RU2341325C2 - Method of preparing working solution of coagulant - Google Patents

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: dissolution of commercial reagent takes place through multiple circulations of the contents of the tank through cavitation-vertical flow in which the dispersion of particles of the prepared suspension takes place right down to their nano-sizes with simultaneous increment of temperature, moreover more temporal value of circulation corresponds to higher heating temperature. Whereby the root mean square of the velocity gradient of mixing the suspension (G) is from 1000 c^-1 and circulation time is from 4 to 15 minutes.

EFFECT: reduction of operational costs related to the heating of water for preparing a working solution during the period of low temperature, intensification of the process of aggregation of suspended substances by improving adsorptive substances of the suspension of aluminium poly-oxychloride and increasing the ageing time of the working solution of coagulant.

5 ex, 2 tbl

Description

Изобретение относится к способам приготовления рабочего раствора коагулянта, в том числе и полиоксихлорида алюминия, для очистки вод от загрязняющих веществ и может быть использовано в области хозяйственно-питьевого, технического водоснабжения или в физико-химической очистке сточных вод.The invention relates to methods for preparing a working solution of a coagulant, including aluminum polyoxychloride, for purifying water from pollutants and can be used in the field of drinking water, industrial water supply or in physicochemical wastewater treatment.

Известен способ приготовления рабочего раствора коагулянта, в котором растворение реагентов в жидкости ведут барботированием воздухом или механическим перемешиванием при относительно низких оборотах мешалки. Иногда растворение ведут непрерывной циркуляцией раствора насосом. Растворение реагента происходит путем создания потоков: внутренних циркуляционных (барботаж или механическое перемешивание с относительно низкой интенсивностью) либо внешних (циркуляционный насос) (см. Фрог Б.Н. Водоподготовка. - Москва, 2001 г., с.111-114). При этом для повышения растворимости коагулянта ведут подогрев жидкости.A known method of preparing a working solution of a coagulant, in which the dissolution of the reagents in a liquid is carried out by bubbling with air or mechanical stirring at relatively low speeds of the mixer. Sometimes dissolution is carried out by continuous circulation of the solution by the pump. The reagent is dissolved by creating flows: internal circulation (bubbling or mechanical stirring with a relatively low intensity) or external (circulation pump) (see Frog B.N. Water treatment. - Moscow, 2001, p. 111-114). Moreover, to increase the solubility of the coagulant, the fluid is heated.

Недостатками данного способа являются необходимость применения дополнительного источника нагрева и, следовательно, высокие эксплуатационные расходы при получении горячей воды, подаваемой для растворения реагентов в период низких температур; низкая интенсивность перемешивания и, следовательно, значения среднеквадратичного градиента скорости перемешивания, практически не оказывающая влияние на степень дисперсности приготовляемой суспензии и, следовательно, на ее коагуляционную способность.The disadvantages of this method are the need to use an additional heating source and, therefore, high operating costs for hot water supplied to dissolve the reagents in a period of low temperatures; low intensity of mixing and, consequently, the values of the root-mean-square gradient of the mixing speed, which practically does not affect the degree of dispersion of the prepared suspension and, therefore, its coagulation ability.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ приготовления рабочего раствора коагулянта путем совместного гидравлического и пневматического перемешивания за счет его циркуляции через колонну, в центре которой создается воздушный жгут засасываемого из атмосферы воздуха (см. Турянский И.П., Лысов В.А., Турянская Н.И. Реконструкция и интенсификация инженерных сетей и сооружений водопровода. Ростов-на-Дону, 2002 г., с.48).Closest to the technical nature of the present invention is a method for preparing a working solution of coagulant by combined hydraulic and pneumatic mixing due to its circulation through a column in the center of which an air bundle of air drawn in from the atmosphere is created (see Turyansky I.P., Lysov V.A. ., Turyanskaya NI Reconstruction and intensification of engineering networks and water supply facilities. Rostov-on-Don, 2002, p. 48).

