Композиционный состав для очистки и обеззараживания воды

КОМПОЗИЦИОННЫЙ СОСТАВ ДЛЯ ОЧИСТКИ И ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДЫ Изобретение относится к области водоснабжения, а именно к составам, используемым для очистки и обеззараживания вод, в первую очередь, предназначенных для применения в хозяйственнопитьевых целях. Композиционный состав включает в качестве компонентов алюмосодержащий коагулянт и ПГМГ, причем в качестве коагулянта используют полиоксихлорид алюминия при массовой концентрации 4-12%, предпочтительно 102% в пересчете на оксид алюминия. Изобретение обеспечивает стабильную и надежную степень очистки воды независимо от сезонных изменений показателей качества исходной воды. Гетманцев Виктор Степанович,Гетманцев Степан Викторович,Горячев Олег Сергеевич, Иванов Сергей Иванович, Сомов Александр Александрович, Лимаренко Александр Евгеньевич, Новиков Марк Григорьевич, Чесноков Владимир Анатольевич (RU) Нилова М.И. (RU)(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ГЕТМАНЦЕВ СТЕПАН ВИКТОРОВИЧ; ЧЕСНОКОВ ВЛАДИМИР АНАТОЛЬЕВИЧ (RU) Изобретение относится к области водоснабжения, а именно к композиционным составам, используемым для очистки и обеззараживания вод, в первую очередь, предназначенных для использования в хозяйственно-питьевых целях. Известен композиционный состав для очистки и обеззараживания воды, включающий в качестве компонентов алюмосодержащий коагулянт (оксихлорид алюминия) и катионный флокулянт (марки Праестол) [1]. Испытание данного композиционного состава выявило его синергетический эффект по сравнению с входящими в него продуктами, последовательно вводимыми в очищаемую воду. Данный эффект обусловлен более быстрым формированием хлопьев и их лучшим осаждением. Кроме того, сформировавшиеся при этом хлопья обладают лучшими сорбционными свойствами по отношению к органическим веществам, а также к тяжелым металлам. Тем не менее, обеззараживающий эффект данного композиционного состава является недостаточным для получения безопасной в эпидемическом отношении питьевой воды, что во всех случаях вызывает необходимость использования на заключительной стадии очистки хлорсодержащих реагентов. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является предложенный в евразийском патенте 017486 композиционный состав для очистки и обеззараживания воды, включающий в качестве компонентов алюмосодержащий коагулянт (сульфат алюминия) и катионный флокулянт (полигексаметиленгуанидин гидрохлорид - ПГМГ) при массовом соотношении первого и второго компонентов от 10:1 до 150:1 [2]. Авторами изобретения согласно указанному евразийскому патенту 017486 было установлено,что данный композиционный состав обладает безусловным синергетическим эффектом по сравнению с раздельно вводимыми в воду входящими в этот состав компонентами. Кроме того, данный композиционный состав по сравнению с известным позволяет гораздо более глубоко в процессе очистки воды ее обеззараживать. Последнее обстоятельство, по-видимому, обусловлено тем, что входящий в рассмотренный состав ПГМГ не только позволяет в сочетании с коагулянтом формировать хлопья с повышенной сорбционной емкостью, в том числе и по отношению к микроорганизмам, но и способствует с течением времени их гибели. Вместе с тем испытания данного состава показали, что в ряде случаев, в частности при очистке маломутных цветных и высокоцветных поверхностных вод в зимний период, эффективность очистки снижается, в первую очередь, из-за вялого протекания процесса хлопьеобразования и, как следствие, формирования мелких хлопьев, характеризующихся незначительной гидравлической крупностью. Таким образом, целью предлагаемого изобретения является разработка такого композиционного состава, который стабильно и надежно независимо от сезонных изменений показателей качества исходной воды способствовал бы повышению степени ее очистки и обеззараживания. Поставленная цель согласно изобретению достигается за счет того, что в композиционном составе для очистки и обеззараживания воды, включающем в качестве компонентов алюмосодержащий коагулянт и ПГМГ, в качестве коагулянта используют полиоксихлорид алюминия при массовой концентрации 4-12% в пересчете на оксид алюминия. В одном из вариантов реализации изобретения предпочтительная массовая концентрация полиоксихлорида алюминия составляет 102%. Предпочтительно, чтобы в композиционном составе массовое соотношение полиоксихлорида алюминия (в пересчете на оксид алюминия Al2O3) к ПГМГ находилось в пределах от 20:1 до 200:1. Авторами настоящего изобретения было показано, что поставленная выше цель в полном объеме достигается за счет использования предлагаемого композиционного состава. Пример. Проводят несколько серий опытов. Первая серия направлена на создание композиции, в которой смешанные компоненты (полиоксихлорид алюминия и ПГМГ) образовывали бы однородный раствор, устойчивый при хранении. В данной серии в композиционных составах массовую долю полиоксихлорида алюминия в пересчете на Al2O3 изменяли от 2 до 15%. Результаты опытов сведены в табл. 1. Как следует из представленных в табл. 1 данных, при увеличении массовой концентрации полиоксихлорида алюминия свыше 12% в пересчете на Al2O3 наблюдается эффект высаливания: на поверхности раствора образуется пленка ПГМГ, не смешивающегося с полиоксихлоридом алюминия. При массовой концентрации полиоксихлорида алюминия менее 2% (в пересчете на Al2O3) снижается устойчивость раствора вследствие протекания гидролиза полиоксихлорида алюминия (раствор разлагается с образованием гидроксида алюминия). Предпочтительной является массовая доля оксида алюминия 102%, при которой растворы наиболее стабильны. Кроме