СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДНЫХ ПОТОКОВ Российский патент 1997 года по МПК C02F1/463 C02F1/465 

Изобретение относится к области очистки водных потоков от примесей органической и неорганической природы и может быть использовано в технологии химических производств, машиностроении, в гальванических производствах.

Наиболее близким по технической сущности является способ очистки сточных вод, состоящий из последовательных стадий обработки: усреднения исходных потоков и механической очистки, электрокоагуляции при напряжении на электродах 6-12 В и плотности тока 1000-1500 A/м², напорной флотации с возвратом во флотационную камеру через систему газонасыщения части обрабатываемой жидкости (при газонасыщении 0,5-0,7%), электрофлотационной обработки при напряжениях 6-12 В и плотности тока 1250-1500 А/м².

Образующийся пенный концентрат со всех стадий обработки возвращают на усреденение в исходный поток перед механической очисткой.

Указанный способ обеспечивает недостаточную степень очистки водных потоков и характеризуется высокими энергозатратами на проведение процессов.

Задачей изобретения является создание способа, обеспечивающего высокую степень очистки водных потоков при снижении эксплуатационных энергозатрат и повышение эффективности процесса за счет увеличения времени непрерывной работы.

Задача решается следующим способом. В известном способе очистки 5-10% обрабатываемого потока после электрофлотации насыщают воздухом и возвращают на электрокоагуляцию и напорную флотацию, при этом 30-40% возвращаемого потока подают на электрокоагуляцию, а 60-70% на напорную флотацию, 90-95% обрабатываемого потока после электрофлотации направляют на адсорбционную доочистку на активированных углях, которые после насыщения регенерируют при потенциале (-0,7)-(-1,5) В, регенерат возвращают на усреднение потоков вместе с пеношламом со всех стадий обработки, электрокоагуляцию ведет при подаче воздуха до уровня газонасыщения 3-7% а электрофлотацию проводят, фильтруя водный поток через блок электродов с двухслойным пористым анодом.

При этом, пузырьки воздуха, выделяющиеся из возвращающейся на электрокоагуляцию части потока газонасыщенной воды, вместе с выделяемым на катодах водородом турбулизуют поток обрабатываемой жидкости в межэлектродном пространстве, что депассивирует электроды, снижая рабочее напряжение, улучшает распределение электрогенерируемого коагулянта по объему обрабатываемого потока, повышая эффективность коагуляции и интенсифицируя флотационный поток, что улучшает степень очистки на этой стадии.

Наличие в подаваемом на электрокоагуляцию газонасыщенном потоке очищенной воды молекулярного кислорода, способного электрохимически восстанавливаться на катоде, тормозит вредный процесс восстановления коагулянта, образующегося на аноде, что повышает степень использования материала растворимых электродов.

Дополнительная подача воздуха, повышающая уровень газонасыщения обрабатываемого потока, приводит к увеличению перечисленных эффектов.

Выбранное количественное распределение потоков между всеми стадиями обработки в том числе насыщаемого воздухом возвращаемого потока между стадиями электрокоагуляции и напорной флотации обеспечивает оптимальные энергозатраты на процесс обработки воды.

Проведение электрофлотации фильтрованием водного потока через блок электродов с двухслойным пористым анодом обеспечивает интенсификацию и повышение степени очистки водного потока за счет электрохимической деструкции ввиду увеличенной удельной поверхности, задержания мелкодисперсных взвешенных веществ и эффективного их удаления в пеношлам электрофлотацией.

Наложение потенциала на слой сорбента при регенерации резко снижает сорбционную емкость сорбента, что сопровождается эффективным выводом сорбированных компонентов загрязнителей с поверхности пор сорбента в промывную воду регенерат. Выбранные пределы значений регенерационных потенциалов обеспечивают проведение регенерации сорбента без разложения среды, что обеспечивает минимизацию энергозатрат и многоцикловое использование сорбента с увеличением времени активного цикла его работы.

Подача регенерата вместе с пеношламом со всех стадий обработки на стадию усреднения позволяет эффективно использовать содержащиеся в этих потоках концентраты извлеченных из обрабатываемого потока загрязнений в качестве реагентов первичной механической обработки потока на стадии усреднения.

