СПОСОБ ОЧИСТКИ БЫТОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК C02F9/00 

Изобретение относится к области очистки сточных вод, близких по составу к бытовым, и может быть использовано в автономных системах очистки сточных вод судов, отдельных зданий, сооружений.

Известен способ очистки природных вод и установка для его осуществления [1] , включающий естественный биоценоз, микрофильтрацию, озонирование, коагуляцию, осветление, фильтрование и обеззараживание.

Однако этот способ невозможно применить для глубокой очистки сточных вод, близких по составу к бытовым, так как сточные воды содержат сложные органические соединения биологического происхождения, а также могут включать нефтепродукты и СПАВы, что требует более глубокого окисления с последующей сорбцией.

Известна установка, содержащая насосную станцию, микрофильтр, фильтрующий барабан, контактную камеру первичного озонирования, смеситель, камеру хлопьеобразования, отстойник, фильтр, контактную камеру вторичного озонирования и дозатор хлора.

Недостатком известной установки является то, что она не может осуществлять высокое качество очистки сточных вод от сложных органических соединений биологического происхождения, нефтепродуктов и СПАВов.

К тому же в известном способе коагуляция осуществляется с помощью реагентов, что влечет за собой большой их расход, продолжительность процесса разделения и громоздкость реагентного хозяйства.

Известен способ очистки сточных вод [2] путем электрокоагуляции с использованием асимметричного переменного тока с различной длительностью и амплитудой отрицательных и положительных импульсов.

Однако применение только электрокоагуляционного метода не позволяет достичь высокой степени очистки, особенно для сточных вод с неравномерным режимом отведения, с содержанием сложных органических соединений биологического происхождения, нефтепродуктов и СПАВов.

Кроме того, специфика рассматриваемых объектов сточных вод заключается в неравномерности отведения сточных вод в регулирующую емкость не только по часам, но и по суткам, что приводит к возникновению условий их загнивания.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ [3], заключающийся в усреднении, реагентной коагуляции, отстаивании, фильтровании и обеззараживании хлором или озоном сточных вод.

Однако известному способу присущи следующие недостатки. Во-первых, недостаточная степень надежности очистки сточных вод, которая проявляется:
- в использовании в известном способе проточной модели очистки сточных вод;
- в возможности образования остаточной взвеси после озонирования в результате окисления озоном растворенных органических веществ;
- в одноступенчатой фильтрации.

Кроме того, использование реагентной коагуляции влечет за собой большой расход дорогостоящих реагентов, значительный объем осадка, длительность процесса разделения и громоздкость реагентного хозяйства. А также доза озона, применяемого на последней стадии очистки для обеззараживания стоков, очень высока и составляет 50 - 55 мг/л, что ведет к высокому расходу электроэнергии и большим габаритам озонаторной установки.

Известная установка [3] , содержащая решетку с ручной очисткой, резервуар-усреднитель, насосную станцию, приемную камеру, песколовку, отстойник, фильтр с зернистой загрузкой, контактную камеру, узел обработки осадка, узлы приготовления и дозирования коагулянта и флокулянта, озонатор.

Недостатком известной установки является недостаточная степень надежности очистки сточных вод и большие габаритные размеры.

Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности очистки сточных вод при уменьшении габаритов установки.

Для осуществления указанной цели сточные воды подвергают электроокислению, электрокоагуляции, которая проводится в две ступени с промежуточным выделением взвешенных веществ, а озонирование производят в теле фильтра второй ступени, содержащем сорбционный материал, непрерывно регенерирующийся озоном в теле фильтра, кроме того:
- на нерастворимые электроды электрокоагулятора подают постоянный ток напряжением U = 6 - 12 B;
- для промежуточного выделения взвешенных веществ после первичной электрокоагуляции используют виброфильтр;
- в качестве сорбционной загрузки используют макропористый активированный уголь d = 2,8 - 5 мм;
- выделение скоагулированных частиц, сформированных в результате озонирования, производят на зернистом фильтре третьей ступени;
- отработанную озоно-воздушную смесь используют для предозонирования.

Установка для очистки сточных вод, содержащая резервуар-усреднитель, решетку, насос, коагулятор, фильтр с зернистой загрузкой, озонатор и узел обработки осадка, снабжена электролизером первой ступени с алюминиевыми и графитовыми электродами, виброфильтром для первичного выделения взвешенных веществ, электрокоагулятором второй ступени с растворимыми анодами, фильтрами первой, второй, третьей и четвертой ступени, а узел обработки осадка снабжен виброуплотнителем, барабанной сушилкой-дробилкой, электрокалорифером и бункером для выгрузки и пакетирования осадка. Кроме того фильтры первой и четвертой ступени имеют зернистую загрузку, а фильтры второй и третьей ступени - загрузку с активированным углем.