того, данный диапазон концентраций приемлем из экономических соображений,так как для транспортировки и хранения удобны концентрированные растворы. Таблица 1 Зависимость внешнего вида композиционного состава от массовой доли полиоксихлорида алюминия, входящего в него Вторая серия опытов направлена на изучение эффективности очистки воды при использовании композиционного состава на основе полиоксихлорида алюминия и ПГМГ. При этом цветность воды находилась в пределах от 30 до 250 град, а компоненты состава полиоксихлорида алюминия (в пересчете на Al2O3) и ПГМГ в различных образцах находились в массовом соотношении от 15:1 до 220:1. Основными критериями эффективности процесса в данной серии опытов являлись снижение в осветленной отстаиванием (в течение 1,5 ч) воде цветности до 15 град, мутности и величины остаточного алюминия соответственно до 1,5 и 0,5 мг/дм 3. Остаточная величина второго компонента (ПГМГ) не должна была превышать ПДК, то есть составлять не более 0,1 мг/дм 3. Результаты испытаний показали, что оптимальное массовое соотношение оксида алюминия и ПГМГ в композиционном составе, используемом для воды с широким диапазоном цветности, находится в пределах от 20:1 до 200:1. Увеличение первого компонента сверх указанного в соотношении приводит к превышению величины остаточного алюминия. Напротив, уменьшение первого компонента ниже указанного в соотношении приводит к превышению величины ПГМГ в отстоенной воде сверх ПДК. Третья серия опытов направлена на изучение эффективности очистки воды отстаиванием при использовании трех композиционных составов: 1) состав, включающий коагулянт - оксихлорид алюминия и флокулянт марки Праестол (состав,рассмотренный в качестве аналога в настоящей заявке); 2) состав, включающий коагулянт - сульфат алюминия и флокулянт - ПГМГ (состав, рассмотренный в качестве прототипа в настоящей заявке); 3) состав, включающий коагулянт - полиоксихлорид алюминия и флокулянт - ПГМГ (предложенный состав). В процессе испытаний очищаемая вода характеризовалась следующими показателями: температура 0,5 С, мутность 1,1-1,4 мг/дм 3, цветность 91-94 град, перманганатная окисляемость 13,8-14,2 мг О 2/дм 3. Микробиологические показатели отмечались на уровне ОМЧ - 63-68 КОЕ/мл, ОКБ - 250 КОЕ/100 мл,ТКБ - 250 КОЕ/100 мл. Во всех сериях опытов в композиционных составах доза коагулянта в пересчете на Al2O3 составляла 15 мг/дм 3, доза флокулянта по активной части - 0,25 мг/дм 3. Испытания проводились по общепринятой методике пробного коагулирования в цилиндрах объемом 1 л каждый. После введения композиционного состава в очищаемую воду смесь перемешивали в течение 20 с со скоростью 100-120 об/мин, после чего скорость перемешивания снижали до 55-60 об/мин, и процесс хлопьеобразования осуществлялся в течение 6 мин. После этого пробы помещали в холодильник и оставляли на отстаивание. Качество очищенной воды оценивалось через 1,5 ч отстаивания. Результаты испытаний приведены в табл. 2. Таблица 2 Основные показатели качества очищенной отстаиванием воды Как следует из представленных в табл. 2 данных, вид композиционного состава практически не влияет на величину снижения цветности воды. Однако по таким показателям качества, как мутность и величина остаточного алюминия, большая эффективность достигалась при применении композиционных составов, в которых в качестве коагулянта использовали полиоксихлорид алюминия. Что касается результатов микробиологических исследований, лучшие результаты достигались при применении композиционных составов, в которых использовали ПГМГ. Вместе с тем, выполненные исследования убедительно показали, что существенное комплексное улучшение качества очищенной воды по показателям мутность, величина остаточного алюминия и микробиологические показатели достигалось только при использовании предложенного композиционного состава. Кроме того, полученные результаты свидетельствуют о том, что за счет лучшего процесса отстаивания (снижения мутности) при использовании предложенного композиционного состава по сравнению с известными уменьшается грязевая нагрузка, приходящая на следующую ступень очистки воды (скорые фильтры), что позволяет увеличить продолжительность фильтроцикла, сократив тем самым расход воды на собственные нужды. В свою очередь, за счет улучшения микробиологических показателей воды снижается расход реагента, подаваемого на заключительном этапе обеззараживания. Источники информации 1. Пислегина О.А., Гандурина Л.В. Влияние состава органоминеральных флокулянтов на эффективность их применения для очистки сточных вод//Вода: Экология и технология. Тезисы. VI Международный конгресс. М., 2006. С. 445. 2. Евразийский патент 017486 на изобретение "Композиционный состав для очистки и обеззараживания воды", выданный по евразийской заявке 201101546, дата подачи заявки 01.11.2011 г., дата выдачи патента 28.12.2012 г. (прототип). ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Композиционный состав для очистки и обеззараживания воды, включающий в качестве компонентов алюмосодержащий коагулянт и полигексаметиленгуанидин гидрохлорид (ПГМГ), отличающийся тем, что в качестве коагулянта используют полиоксихлорид алюминия при массовой концентрации 412% в пересчете на оксид алюминия. 2. Композиционный состав для очистки и обеззараживания воды по п.1, отличающийся тем, что массовая концентрация полиоксихлорида алюминия в составе составляет 102% в пересчете на оксид алюминия. 3. Композиционный состав для очистки и обеззараживания воды по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что массовое соотношение полиоксихлорида алюминия в пересчете на оксид алюминия к ПГМГ находится в пределах от 20:1 до 200:1.