СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ РАЗЛИЧНЫХ ПО ВИДУ И ХАРАКТЕРУ ЗАГРЯЗНЕНИЙ В ПРОТОКЕ Российский патент 1997 года по МПК C02F9/00 

Изобретение относится к области обработки промышленных и бытовых сточных вод, в частности к многостадийной блочной обработке как больших объемов, так и малых.

Известны способы механической и биологической очистки сточных вод, доочистки и обеззараживания, для чего используют хлор, хлорную известь, гипохлорит и т.д. [1]
В биофильтрах проводят биологическую очистку сточных вод в искусственно созданном фильтрующем материале. Перед подачей на биофильтры сточные воды должны пройти механическую очистку в септиках или в решетках, песколовках и двухъярусных отстойниках [1, с.40] Процесс длится долго из-за слабой пропускной способности и требует дополнительной доочистки воды другими способами. Процесс в потоке не проходит.

Метод биохимической очистки сточной воды в аэротенках активным илом заключается в переработке скопления аэробных микроорганизмов, органических веществ, загрязнений при их частичной или полной минерализации в присутствии подаваемого в аэрационный бассейн (аэротенк) кислорода воздуха и последующем разделении прореагировавшей смеси во вторичном отстойнике с возвратом активного ила в аэротенк [1, с.47] Процесс очень сложный, продолжительный, громоздкий, требующий поддержания определенных условий жизнедеятельности микроорганизмов. Здесь также требуется дополнительная доочистка воды другими способами. Процесс не проходит в непрерывном потоке.

Известен способ обработки жидкостей, насыщенных вредными веществами, мокрым окислением озонсодержащим газом и ультрафиолетовыми лучами [2, прототип] Озонсодержащий газ подают в жидкость и растворяют его перед облучением. Содержащую растворенный озон жидкость облучают ультрафиолетовыми лучами для одновременного образования радикалов и окисления радикалами в потоке. Данный способ используют для доочистки сточных вод. Он требует предварительной очистки их одним из описанных выше способов механическим или биологическим, что увеличивает длительность процесса получения чистой воды. Способ не пригоден для очистки сточных вод, кроме того, не очищает тяжелые металлы, минеральные загрязнения.

Целью изобретения является сокращение длительности процесса и повышение эффективности обеззараживания сточной воды, различной по виду и характеру загрязнений, путем повышения степени окисления.

Поставленная цель достигается тем, что движущийся поток обрабатывают ультразвуком, озонсодержащим газом, электрическим полем и доочищают ультразвуком, озоносодержащим газом и жестким ультрафиолетовым излучением при постоянном перемешивании тонкого слоя потока. По сравнению с прототипом отличие заключается в введении в процессе очистки в поток ультразвуковой обработки и электрического поля, а также в последовательности воздействия перечисленными блоками на сточную воду. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию "новизна". Кроме того, обработанная этим способом сточная вода не требует доочистки.

В заявке Японии [3] сточную воду последовательно обрабатывают озоном с одновременным ультрафиолетовым облучением. В предложенном способе используется жесткое ультрафиолетовое излучение при постоянном перемешивании тонкого слоя потока после обработки его ультразвуком и озоном, что увеличивает эффективность обеззараживания.

В способе по авт. св.СССР (4) для очистки шерстомойных сточных вод от взвешенных примесей после механической очистки ее смешивают с активным илом и проводят ультразвуковую обработку смеси с последующей ее продувкой воздухом, отстаивают и биологически очищают. В этом способе ультразвук перемешивает смесь для улучшения биологического процесса очистки. В предложенном же способе ультразвук используют на первой стадии обработки и он выполняет функцию разделения гетерогенной системы и переводит в осадок твердую минеральную составляющую стоков, а также частично разрывает оболочки бактерий с последующей диструкцией внутриклеточных структур (дисперсия). Следовательно, ультразвук в предложенном способе проявляет другие свойства в заявляемой совокупности, что позволяет делать вывод о соответствии предложенного способа критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 представлена схема реализации предлагаемого способа.