Надежность предлагаемого способа очистки сточных вод заключается в использовании ячеистых моделей в процессах электрокоагуляции и фильтрации. Именно ячеичные модели позволяют разделить процесс очистки по ступеням с меньшими диапазонами нагрузок по каждой из них и снизить вероятность продольного проскока загрязнений [4], что выгодно отличает предлагаемый способ от известного способа очистки, в котором используется проточная модель.

В известных методах барботажного растворения озона в воде применяются одно или многоступенчатые колонны большой высоты (до 6 метров) [5], для наиболее полного массопереноса озона в жидкость. Для компактных установок такой метод неприемлем из-за больших габаритов оборудования. Эжекционные способы смешения требуют больших напоров в системе подачи обрабатываемой жидкости и дополнительного смесительного устройства, что также влечет увеличение габаритов. В предлагаемом способе барботажное растворение озона осуществляется в теле фильтра второй ступени с загрузкой активированным углем.

При барботаже жидкости озоно-воздушной смесью в противоточной колонне высотой 6 метров [5] через фильтровальные пластины с диспергированием газа до пузырьков d = 2 - 3 мм, скорость их всплытия составляет 0,7 - 1,0 м/с.

Экспериментальное исследование показали, что при предлагаемом способе барботажа сточных вод озоно-воздушной смесью через колонну с фильтрующим материалом крупностью частиц 3 - 5 мм средняя скорость всплытия пузырьков газа d = 2 - 3 мм составляет 0,3 - 0,4 м/с, что объясняется увеличением пути движения пузырька озона, кроме того, в процессе прохождения пузырьком фильтрующей загрузки происходит деформация его поверхности, что обеспечивает более интенсивный массообмен. Таким образом, применение озонирования в теле фильтра позволяет уменьшить высоту барботажной колонны в 3 раза. А применение в качестве фильтрующей загрузки макропористого активированного угля с диаметром частиц d = 2,8 - 5 мм обеспечивает контакт озона с органическими загрязнениями не только в растворе, но и на поверхности и в порах сорбционной загрузки. Однако после насыщения сорбента его требуется регенерировать. Известные методы предлагают обновлять загрузку без регенерации, регенерировать загрузку путем термической обработки или регенерировать растворами химических реагентов. Первые два способа регенерации требуют выгрузки сорбента, что является трудоемкой и сложной операцией. Регенерация химическими реагентами осуществляется в теле фильтра, но требует большого расхода органического растворителя и тщательной последующей промывки сорбента от него. Применение же озонирования в теле фильтра позволяет непрерывно регенерировать сорбент озоном. А значит, применение озонирования в теле фильтра второй ступени позволяет повысить надежность очистки сточных вод и значительно уменьшить габариты установки.

Итак, надежность способа очистки сточных вод обеспечивается:
- первичным электроокислением, которое дает изменение потенциала и образование гипохлоритного иона, который является окислителем и обеззараживающим агентом;
- двухступенчатым электрокоагулированием;
- четырехступенчатой фильтрацией;
- использованием контактно-сорбционной загрузки для аккумулирования и усреднения концентрации загрязнений;
- озонированием в теле фильтрующей загрузки для ее непрерывной регенерации;
- дополнительной механической фильтрацией после озонирования для задержания взвешенных частиц - вновь образованных мицел;
- использованием отработанной озоно-воздушной смеси в резервуаре-усреднителе в качестве предозонирования для снижения опасности загнивания сточных вод.

При исследовании, проведенном по патентной и научно-технической литературе, не выявлены признаки, отличающие предлагаемое изобретение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные признаки".

Приведенные отличительные признаки, по сравнению с прототипом, позволяют сделать заключение о соответствии заявляемого устройства критерию "новизна".

На чертеже изображена схема установки для способа очистки сточных вод.

