СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ Российский патент 1995 года по МПК C02F1/52 

Изобретение относится к технологии очистки природных и сточных вод и может быть использовано в народном хозяйстве для очистки поверхностных и подземных вод до качеств технической или питьевой воды, а также для очистки промышленных сточных вод загрязненных солями тяжелых металлов и другими вредными для окружающей среды веществами.

Известен электрокоагуляционный способ очистки сточных вод (Макаров В.М. Беличко Ю.П. и др. Рациональное использование и очистка воды на машиностроительных предприятиях. М. Машиностроение, 1988, с.159-170), заключающийся в том, что в сточную воду, содержащую примеси тяжелых металлов, добавляют хлорид натрия и пропускают через нее электрический ток между железными электродами. В результате электролиза происходит образование гидроксидов железа, которые сорбируют примеси тяжелых металлов. Скоагулированный осадок отделяют от воды.

Недостатками электрокоагуляционного способа очистки являются значительный расход листового железа, пассивация электродов и значительное потребление электроэнергии на единицу объема очищаемой жидкости.

Наиболее близким к изобретению является способ очистки сточных вод от шестивалентного хрома, включающий получение коагулянта электролитическим растворением железа в растворе, содержащим хлорид натрия, концентрирование коагулянта и смешивание его с очищаемой водой, при этом электролитическое растворение железа проводят при плотности тока 0,75-1,25 А/см² и концентрации хлорида натрия 1,0-3,0% коагулянт концентрируют ультрафильтрацией и отделяют от хлорида натрия дифильтрацией.

Недостатками данного способа являются:
значительный расход листового железа;
отделение из раствора хлорида натрия требует дорогостоящего оборудования для ультрафильтрации и дифильтрации;
пассивация электродов;
значительное потребление электроэнергии на единицу объема очищаемой жидкости.

Цель изобретения улучшение качества очистки при небольших расходах железа и энергии на единицу объема очищаемой жидкости.

Цель достигается тем, что способ очистки сточных вод, включающий получение вещества разложением алюминия, железа или других материалов, концентрирование вещества и смешивание его с очищаемой водой, разложение железа, алюминия и других, проводят при воздействии ультразвука на отходы материалов в жидкости.

Разложение железа, алюминия и других материалов в воде при воздействии ультразвука на отходы названных металлов в жидкости получают диспергированное вещество, которое при смешивании его с очищаемой водой коагулирует и сорбирует находящиеся в ней загрязнения, не растворяясь и не привнося в жидкость дополнительно загрязняющих веществ в виде растворимых солей.

Жидкость, обработанную полученным веществом, можно подвергнуть электрохимической обработке с целью укрупнения образующихся флокул, усиление сорбционных процессов и окислительно-восстановительных реакций.

Вещество получают из отходов, образующихся в процессе металлообработки, и как правило, это мелкая стружка или сколотые частицы металла после фрезерования и других аналогичных операций. Стружку, предварительно отмытую от масел и другой грязи, загружают в закрытую емкость и заливают чистой, желательно предварительно обессоленной водой. В емкость через магнитострикционные преобразователи подаются ультразвуковые колебания от генератора с частотой от 22 до 1000 кГц и мощностью 3-4 кВт. Мощность может быть и выше, что ускорит процесс образования вещества, но в этом случае необходимы специальные мероприятия по защите корпуса емкости от разрушения.

Под воздействием энергии ультразвука в воде возникают кавитационные процессы. Ультразвуковые колебания, обладая значительной сконцентрированной и сфокусированной энергией, вызывают в воде "микровзрывы", разрушающие стружку. Через 3 мин жидкость приобретет темно-коричневый окрас из-за наличия в ней большого количества диспергированных нерастворимых частичек. Через 15 мин обработки часть жидкости выводят из емкости, а в емкость доливают свежей воды.

Размер, количество и процентное содержание частиц в 1 см³, полученных при частоте колебаний 24 кГц, приведены в табл.1. Частицы состоят из мелкодиспергированного металла, его оксидов, гидридов, карбонатов и др. основная фракция которых имеет форму неправильного круга. Частицы из железных отходов обладают ярко выраженными ферритовыми свойствами, что позволяет значительно упростить их сбор, концентрацию и удаление из обрабатываемых сточных или природных вод вместе с сорбированными на них загрязнениями с помощью магнитных сепараторов. Размер и количество частиц регулируются частотой ультразвуковых колебаний. Дисперсность их увеличивается с увеличением частоты колебаний.

Обработка загрязненных природных и производственных сточных вод веществом, полученным из отходов металлообработки, с помощью ультразвукового воздействия на них показана на чертеже.