Хозяйственно-бытовые стоки подают в установку через заградительный сетчатый фильтр-корзинку 1, который преграждает путь посторонним предметам, находящимся в стоках. После фильтра стоки подаются насосом в накопительную емкость 2. Ультразвуковой генератор 3 (УЗ) первым помещается перед обрабатываемым потоком, быстро переводит в осадок твердую минеральную составляющую стоков, частично разрывает оболочки бактерий с последующей диструкцией внутриклеточных структур и нарушает их функционирование. При прохождении ультразвуковых волн в жидкой среде происходит образование микроструктур с последующим их захлопыванием, при этом распространение ударной волны высокого давления сопровождается созданием кавитационного давления, которое значительно превосходит внутриклеточное, и оболочка клетки вируса лопается. Возникающие ударные волны приводят к разрыву цепей молекул белков, жиров, углеводов. Эти обрывки приобретают заряд, что способствует их слипанию и осаждению. Механическое действие ультразвука в предложенном способе используется также и для диспергирования озона в обрабатываемой жидкости. Кроме того, при распространении УЗ волн в жидкости происходит их поглощение и преобразование акустической энергии в тепловую на границе сред с различным волновым сопротивлением, т.е. на границе оболочки клетки и окружающей ее жидкости, что приводит к разрушению клетки и выходу цитоплазмы. Кавитационные пузырьки, возникающие в жидкости, их рост, пульсация и схлопывание являются эффективным механизмом локального концентрирования энергии, что приводит к образованию множества зон, обладающих высокой реакцонной способностью. Появляются перекисные соединения, разрушающие огранку. Полнота разрушения органических соединений за счет окисления в зоне ультразвукового поля составляет 70-80% Оставшиеся соединения доокисляют при обработке воды озоном.

Из блока уьтрафиолетовой обработки 3 сточные воды подаются самотеком в блок 4 обработки озонсодержащим газом. Генератор газа подает в поток озоно-воздушную смесь, которая очищается системой фильтров до необходимых требований. Озон продолжает окислять органику и минеральные соединения. Возникновение микротурбулентности в жидкости при обработке ее ультразвуком ускоряет переход озона из газовой фазы в растворенное состояние. При разложении озона образуются атомы кислорода, которые также вступают в реакцию с целым рядом минеральных элементов, находящихся в стоках. Органические соединения, окисляясь, разрушаются на более мелкие молекулы и образуют CO₂. Сернистые соединения образуют сернокислые, а аммиак окисляется до азотистых и азотнокислых соединений. Кроме этого, озон угнетающе действует на оставшиеся патогенные микроорганизмы обрабатываемых вод и уничтожает характерный запах хоз-бытовых стоков.

Далее сточная жидкость проходит обработку электрическим полем в отсеке 5, где расположен электрохимический реактор. Последовательно проводится обработка постоянным током. Подбирая конструктивные параметры узла обработки постоянным током (расстояние между электродами, силу тока, время прохождения, материал электродов) в зависимости от состава сточных вод, можно добиться максимального удаления веществ из обрабатываемой жидкости за счет электрокоагуляции. При изменении полярности тока жидкость подвергается термообработке для уничтожения микроорганизмов и более быстрого растворения озона на стадии доочистки.

Далее стоки через окно в верхней части емкости попадают в отстойник 6. Через затопленный затвор отстойника стоки подаются во второй отсек для доочистки, проходя через второй блок ультразвуковых излучений 7, самотеком во второй блок 8 азонирования и, наконец, в блок обработки ультрафиолетовым излучением 9 (УФИ), где в системе открытых лотков поток воды движется тонким слоем (10-15 мм) с постоянным перемешиванием. Из блока УФИ очищенная вода сбрасывается в коллектор или водоем.

Пример 1. Инфицированные стоки детской инфекционной больницы города Краснодара по железобетонному коллектору поступают на обработку из канализационных колодцев, в которых выпадает значительная часть взвешенных частиц с большим удельным весом. Узлы и блоки обработки установки размещены в потоке обрабатываемой жидкости и выполнены в подземном варианте (фиг. 2). Корпус установки и блоков обработки стоков выполнены в железобетонном исполнении с общим уклоном в сторону канализационного колодца. Все технологические трубопроводы и закладные детали покрываются стекловидным эмалевым покрытием. В установке предусмотрена доочистка осадка и имеются два изолированных накопителя осадка. Утилизация осадков предусматривает их использование в виде ЖКУ с периодичностью удаления один раз в квартал. Газообразная фаза, образованная в процессе физико-химической обработки стоков, поглощается жидкой фазой стоков. Последовательность обрабатывающих блоков установки соответствует схеме на фиг. 1. Эффективность очистки оценивают по ХПК очищенной жидкости путем анализа проб по стандартной методике.

По сравнению с прототипом способ обеспечивает повышение эффективности обеззараживания и сокращение длительности процесса (см. табл. 1).

Пример 2. Установка очистки стоков ручья Су-Аран (Краснодарский край, г. Геленджик) размещена параллельно коллектору, в котором проложено русло ручья (фиг. 3). Корпус рабочих зон обработки стоков изготовлен из сборного железобетона, стены которого обработаны специальными гидроизоляционными материалами. Несущая рама функциональных узлов активной зоны установки соединяется с двумя металлическими сборными понтонами блочного типа. На несущей раме с помощью жестких подвесок установлены узлы обработки стоков: блок ультразвуковой обработки; блок озонирования; блок гальванической электрокоагуляционной обработки блок сбора и удаления осадка. Последовательность обработки потока жидкости такая же, как показано на схеме фиг. 1.