Установка для способа очистки сточных вод содержит резервуар-усреднитель 1 для сбора, регулирования и усреднения сточных вод, грубую решетку 2 с механизированным удалением отходов, подающий насос 3, электролизер-коагулятор 4 первой ступени, содержащий алюминиевые 5 и графитовые 6 электроды, электрокоагулятор 7 второй ступени с растворимыми анодами, фильтр первой ступени -8 с зернистой загрузкой, фильтр второй ступени 9 с загрузкой активированным углем, фильтр третьей ступени 10 с загрузкой активированным углем, фильтр четвертой ступени 11 с зернистой загрузкой, вытяжной вентилятор 12, виброфильтр 13 с тканевой фильтрующей поверхностью, озонатор 14 и узел обработки осадка, включающий виброуплотнитель 15, барабанную сушилку-дробилку 16, бункер 17 для выгрузки и пакетирования сухого осадка, электрокалорифер 18.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Сточная вода собирается в резервуаре-усреднителе 1, проходит грубую решетку 2 и насосом 3 подается на очистку в электролизер-коагулятор 4 первой ступени, содержащий алюминиевые 5 и графитовые 6 электроды, из которого поступают на виброфильтр 13 для первичного отделения осадка, затем проходит электрокоагулятор 7 второй ступени с растворимыми анодами и доочищается и обеззараживается на фильтрах 8, 9, 10, 11 первой, второй, третьей и четвертой ступенях; глубокая очистка и обеззараживание стоков осуществляются озонированием в теле фильтра 9 второй ступени, путем подачи озона из озонатора 14. Задержанный виброфильтром 13 осадок уплотняется на виброуплотнителе 15 и подается в барабанную сушилку-дробилку 16, высушивается с помощью электрокалорифера 18, и дегельмитизированный высушенный осадок отводится на пакетирование. Отработанная озоно-воздушная смесь подается в резервуар-усреднитель 1 для первичного окисления и устранения загнивания сточных вод. Удаление газообразных веществ из резервуара-усреднителя 1 осуществляется с помощью вытяжного вентилятора 12. Промывка фильтров 8,11 с зернистой загрузкой производится от сети напорного водопровода, промывные воды отводятся в приемный резервуар-усреднитель 1.

Пример
1. Загрязненность исходной воды
ХПК, мг O₂/л - 240 - 400
С взвешенных в-в, мг/л - 1200
NH+4

, мг/л - 12 - 15
NO-2 , мг/л - 20 - 25
С н.п., мг/л - 10 - 20
Общее кол-во бактерий, шт/мл - 1000000
2.Остаточная загрязненность воды после электрообработки и отделения осадка:
ХПК, мг O₂/л - 50 - 70
С взв. в-в, мг/л - 50 - 60
NH+4 , мг/л - 8 - 10
NO-2 , мг/л - 0,1
С. н.п., мг/л - 2
3. Далее вода проходит фильтры первой, второй, третьей, четвертой ступени, озонирование (доза озона составляет 10 мг/л). На выходе установки вода имеет следующие показатели:
ХПК, мг O₂/л - 15
С взв. в-в, мг/л - 3 - 5
NH+4 , мг/л - 0,5
NO-2 , мг/л - 0,001
NO₃, мг/л - 4 - 5
С н.п., мг/л - < 0,05
Общее кол-во бактерий, шт/мл - < 100
В таблице приведены сравнительные характеристики очищенных сточных вод предлагаемым способом очистки и известным способом [3].

Как следует из экспериментальных данных, представленных в таблице, использование предлагаемого способа и установки для его осуществления обеспечивает по сравнению с прототипом более высокую надежность очистки сточных вод и уменьшение габаритов установки для его осуществления.

Источники информации
1. А.с. N 1162754, кл. С 02 F 9/00.

2. А.с. N 981240, кл. С 02 F 1/46.

Рекомендации по проектированию и эксплуатации установок физико-химической очистки сточных вод малых населенных мест, расположенных в районах сурового климата. - М.: ВНИИ ВОДГЕО Госстроя СССР, 1989.

В.В. Кафаров.Методы кибернетики в химии и химической технологии. - М-Л.: Химия, 1971.

Справочник проектировщика. Канализация населенных мест и промышленных предприятий./ Под ред Самохина В.Н. - М.: Стройиздат, 1981.