Принятый за прототип способ обладает рядом недостатков: при простоте реализации затрачиваемая энергия расходуется только на перемешивание и циркуляцию приготовляемого рабочего раствора коагулянта в системе. Поскольку растворение - процесс эндотермический, то для более полного растворения коагулянта требуется подогрев раствора. При этом среднеквадратичный градиент скорости перемешивания (G) довольно низок и имеет порядок нескольких сотен с^-1, т.е. в данном способе не происходит существенного изменения физико-химических свойств приготовляемого рабочего раствора коагулянта (температуры, степени дисперсности), что не повышает его коагуляционную активность и не влияет на процесс его "старения".The method adopted for the prototype has a number of disadvantages: with ease of implementation, the energy expended is spent only on mixing and circulating the prepared working solution of the coagulant in the system. Since dissolution is an endothermic process, heating the solution is required to more completely dissolve the coagulant. Moreover, the rms gradient of the mixing rate (G) is quite low and has the order of several hundred s ^-1 , i.e. in this method there is no significant change in the physicochemical properties of the prepared working solution of the coagulant (temperature, degree of dispersion), which does not increase its coagulation activity and does not affect the process of its “aging”.

Задачами изобретения являются:The objectives of the invention are:

- снижение эксплуатационных расходов, связанных с подогревом воды для приготовления рабочего раствора коагулянта;- reduction of operating costs associated with heating water for the preparation of a working solution of a coagulant;

- повышение коагуляционной активности приготовляемого рабочего раствора коагулянта, выражающееся в интенсификации происходящего в дальнейшем, при его применении, процесса агрегирования взвешенных веществ;- increased coagulation activity of the prepared working solution of the coagulant, expressed in the intensification of what happens in the future, when it is used, the process of aggregation of suspended solids;

- увеличение времени "старения " рабочего раствора коагулянта.- increase the time of "aging" of the working solution of the coagulant.

Решение задачи достигается тем, что в известном способе приготовления рабочего раствора коагулянта, включающем его перемешивание и циркуляцию, перемешивание ведут одновременно с диспергированием частиц коагулянта, вплоть до наноразмеров, а циркуляцию осуществляют через кавитационно-вихревой поток при одновременном повышении температуры, причем большее значение времени циркуляции соответствует большей температуре нагрева. При этом среднеквадратичный градиент скорости перемешивания суспензии (G) составляет от 220000 c^-1, а время циркуляции - от 4-15 мин.The solution is achieved by the fact that in the known method of preparing a working solution of a coagulant, including its mixing and circulation, mixing is carried out simultaneously with the dispersion of coagulant particles, up to nanoscale, and the circulation is carried out through a cavitation-vortex stream while increasing the temperature, with a greater value of the circulation time corresponds to a higher heating temperature. In this case, the rms gradient of the stirring speed of the suspension (G) is from 220,000 s ^-1 , and the circulation time is from 4-15 minutes.

