количество вводимых реагентов. При этом измерение цветности воды и регулировка режима магнитного воздействия и количества вводимых реагентов проводят автоматически с помощью системы контроля показателей.
Обработка очищаемой воды импульсным магнитным полем частотой 10-30 Гц, направленным вдоль потока обрабатываемой жидкости позволяет повысить эффективность магнитно-реагентной обработки сточных вод. При этом важно, что магнитное поле было направлено вдоль потока, так как силы возникающие при магнитной обработке имеют схожее направление с силами, мешающими коагуляции частиц загрязнений. При совместном участии магнитного поля и реагентов (коагулянтов и флокулянтов) работа магнитных сил уменьшает свободную поверхностную энергию системы. Снижение межфазной энергии способствует лучшему хлопьеобразованию. В результате можно добиться ускорения процессов хлопьеобразования при той же концентрации реагентов, либо снизить их расход сохранив длительность водоподготовки.
Потребность регулировать частоту следования импульсов обусловлена необходимостью подбора оптимальных параметров обработки для сточных вод с различным уровнем загрязнения.
Оптимальный диапазон частоты импульсного магнитного поля определяли следующим образом. Проводили экспериментальные исследования, в ходе которых проводили несколько серий опытов, включающих ввод реагентов и последующую магнитную обработку сточной воды. Каждая серия опытов отличалась частотой магнитного поля. В конце опытов производили замеры цветности, мутности, окисляемости и концентрации железа в очищенной воде. Результаты опытов приведены в таблице 1.
* - Холостая (исходная) проба воды
В результате проведенных испытаний были определены оптимальные частотные диапазоны импульсной магнитной обработки, при которых удается получить воду с требуемыми (согласно требованиям Сан-Пин 2.1.4.1074-01) нормативами качества: 10-30 Гц. При меньшей частоте интенсивность магнитного воздействия низкая и не происходит обработки всего потока жидкости, в связи с этим наблюдается низкое качество воды после обработки, что подтверждают результаты исследований, а именно: цветность 25±2,5 и 17±1,5 град. цвета.; мутность 2,32±0,22 и 1,82±0,23 мг/л; окисляемость 6,89±1,46 и 5,98±1,26 мг/л, содержание железа 0,62±0,12 и 0,5±0,12 мг/л.Напротив, при большем значении частоты наблюдается постепенное снижение эффективности обработки ввиду падения напряженности магнитного поля. Это также подтверждают результаты исследований, а именно: цветность 8.3±0,3 град, цвета.; мутность 1,24±0,6 мг/л; окисляемость 3,56±1,34, содержание железа 0,38±0,22 мг/л.
В реальных условиях водоподготовки уровень загрязнения обрабатываемой среды, влияющий на эффективность очистки, с течением времени может изменяться. По этой причине способ комплексной очистки воды должен быть снабжен системой по контролю показателей среды и обеспечивать оперативную подстройку режимов обработки. С этой целью предлагаемый способ магнитно-реагентной обработки снабжен автоматизированной системой контроля показателей, отслеживающей показания датчиков расхода жидкости и цветности воды на входе и выходе с электромагнита.
Цветность воды обуславливается присутствием в воде органических загрязнителей и (или) железа, а так же может судить о наличии загрязнения промышленными стоками. В классической системе водоподготовки методом реагентного осветления показатель цветности снижается за счет увеличения количества коагулянтов. Поскольку магнитное поле действует на эффективность коагуляции при обработке реагентом, показатель цветности был выбран в виде качественно характеристики процесса.
При изменении цветности более чем на 10% система подстраивает частоту следования импульсов (в диапазоне 10-30 Гц) и дозировку реагентов (±5-25% от установленного расхода), тем самым изменяя интенсивность воздействия. Выбор установленного количества дозировки реагентов зависит от показателей цветности, мутности и окисляемости исходной воды, и выбирается в лаборатории без учета участия в процессе водоподготовки магнитного аппарата.
В таблице 2 приведены значения режимов магнитно-реагентной обработки в зависимости от параметров обрабатываемой жидкости.
ΔQP - Изменение дозировки реагента в процентном соотношении, от установленного количества.
* - Установленный в лаборатории режим реагентной обработки, принятый без участия магнитного поля для нормального уровня загрязнения характерного для данного объекта.
Таким образом, использование автоматизированной системы по контролю за изменением состояния обрабатываемой среды, в способе магнитно-реагентной обработки, использующим импульсное магнитное поле низкой частоты (10-30 Гц), направленное вдоль потока, позволяет решить поставленную задачу повышения эффективности очистки сточных вод.