Использование в автономных системах очистки сточных вод судов, отдельных зданий, сооружений. Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности очистки сточных вод при уменьшении габаритов установки. Для осуществления указанной цели сточные воды подвергают электроокислению, электрокоагуляции, которая проводится в две ступени с промежуточным выделением взвешенных веществ, а озонирование производят в теле фильтра второй ступени, содержащем сорбционный материал, непрерывно регенерирующимся озоном в теле фильтра. Кроме того на нерастворимые электроды электрокоагулятора подают постоянный ток напряжением U = 6-12 B; для промежуточного выделения взвешенных веществ после первичной электрокоагуляции используют виброфильтр; в качестве сорбционной загрузки используют макропористый активированный уголь d = 2,8-5 мм; выделение скоагулированных частиц, сформированных в результате озонирования, производят на зернистом фильтре третьей ступени; отработанную озоно-воздушную смесь используют для предозонирования. А установку для очистки сточных вод, содержащую резервуар-усреднитель, решетку, насос, коагулятор, фильтр с зернистой загрузкой, озонатор и узел обработки осадка, снабжают электролизером первой ступени с алюминиевыми и графитовыми электродами, виброфильтром для первичного выделения взвешенных веществ, электрокоагулятором второй ступени с растворимыми анодами, фильтрами первой, второй, третьей и четвертой ступени, а узел обработки осадка - виброуплотнителем, барабанной сушилкой-дробилкой, электрокалорифером и бункером для выгрузки и пакетирования осадка. Кроме того фильтры первой и четвертой ступени имеют зернистую загрузку, а фильтры второй и третьей ступени - загрузку с активированным углем. Как следует из экспериментальных данных, использование предлагаемого способа и установки для его осуществления обеспечивает по сравнению с прототипом более высокую надежность очистки сточных вод и уменьшение габаритов установки для его осуществления. 2 с.и. 12 з.п.ф-лы., 1 табл., 1 ил.

1. Способ очистки бытовых сточных вод, включающий их усреднение, коагуляцию, озонирование, фильтрацию, отделение осадка и его обработку, удаление очищенной воды, отличающийся тем, что сточные воды подвергают электрокоагуляции, которую проводят в две стадии с промежуточным отделением осадка, и четырехступенчатой фильтрации, при этом электрокоагуляцию на первой стадии ведут одновременно с электроокислением в электролизере, снабженном блоками нерастворимых и растворимых электродов, а четырехступенчатую фильтрацию осуществляют при озонировании в фильтрах второй и четвертой ступеней, сорбции и демицелизации в фильтрах второй и четвертой ступеней, причем фильтры первой и четвертой ступеней загружены нейтральным зернистым материалом, а второй и третьей ступеней активированным углем, непрерывно регенерируемым при озонировании в теле фильтра. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что электроокисление осуществляют при подаче на блок нерастворимых электродов постоянного тока напряжением 6 - 12 В. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что депассивацию электродов в блоке осуществляют путем их периодической переполюсовки. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что промежуточное отделение осадка после проведения электрокоагуляции на первой стадии осуществляют на виброфильтре. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве загрузки фильтра второй ступени используют макропористый активированный уголь диаметром 2,8 - 5,0 мм. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве загрузки фильтра третьей ступени используют макропористый активированный уголь диаметра 0,5 - 2,8 мм. 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве нейтральной зернистой загрузки фильтров первой и четвертой ступеней используют, например, кварцевый песок, дробленый керамзит, горелую породу или другие материалы фракции 1 2 мм. 8. Способ по пп. 1 и 7, отличающийся тем, что регенерацию фильтров второй и четвертой ступеней производят путем их водной или водовоздушной промывки. 9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отработанную озоновоздушную смесь после фильтров второй и четвертой ступеней направляют в усреднитель. 10. Способ по пп. 1 и 4, отличающийся тем, что отделенный на виброфильтре осадок уплотняют, сушат, дробят и пакетируют. 11. Установка для очистки сточных вод, содержащая резервуар-усреднитель, решетку, насос, коагулятор, фильтр с зернистой загрузкой, озонатор и узел обработки осадка, отличающаяся тем, что она снабжена электролизером, коагулятором с блоками нерастворимых и растворимых электродов, виброфильтром для первичного отделения осадка, электрокоагулятором второй ступени с растворимыми анодами, фильтрами первой, второй, третьей, четвертой ступеней, а узел обработки осадка снабжен виброуплотнителем, барабанной сушилкой-дробилкой, электрокалорифером и бункером для выгрузки и пакетирования осадка. 12. Установка по п. 11, отличающаяся тем, что фильтры первой и четвертой ступеней имеют нейтральную зернистую загрузку, а фильтры второй и третьей ступеней сорбционную зернистую загрузку активированным углем. 13. Установка по п. 11, отличающаяся тем, что в качестве нейтральной зернистой загрузки используют, например, кварцевый песок, дробленый керамзит, горелую породу или другие местные материалы фракции 1,0 2,0 мм. 14. Установка по п. 11, отличающаяся тем, что в качестве сорбционной загрузки используют дробленый активированный уголь фракции 2,8 5,0 мм в фильтре второй ступени и фракции 0,5 2,8 мм в фильтре третьей ступени.