Способ приготовления рабочего раствора коагулянта осуществляется следующим образом. В емкость, содержащую товарный коагулянт, заливают необходимое для получения заданной концентрации количество воды. Затем полученную суспензию многократно пропускают через кавитационно-вихревой поток при значениях G от 220000 c^-1 и времени циркуляции (Т) от 4-15 мин. С этой целью применяется тепловой вихревой генератор, который позволяет обеспечить в баке циркуляцию приготавливаемого рабочего раствора коагулянта. В процессе циркуляции жидкость многократно проходит через формирующийся внутри корпуса генератора кавитационно-вихревой поток с высокой степенью турбулентности, который и вызывает диспергирование частиц приготавливаемой суспензии. Диспергирование в кавитационно-вихревом генераторе по сравнению с чисто гидромеханическим перемешиванием происходит за счет диссипации в вихревой поток дополнительной энергии "захлопывания" кавитационных пузырьков. Процесс диспергирования идет как бы с нарастающим эффектом во времени за счет циркуляции. Параллельно с процессом диспергирования также происходит нагрев циркуляционного потока, что ускоряет процесс растворения реагента, особенно в период низких температур.A method of preparing a working solution of a coagulant is as follows. The amount of water necessary to obtain a given concentration is poured into a container containing a commodity coagulant. Then, the resulting suspension is repeatedly passed through a cavitation-vortex flow at G values from 220,000 s ^-1 and circulation time (T) from 4-15 minutes. For this purpose, a thermal vortex generator is used, which makes it possible to ensure circulation of the prepared coagulant working solution in the tank. In the process of circulation, the fluid repeatedly passes through a cavitation-vortex flow with a high degree of turbulence forming inside the generator’s body, which causes dispersion of the particles of the prepared suspension. Dispersion in a cavitation-vortex generator in comparison with purely hydromechanical mixing occurs due to the dissipation of additional energy of "collapse" of cavitation bubbles into the vortex flow. The process of dispersion proceeds, as it were, with an increasing effect in time due to circulation. In parallel with the dispersion process, the circulation flow is also heated, which accelerates the dissolution of the reagent, especially at low temperatures.

Поскольку приготовляемый рабочий раствор коагулянта не является истинным раствором, а лишь достаточно тонкодисперсной разбавленной суспензией (золем), то диспергирование частиц такой суспензии и ее параллельный нагрев ускоряет процесс дальнейшего гидролиза коагулянта. При введении его в обрабатываемую воду он проходит полнее, а увеличение численной концентрации частиц при одной и той же их концентрации в единице объема приводит к ускорению первой стадии процесса коагуляции - перекинетической и более эффективной следующей за ней ортокинетической стадии. В целом повышается эффективность агломерации взвеси обрабатываемой воды. Кроме этого получаемый тонкодисперсный рабочий раствор коагулянта более продолжительно во времени сохраняет свою коагуляционную активность, т.е. увеличивается его время "старения".Since the prepared working solution of the coagulant is not a true solution, but only a sufficiently finely divided diluted suspension (sol), the dispersion of particles of such a suspension and its parallel heating accelerates the process of further hydrolysis of the coagulant. When it is introduced into the treated water, it passes more fully, and an increase in the numerical concentration of particles at the same concentration in a unit volume leads to an acceleration of the first stage of the coagulation process - the perkinetic and more effective orthokinetic stage following it. In general, the agglomeration efficiency of the suspension of treated water is increased. In addition, the obtained finely dispersed coagulant working solution retains its coagulation activity for a longer time, i.e. its “aging” time is increasing.

Примеры конкретного осуществления способа.Examples of specific implementation of the method.

Способ приготовления рабочего раствора коагулянта - полиоксихлорида алюминия (ПОХА) "АКВА-АУРАТ^тм30" (АА) - по прототипу моделировался путем его перемешивания и циркуляции суспензии с захваченным атмосферным воздухом при следующих параметрах: G=700 с^-1; Т=15 мин; температура (t)-20,6°C (нагрев приготовляемого рабочего раствора не происходит).A method for preparing the working solution of the coagulant - aluminum polyoxychloride (Pohang) "AQUA AURAT ^tm 30" (AA) - prototype modeled by its stirring and circulating the slurry with entrained ambient air for the following parameters: G = 700 sec ^-1; T = 15 min; temperature (t) -20.6 ° C (heating of the prepared working solution does not occur).

При приготовлении рабочего АА по предлагаемому изобретению его пропускали через кавитационно-вихревой поток с параметрами:When preparing a working AA according to the invention, it was passed through a cavitation-vortex flow with the parameters:

1. G=224 322 с^-1; Т=4 мин (табл.1), нагрев до t=32°С.1. G = 224 322 s ^-1 ; T = 4 min (Table 1), heating to t = 32 ° C.

2. G=626185 с^-1 и Т=15 мин (табл.1), нагрев до t=70°С.2. G = 626185 s ^-1 and T = 15 min (Table 1), heating to t = 70 ° C.