Изобретение поясняется примерами.

Пример 1.

Очистке подвергали поток сточных вод от мойки автотранспорта, содержащий 700 мг/л взвешенных веществ и 1300 мг/л нефти и нефтепродуктов.

Исходный поток усредняли, при этом из него удаляли всплывающие и оседающие вещества. Последующую электрокоагуляцию проводили при рабочем напряжении постоянного тока 4,2 В и плотности тока на растворимых электродах 10 мА/см², при периодическом реверсе полярности. В обрабатываемый поток вводили с расходом 50 мл/ч воду, отбираемую после электрофлотации и насыщенную воздухом под давлением 2,5 кгс/см², и раствор флокулянта - полиакриламида концентрацией 60,0 мг/л с расходом 50 мл/ч. В воде после электрокоагуляции концентрация взвешенных частиц составляла 330 мг/л и нефтепродуктов 840 мг/л.

Обработку потока напорной флотацией проводили при подаче 100 мл/ч воды после электрофлотации, насыщенной воздухом, что составляло 67% от возвращаемого на стадии электрокоагуляции и напорной флотации потока при его суммарной мощности 10% от исходного обрабатываемого потока.

После напорной флотации содержание взвешенных веществ в потоке составляло 72 мг/л, нефтепродуктов 150 мг/л.

Электрофлотацационную обработку проводили при рабочем напряжении 3,4 В и катодной плотности тока 125 мА/cм², фильтруя водный поток через блок электродов с нерастворимыми катодом и двухслойным пористым анодом с жесткой графитовой матрицей и слоем гранулированного модифицированного активированного угля.

После электрофлотации в потоке осталось 8 мг/л взвешенных веществ и 12 мг/л нефтепродуктов.

Адсорбционную доочистку проводили в слое, содержащем 15 г активированного модифицированного угля, до "проскока" нефтепродуктов, когда их концентрация в выходящем потоке начинала превышать 0,05 мг/л. При этом содержание взвешенных частиц составляло 1,5 мг/л.

Время активной работы слоя угля до проскока составило 117 часов, после чего проводили электрорегенерацию сорбента при подаче на слой потенциала 0,7 В и пропускании регенерирующего потока воды, прошедшей полный цикл очистки, в течение 2-х часов с расходом 1,5 л/ч.

Емкость адсорбционного слоя восстанавливалась на 97% от первоначальной. Пеношлам со всех стадий обработки и регенерат подавали на стадию усреднения.

Суммарные энергозатраты составили 1,48 кВт-ч/м³ воды, в том числе на электрокоагуляцию 1,1 кВт-ч/м³ и электрофлотацию 0,35 кВт-ч/м³.

Пример 2.

Очистке подвергали смешанный сток гальванического производства - следующего состава (мг/л):
железо 9,72
алюминий 0,83
цинк 27,19
хром⁶⁺ 15,96
никель 1,23
масла и нефтепродукты 11,3
СПАВ 0,15
ХПК 62 мгО/л
После усреднения сточную воду подавали на электрокоагуляцию. Расход воды 10 л/ч, напряжение на электродах 3,8 В, плотность тока 100 мА/см². На эту стадию вводили 380 мл/ч насыщенного воздухом потока, отбираемого после электрофлотации, и 100 мл/ч раствора полиакриламида (концентрацией 50 мл/л).

Последующую напорную флотацию потока проводили при подаче 430 мл/ч насыщенного воздухом возвращаемого после электрофлотации потока.

Электрофлотацию проводили при напряжении 3,3 В и плотности тока 180 мА/см². Адсорбционную доочистку проводили в слое активированного угля массой 100 г.

Показатели очищенной воды составили (мл/л):
железо не обнаружено
алюминий 0,18
цинк 0,23
хроматы не обнаружены
никель не обнаружен
масла менее 0,05
СПАВ менее 0,01
ХПК 2,9 мгО/л
Продолжительность активного рабочего цикла адсорбента до проскока загрязнений составили 720 час.