Заявляемый способ осуществляется следующим образом.
Вода, подаваемая насосной станцией, проходит через систему контроля показателей, которая замеряет значения цветности воды в потоке, поступает в смеситель, куда вводится раствор реагентов, необходимый для коагулирования и где происходит их смешение с водой. После ввода реагентов система осуществляет обработку воды импульсным магнитным полем частотой 10-30 Гц с помощью электромагнита, установленного на участке трубопровода после смесителя. В зависимости от значений цветности система определяет режим магнитной обработки и подбирает дозировку реагентов. Из смесителя обработанная магнитным полем вода подается на отстойники (осветлители), где происходит процесс хлопьеобразования с последующим осаждением загрязняющих веществ.
Заявляемое изобретение поясняется примерами.
Пример 1.
Определяли эффективность магнитно-реагентной обработки воды в присутствие реагентов по остаточному содержанию загрязняющих компонентов в воде при учете того, что согласно требованиям Сан Пин 2.1.4.1074-01 вода после очистки должна удовлетворять следующим основным критериям:
Цветность ≤20 град, цвета.
Мутность ≤1,5 мг/л
Окисляемость ≤5,0 мг/л
Железо ≤0,3 мг/л.
Остаточное содержание алюминия ≤0,5 мг/л
Испытания проводили путем измерения качества сепарированной воды фотохимическим способом.
В ходе испытаний сточную воду, с начальным показаниям цветности 60 град. цвет, однократно обрабатывали импульсным магнитным полем с частотой 21 Гц, предварительно осуществив ввод реагентов. В качестве реагентов использовали коагулянт - сернокислый алюминий в концентрации 15 мг/л и флокулянт-полиакриламид, в концентрации 0,3 мг/л. После введения реагентов раствор перемешивали в течение 6 минут (имитация процесса хлопьеобразования в осветлителе).
Проводили несколько серий опытов, сравнивая эффективность осветления питьевой воды после введения реагентов с применением последующей магнитной обработки и без нее. Образцы сливали в делительные воронки и отстаивали. Через равные промежутки времени (90 мин) производили отбор проб с последующим замером цветности, мутности, окисляемое™, концентрации железа, остаточной концентрации алюминия. Результаты опытов приведены в таблице 3.
1 - Холостая проба - без обработки МП и реагента
2 - Проба обработанная коагулянтом и флокулянтом
3 - Проба обработанная коагулянтом и флокулянтом + импульсным МП
В результате проведенных испытаний было определено, что импульсное магнитное поле существенно повышает эффективность водоподготовки в присутствие реагентов, позволяя довести воду до установленного нормативами качества.
Пример 2.
Определяли эффективность магнитно-реагентной обработки воды в присутствие реагентов по остаточному содержанию загрязняющих компонентов в воде по методике, описанной в примере 1, заменив коагулянт на хлорное железо с дозировкой 18 мг/л, а флокулянт на полиамин с дозировкой 0,4 мг/л. Результаты опытов приведены в таблице 4.
1 - Холостая проба - без обработки МП и реагента
2 - Проба обработанная коагулянтом и флокулянтом
3 - Проба обработанная коагулянтом и флокулянтом + импульсным МП
В результате проведенных испытаний было определено, что импульсное магнитное поле положительно влияет на динамику процесса коагуляции и эффективность водоподготовки в независимости от применяемого коагулянта. В качестве коагулянтов использовались реагенты, применяемые на сегодняшний момент на объектах водоподготовки.
Пример 3.
Определяли эффективность магнитно-реагентной обработки воды в присутствие реагентов по остаточному содержанию загрязняющих компонентов в воде по методике, описанной в примере 1, используя в качестве исходной воду с начальным показаниям цветности 78 град. цвет, (больший уровень загрязнения). Установленное количество дозировки реагента было увеличено на 15% и составило 17,25 мг/л сернокислого алюминия, и 0,35 полиакриламида. Частота магнитного поля была увеличена до 27 Гц. Результаты опытов приведены в таблице 5.
1 - Холостая проба - без обработки МП и реагента
2 - Проба обработанная коагулянтом и флокулянтом + импульсным МП
В результате проведенных испытаний было определено, что система по контрою за изменением состояния обрабатываемой среды позволяет регулировать режим магнитно-реагентной обработки сохраняя при этом требуемое качество очистки воды.
Кроме того, использование магнитного поля позволяет снизить требуемый расчетный расход реагентов в 2 раза, так как при цветности 78 град, рекомендуется подавать коагулянт в концентрации 35 мг/л.