Пример 1. Для подтверждения эффекта диспергирования частиц рабочего раствора реагента определяли их эквивалентные радиусы двумя методами: седиментационным по Н.Я.Авдееву, в котором эффект осветления оценивали фотоэлектроколориметрическим способом, и турбидиметрическим (Фролов Ю.Г., Гродский А.С. Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии. - М.: Химия, 1986 г., с.113-116).Example 1. To confirm the dispersion effect of the particles of the working solution of the reagent, their equivalent radii were determined by two methods: sedimentation according to N.Ya. Avdeev, in which the clarification effect was estimated by the photoelectrocolorimetric method, and turbidimetric (Frolov Yu.G., Grodsky A.S. Laboratory work and tasks in colloid chemistry. - M .: Chemistry, 1986, p.113-116).

Сравнительные результаты экспериментов приведены в табл.1.Comparative experimental results are given in table 1.

Пример 2. Эффект увеличения времени "старения" рабочего раствора АА оценивали по его оптической плотности при длине волны 540 нм (зеленый, №6 светофильтр).Example 2. The effect of increasing the “aging” time of AA working solution was evaluated by its optical density at a wavelength of 540 nm (green, No. 6 light filter).

Результаты по исследованию динамики "старения" приготовленного рабочего раствора АА при различных способах его осуществления приведены в табл.2.The results of the study of the dynamics of "aging" of the prepared working solution AA with various methods of its implementation are given in table 2.

Увеличение коагуляционной активности приготовляемого различными способами рабочего раствора АА оценивали путем поведения технологического моделирования процесса осветления воды р.Дон. Приготовленный заданным способом рабочий раствор АА вводился в цилиндр установки пробного коагулирования типа "Джар-Тест", в котором моделировались гидродинамические условия, характерные для обработки речной воды на очистных сооружениях в пос.Александровка (г.Ростов-на-Дону) при введении реагентов на площадке очистных сооружений: смешение (смеситель) G_см=80 с^-1, время 3 мин; движение по трубопроводам от смесителей к камерам хлопьеобразования G_труб=120 с^-1, время 1,5 мин; гидравлическое перемешивание в камере хлопьеобразования G_кхо=15 с^-1, время 6 мин. Доза вводимого раствора АА принималась равной производственной, характерной для данного качества исходной воды.The increase in coagulation activity of AA working solution prepared by various methods was evaluated by the behavior of technological modeling of the process of clarification of the Don river water. The AA working solution prepared by the specified method was introduced into the cylinder of the test coagulation unit of the Jar-Test type, in which the hydrodynamic conditions typical for the treatment of river water at sewage treatment plants in Aleksandrovka settlement (Rostov-on-Don) with the introduction of reagents to treatment plant site: mixing (mixer) G _cm = 80 s ^-1 , time 3 min; movement through pipelines from mixers to flocculation chambers G _pipes = 120 s ^-1 , time 1.5 min; hydraulic mixing in the flocculation chamber G _kho = 15 s ^-1 , time 6 minutes The dose of the injected AA solution was taken equal to the production, characteristic for this quality of the source water.

Пример 3. При приготовлении рабочего раствора АА осуществляли его циркуляцию через кавитационно-вихревой поток со следующими параметрами: G=224322 с^-1 и Т=4 мин. При исходной мутности воды 16,5 мг/дм³ мутность обработанной воды приготовленным таким образом рабочим раствором АА после 30 мин отстаивания составила 6,8. При обработке этой же воды рабочим раствором АА, приготовленным по прототипу, мутность отстоянной в течение 30 мин воды составила 9,9 мг/дм³.Example 3. When preparing the working solution AA, it was circulated through a cavitation-vortex stream with the following parameters: G = 224322 s ^-1 and T = 4 min. When the initial turbidity of the water 16.5 mg / DM ^{3 the} turbidity of the treated water thus prepared working solution AA after 30 minutes of settling was 6.8. When treating the same water with working solution AA prepared according to the prototype, the turbidity of the water settled for 30 minutes was 9.9 mg / dm ³ .