Регенерацию адсорбента проводили при потенциале 1,2 В.

Продолжительность цикла регенерации 1,7 час; степень регенерации адсорбента составила 97%
Суммарные энергозатраты на очистку воды составили 1,52 кВт-ч/м³, в том числе на электрокоагуляцию 1,12 кВт-ч/м³, и электрофлотацию 0,36 кВт-ч/м³.

Пример 3.

Сточную воду по примеру 1 обрабатывали при потоке 1,5 л/ч в динамическом режиме.

При этом, стадию электрокоагуляции проводили при рабочем напряжении 3,9 В, плотности тока 10 мА/см³, с подачей 40% возвращаемого потока, а на стадию напорной флотации 60% этого потока. Регенерацию адсорбента проводили при потенциале 1,5 В в течение 1,5 час.

После обработки в очищенной жидкости содержание взвешенных веществ составило 1,2 мг/л, нефтепродуктов менее 0,05 мг/л.

Продолжительность рабочего цикла 175 час.

Энергозатраты на очистку составили 1,35 кВт-ч/м³, в том числе на электрокоагуляцию 0,98 кВт-ч/м³, на электрофлотацию 0,35 кВт-ч/м³.

Пример 4.

Сточную воду по примеру 1 обрабатывали при потоке 1,5 л/ч.

На стадию электрокоагуляции подавали 30% возвращаемого потока, насыщенного воздухом, и дополнительно вводили сжатый воздух до создания газонасыщения 7% На стадию напорной флотации вводили 70% возвращаемого потока.

В очищенной воде концентрация взвешенных веществ составляла 1,4 мг/л, нефтепродуктов менее 0,05 мг/л.

Продолжительность рабочего цикла 156 часов.

Энергозатраты на очистку составили 1,25 кВт-ч/м³, в том числе на электрокоагуляцию 0,85 кВт-ч/м³, на электрофлотацию 0,35 кВт-ч/м³.

Как следует из описания и приведенных примеров, в соответствии с изобретением достигается высокая степень очистки водных потоков более 99% при снижении энергозатрат на 10-15% и увеличении продолжительности активного цикла работы с 92 до 175 часов.

Кроме того, повышается надежность и безопасность процесса очистки.

Использование: экология, очистка сточных вод. Сущность: водные потоки, загрязненные органическими и неорганическими примесями, последовательно усредняют, затем электрокоагулируют, обрабатывают напорной флотацией, электрофлотацией, отделяют осветленную воду от пеношлама, осветленную воду в количестве 5-10% от ее объема насыщают воздухом и возвращают на электрокоагуляцию и напорную флотацию, при этом на электрокоагуляцию подают 30-40% от объема возвращающейся воды, а на напорную флотацию - 60-70%, a 90-95% от объема осветленной воды направляют на адсорбционную доочистку на активированном угле с последующей его регенерацией при потенциале (- 0,7)-(-1,5 )B и возвращением получаемого регенерата и пеношлама на удаление водных потоков. Электрокоагуляцию проводят при подаче воздуха до уровня газонасыщения 3-7%, а электрофлотацию проводят, фильтруя водный поток через блок электродов с двухслойным пористым анодом. 2 з. п. ф-лы.

1. Способ очистки водных потоков, включающий усреднение потока, механическую очистку, электрокоагуляцию, электрофлотацию и напорную флотацию, подачу пеношлама со всех стадий обработки на усреднение потока, отличающийся тем, что электрофлотацию проводят после напорной флотации, 5 10% обрабатываемого потока после электрофлотации насыщают воздухом и возвращают на электрокоагуляцию и напорную флотацию, причем 30 40% возвращаемой воды подают на электрокоагуляцию, а 60 70% на напорную флотацию, а 90 95% обрабатываемого потока направляют на адсорбционную доочистку на активированных углях с последующей их регенерацией при потенциале 0,7 1,5 В, полученный регенерат подают на усреднение потока. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что электрокоагуляцию ведут при подаче воздуха до уровня газонасыщения 3,0 7,0%
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что электрофлотацию осуществляют при фильтрации потока через блок электродов с двухслойным пористым анодом.