В реактор 1 загружают отмытую от грязи и масел стружку и заливают его свежей и желательно обессоленной водой. Под воздействием ультразвуковой энергии, подаваемой в реактор по волноводам от генератора 2, образуется вещество в виде мелкодиспергированных частичек металла микронных размеров, обладающих высокоразвитой поверхностью. Отделение коагулянта от жидкости и возврат последней в емкость 1 осуществляется с помощью сепаратора 3. Для веществ, обладающих ферритовыми свойствами, используется малогабаритный сепаратор. Приготовление вещества требуемой концентрации (как правило, 10%) осуществляется в растворно-расходной емкости 4, откуда дозируется с помощью насоса-дозатора 5 в смеситель 6, в котором происходит перемешивание и 1-3-минутный контакт вещества с обрабатываемой загрязненной жидкостью. Дозирование вещества осуществляется автоматически с регулированием подачи в зависимости от концентрации загрязнений в обрабатываемой жидкости. В смесителе 6 происходят физико-химические процессы, сходные с процессами при гальванокоагуляции, т. е. образуются различные оксидные формы соединений железа и других металлов, обеспечивающие высокую эффективность для очистки природных и сточных вод нефтепродуктов, органических веществ и ионов тяжелых металлов. При этом частицы, полученные в реакторе 1, имеют намного большую активность и большую площадь поверхности соприкосновения с обрабатываемой жидкостью по сравнению с железным скрапом, используемом в гальванокоагуляторах. Из смесителя обрабатываемая жидкость под остаточным напором подается в устройство очистки 7 (авт. св. СССР N 1127847), где подвергается электрофлотокоагуляционной очистки и глубокому осветлению от взвешенных веществ. В процессе электрофлотокоагуляционной обработки происходит из частичек в результате их "слипания" образование флокул со значительной сорбирующей поверхностью, образование дополнительного количества гидроксидов железа и других тяжелых металлов, присутствующих в обрабатываемой жидкости, выделение в результате электролиза жидкости пузырьков кислорода и водорода, продолжение и усилие электрохимических реакций, в том числе и по восстановлению шестивалентного хрома.

Образование флокул из вещества и гидроксидов металлов с развитыми сорбционными поверхностями способствует доочистке обрабатываемой жидкости от нефтепродуктов, СПАВ, органических веществ и т. д. При этом наблюдается снижение концентрации в обрабатываемой жидкости солей жесткости Са⁺⁺ и М⁺⁺, сульфатов и хлоридов, что в целом на 20-50% снижает общее солесодержание в воде. Таким образом, уменьшается количество солей, привносимое в промывные воды, в технологическом процессе, что позволяет создать водооборотные циклы. В электрокоагуляционной зоне устройства 7 очистки продолжаются электрохимические реакции, начатые в смесителе 6, и их интенсификация под воздействием электрической энергии, подаваемой от источника постоянного тока, выпрямителя 8.

Выделяющиеся в процессе электролиза водород и кислород способствуют прохождению восстановительных и, что особенно важно, окислительных процессов, а также флотируют оксиды и гидроксиды металлов с сорбированными на них загрязнениями на поверхность зеркала воды устройства 7 очистки, откуда они в виде пеноконденсата поступают на обезвоживание на вакуум-фильтр 9 или фильтр-пресс и далее на утилизацию. Очищенная жидкость подвергается в устройстве 7 глубокому осветлению от взвешенных веществ в трубчатых отстойниках и фильтрах, после чего возвращается на нужды производства для повторного использования.

В некоторых случаях для очистки сточных и природных вод, содержащих загрязнения, легко удаляемые только с помощью вещества, интенсификация очистки с помощью электрофлотокоагуляции не требуется (например, при очистке промывных вод, содержащих только соединения шестивалентного хрома). При этом используется устройство для очистки (авт.св. N 1535580) или сразу после смесителя 6 устанавливается магнитный сепаратор 3.

П р и м е р. В емкость из нержавеющей стали засыпается 1 кг металлической стружки (низкоуглеродистое железо, чугун, медь, алюминий и др.). Получение вещества из низкоуглеродистого железа и его воздействие на обрабатываемую жидкость, загрязненную ионами тяжелых металлов, СПАВ, органикой, нефтепродуктами осуществляется следующим образом. Емкость, загруженная железом заливается чистой водой. Водная среда через магнитострикционные устройства подвергается ультразвуковому воздействию с частотой 24 кГц, мощностью 300 Вт. Через 15 мин обработки жидкость сливают в стеклянный сосуд, который помещается в постоянное магнитное поле (в качестве магнитного сепаратора). В процессе воздействия ультразвуковой энергии на стружку происходит ее разложение с образованием мелкодиспергированных частиц, обладающих ферритовыми свойствами. Частицы в виде плотного осадка под воздействием магнитного поля концентрируются на дне сосуда, вода становится прозрачной и ее переливают в другой сосуд, засыпанный металлической стружкой и повторяют процесс получения вещества. Затем полученное вещество с концентрацией 159 мг/л дозируют в модельный раствор, содержащий ионы металлов, СПАВ, масла, органические вещества, кислоты и щелочи, исходя из соотношения на 1 г тяжелых металлов 2,5 г коагулянта. После 3-минутного перемешивания коагулянта с модельным раствором производят (при необходимости) корректировку рН до величин нейтральной среды и часть жидкости фильтруют. Отфильтрованная жидкость подвергается анализам, усредненные результаты которых приведены в табл.1.

Другую часть жидкости подвергают электрокоагуляционной обработке в течение 3 мин, затем также фильтруют и сдают на анализы, данные которых приведены в табл.2.

Таким образом, способ очистки природных и сточных вод веществом, полученным в процессе ультразвукового воздействия на отходы железа и других материалов, не привносит в очищаемую жидкость дополнительных растворимых веществ, эффективно очищает жидкости от загрязнений, что позволяет вернуть их на нужды производства, обладает низким потреблением электроэнергии и позволяет создать комплексы очистки, занимающие небольшие производственные площади. Шлам, полученный в процессе очистки жидкостей, легко утилизируется.

Использование: для очистки природных и сточных вод. Сущность изобретения: способ реализуют путем предварительного получения коагулянта воздействием ультразвуковых колебаний на отходы металлов или других материалов в воде с последующим концентрированием коагулянта и введением его в очищаемую воду. 1 ил. 2 табл.

СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ, включающий получение коагулянта, его концентрирование и смешивание с очищаемой водой, отличающийся тем, что коагулянт получают ультразвуковым диспергированием отходов металлообработки в воде.