Пример 4. При приготовлении рабочего раствора АА осуществляли его циркуляцию через кавитационно-вихревой поток со следующими параметрами: G=224322 с^-1 и Т=15 мин. При исходной мутности воды 16,5 мг/дм³ мутность обработанной воды приготовленным таким образом рабочим раствором АА после 30 мин отстаивания составила 5,7. При обработке этой же воды рабочим раствором АА, приготовленным по прототипу, мутность отстоянной в течение 30 мин воды составила 9,9 мг/дм³.Example 4. When preparing the working solution AA, it was circulated through a cavitation-vortex flow with the following parameters: G = 224322 s ^-1 and T = 15 minutes When the initial turbidity of the water 16.5 mg / DM ^{3 the} turbidity of the treated water thus prepared working solution AA after 30 minutes of settling was 5.7. When processing of the same water AA working solution prepared according to the prototype, the haze settle for 30 minutes, water was 9.9 mg / dm ^3.

Пример 5. При приготовлении рабочего раствора АА осуществляли его циркуляцию через кавитационно-вихревой поток со следующими параметрами: G=626185 с^-1 и Т=4 мин. При исходной мутности воды 16,5 мг/дм³ мутность обработанной воды приготовленным таким образом рабочим раствором АА после 30 мин отстаивания составила 4,6. При обработке этой же воды рабочим раствором АА, приготовленным по прототипу, мутность отстоянной в течение 30 мин воды составила 9,9 мг/дм³.Example 5. When preparing the working solution AA, it was circulated through a cavitation-vortex flow with the following parameters: G = 626185 s ^-1 and T = 4 min. When the initial turbidity of the water 16.5 mg / DM ^{3 the} turbidity of the treated water thus prepared working solution AA after 30 minutes of sedimentation was 4.6. When treating the same water with working solution AA prepared according to the prototype, the turbidity of the water settled for 30 minutes was 9.9 mg / dm ³ .

Пример 6. При приготовлении рабочего раствора АА осуществляли его циркуляцию через кавитационно-вихревой поток со следующими параметрами: G=626185 с^-1 и Т=15 мин. При исходной мутности воды 16,5 мг/дм³ мутность обработанной воды приготовленным таким образом рабочим раствором АА после 30 мин отстаивания составила 3,5. При обработке этой же воды рабочим раствором АА, приготовленным по прототипу, мутность отстоянной в течение 30 мин воды составила 9,9 мг/дм³.Example 6. When preparing the working solution AA, it was circulated through a cavitation-vortex flow with the following parameters: G = 626185 s ^-1 and T = 15 min. When the initial turbidity of the water 16.5 mg / DM ^{3 the} turbidity of the treated water thus prepared working solution AA after 30 minutes of sedimentation was 3.5. When treating the same water with working solution AA prepared according to the prototype, the turbidity of the water settled for 30 minutes was 9.9 mg / dm ³ .

Преимущества предлагаемого способа приготовления рабочего раствора коагулянта заключаются в следующем.The advantages of the proposed method for preparing the working solution of the coagulant are as follows.

Происходящий параллельно процессу диспергирования частиц коагулянта приготовляемого рабочего раствора коагулянта его нагрев ускоряет растворение товарного продукта и не требует дополнительных источников подогрева воды.The heating of the coagulant particles of the prepared coagulant working solution, which takes place in parallel with the process of dispersing it, accelerates the dissolution of the commercial product and does not require additional sources of water heating.