Из табл. 2 следует, что предлагаемый способ по сравнению с прототипом обеспечивает увеличение степени очистки.

Использование предлагаемого способа очистки сточных вод различных по виду и характеру загрязнений в потоке жидкости обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества.

1. Повышение качественных показателей обрабатываемых стоков, удаление из них большого спектра органических и неорганических соединений, разрушение патогенных микроорганизмов.

2. Сокращение затрат при строительстве очистных сооружений, по сравнению с прототипом, связано с незначительными размерами оборудования, изготавливаемого по данному способу.

3. Повышение КПД обработки стоков в ультразвуковых резонаторах при малой интенсивности излучения.

4. Сведение к минимуму затрат на комплектацию оборудования запорной арматурой, фланцевыми соединениями, задвижками и др. по сравнению с прототипом.

5. Сокращение затрат энергоносителей за счет использования энергии жидкости при гидродинамическом движении обрабатываемых стоков в разных уровнях.

Данное изобретение предполагает комплексный подход к обработке разных по составу стоков с использованием физических методов воздействия с целью удаления из жидкости органических и неорганических химических соединений, а также уничтожение патогенных микроорганизмов.

Оригинальная конструкция реактора позволяет производить обработку стоков в протоке, используя энергию самой обрабатываемой жидкости. Регулируемый уровень перегородок в блоках обработки и создаваемый уклон дна позволяет свести к минимуму количество взвешенных веществ на выходе реактора, а также сокращает сроки длительности процесса обработки. Использование ультразвукового излучения и озонирования позволяет повысить эффективность обеззараживания стоков, ускорить процесс разделения фаз. Гальванокоагуляционный блок производит доочистку от грубодисперсных, коллоидных загрязнений, растворенных высокомолекулярных органических веществ (ПАВ, фосфатов и др. соединений) путем растворения анода блока реактора и соединения гидроокиси железа с органическими соединениями. Данный метод обработки не требует применения минеральных коагулянтов и флокулянтов. Дополнительное воздействие ультразвука и постоянного электрического поля позволяет ускорить процесс осадкообразования за счет удаления газа из пены, образующейся в процессе работы блока, и силы электростатического поля, действующего на золь с положительным зарядом на грануле. Использование на конечной стадии обработки осветленных стоков жесткого ультрафиолетового излучения позволяет производить обеззараживание инфицированных стоков при послойном продольном перемешивании. Микроорганизмы, прошедшие предварительную обработку в предыдущих блоках и потерявшие свою жизнеспособность, окончательно прекращают свое существование при обработке ультрафиолетовым излучением.

Стоки, подаваемые на обработку, по своим качественным и количественным химическим показателям имеют различную природу загрязнения, что делает предлагаемый способ очистки универсальным. При изменении показателей стоков регулируются амплитудные, частотные, мощностные характеристики электронного оборудования или порядок расположения блоков в реакторе.

При расходах стоков Q=200 м³/ч геометрические размеры реактора 6,3х3х1 м, при Q=2000 м³/ч. размеры реактора 12,0х1,0х1,4 м.

Отличительной чертой данного изобретения является обработка стоков в прототипе, что позволяет значительно упростить ряд инженерных задач. При обработке жидкости в стационарном состоянии или ламинарном потоке процессы очистки стоков занимают значительный период времени.

Изобретение относится к области обработки промышленных и бытовых сточных вод, в частности к многостадийной обработке сточных вод различных по виду и характеру загрязнений в протоке. Для сокращения длительности процесса и повышения эффективности обеззараживания путем повышения степени окисления движущийся поток сточных вод пропускают сначала через заградительный сетчатый фильтр, затем поток обрабатывают последовательно ультразвуком, озоносодержащим газом, электрическим полем и доочищают ультразвуком, озоносодержащим газом и жестким ультрафиолетовым излучением при постоянном перемешивании тонкого слоя потока. Обрабатываемые стоки при своем гидродинамическом движении за счет изменения уклона дна реактора и высоты расположения зон обработки самотечно перемещаются от верхнего уровня коллектора на входе установки к нижнему уровню сброса. В случае большого перепада высот возможна безнасосная схема обработки. Использование блочной системы обработки и возможности задания физических параметров оборудованию позволяет создавать оптимальную программу очистки для конкретных стоков. 2 табл. 3 ил.

Способ очистки сточных вод от различных по виду и характеру загрязнений в протоке, включающий окисление озонсодержащим газом и ультрафиолетовыми лучами, отличающийся тем, что поток обрабатывают ультразвуком, озонсодержащим газом, электрическим полем и доочищают ультразвуком, озонсодержащим газом и ультрафиолетовым излучением.