Уменьшение размеров частиц такой суспензии, с одной стороны, повышает ее агрегативную устойчивость и тем самым замедляет ее "старение" (в смысле коагуляционной активности). С другой стороны, последующий гидролиз АА в этом случае идет быстрее, а образующиеся при этом в коллоидной системе продукты гидролиза обладают большей адсорбционной способностью (за счет их размеров), а именно процессы адсорбции различных коллоидных и высокомолекулярных примесей, дополняющие электрохимические взаимодействия, и определяют высокую эффективность применения ПОХА.Reducing the particle size of such a suspension, on the one hand, increases its aggregative stability and thereby slows down its "aging" (in the sense of coagulation activity). On the other hand, the subsequent hydrolysis of AA in this case is faster, and the hydrolysis products formed in the colloidal system have a higher adsorption capacity (due to their size), namely, the adsorption processes of various colloidal and high molecular weight impurities that complement electrochemical interactions and determine high the effectiveness of the application.

Способ не требует дорогостоящего оборудования, является по суммарным затратам экономичным, эффективным и экологически безопасным. Использование данного способа в промышленности не связано со значительными капиталовложениями.The method does not require expensive equipment, is the total cost economical, efficient and environmentally friendly. The use of this method in industry is not associated with significant investment.

Таблица 1
Сравнительные данные по значениям эквивалентного радиуса доминирующего в системе по методу Н.Я.Авдеева и турбидиметрическим методомTable 1
Comparative data on the values of the equivalent radius of the dominant in the system according to the method of N.Ya. Avdeev and the turbidimetric method Способ приготовления рабочего раствора ААThe method of preparation of working solution AA Параметры способаMethod Parameters Метод П.Я. АвдееваMethod P.Ya. Avdeeva Турбидиметрический методTurbidimetric method G, c^-1 G, c ^-1 Т, минT min t, °Ct, ° C по прототипуprototype 700700 15fifteen 20,620.6 1,1911,191 1,0271,027 по изобретениюaccording to the invention 224322224322 4four 32,032,0 0,8850.885 0,5460.546 626185626185 15fifteen 70,070.0 0,5800.580 0,2250.225 Примечание. G - среднеквадратичный градиент скорости перемешивания; Т - время циркуляции; t - температура нагрева.Note. G is the rms gradient of the mixing speed; T is the circulation time; t is the heating temperature. Таблица 2
Динамика изменения оптической плотности рабочего раствора "АКВА-АУРАТ^тм30" во времени ("старение")table 2
The dynamics of the optical density of the working solution "AQUA-AURAT ^tm 30" in time ("aging") Способ приготовления рабочего раствора ААThe method of preparation of working solution AA Параметры способаMethod Parameters Оптическая плотность через (в часах)Optical density through (in hours) G, c^-1 G, c ^-1 Т, минT min t, °Ct, ° C 00 0,50.5 2424 4848 120120 по прототипуprototype 700700 15fifteen 20,620.6 1,101.10 0,7600.760 0,420.42 0,360.36 0,180.18 по изобретениюaccording to the invention 224322224322 4four 32,032,0 1,601,60 1,5501,550 1,401.40 1,351.35 1,171.17 15fifteen 70,070.0 3,003.00 2,8002,800 2,602.60 2,402.40 2,002.00

Claims (1)

Способ приготовления рабочего раствора коагулянта, включающий его перемешивание и циркуляцию, отличающийся тем, что перемешивание ведут одновременно с диспергированием частиц коагулянта, вплоть до наноразмеров, а циркуляцию осуществляют через кавитационно-вихревой поток при одновременном повышении температуры, причем большее значение времени циркуляции соответствует большей температуре нагрева, при этом среднеквадратичный градиент скорости перемешивания суспензии (G) составляет от 220000 с^-1, а время циркуляции от 4-15 мин.A method of preparing a coagulant working solution, including its mixing and circulation, characterized in that the mixing is carried out simultaneously with the dispersion of the coagulant particles, up to nanoscale, and the circulation is carried out through a cavitation-vortex stream with a simultaneous increase in temperature, with a larger circulation time corresponding to a higher heating temperature while the rms gradient of the stirring speed of the suspension (G) is from 220,000 s ^-1 , and the circulation time is from 4-15 minutes.