СПОСОБ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 1998 года по МПК A61L2/16 

Изобретение относится к разработке способов обезвреживания сточных вод, при которых обезвреженные стоки могут быть использованы в сельском хозяйстве, в производстве органо-минеральных удобрений и т.д.

Известен способ термоокислительного обезвреживания сточных вод ("мокрого сжигания"), состоящий в окислении кислородом воздуха органических примесей сточной воды при повышенной температуре (до 350^oC) и давлении, обеспечивающем нахождение воды в жидкой фазе [1].

Недостатки этого способа состоят в том, что из сточных вод удаляется большая часть органических компонентов, а минеральные компоненты, в том числе тяжелые металлы, остаются в растворе. Таким образом, полное обезвреживание сточных вод не обеспечивается.

Наиболее близким по технической сущности является способ тепловой обработки суспензии осадков сточных вод, загрязненных соединениями тяжелых металлов, в щелочной среде кислородом воздуха под давлением. Процесс окисления обычно ведут при температуре 160 - 190^oC и давлении 1,6 - 2,5 МПа [2, 3].

В данном технологическом процессе происходит очистка жидкой фазы от тяжелых металлов, содержащихся в исходном осадке, за счет их перераспределения между твердой и жидкой фазами.

Недостатком такого способа является сохранение высокой концентрации тяжелых металлов в сточных водах (в жидкой фазе после окисления), что не позволяет производить возврат их на основную стадию биологической очистки сточных вод или утилизировать.

Задачей изобретения является повышение эффективности обезвреживания сточных вод за счет увеличения степени извлечения тяжелых металлов.

Задача решается тем, что сточные воды после смешения со щелочным реагентом подвергают предварительной активации путем гидродинамического кавитационного воздействия при температуре 50 - 170^oC, при одновременной подаче сжатого воздуха под давлением 0,2 - 1,6 МПа, взятого в объемном соотношении со сточными водами, составляющем не более 3,0. Активированную смесь догревают до рабочей температуры 140 - 190^oC и подают в реактор с одновременной подачей сжатого воздуха, далее выдерживают при рабочей температуре и повышенном давлении, после чего продукт реакции охлаждают, отстаивают и отделяют осадок.

Сточные воды подвергают активации путем гидродинамического кавитационного воздействия предпочтительно в роторно-пульсационном кавитационном аппарате при удельном расходе жидкости 100 - 200 кг/м²с и окружной скорости вращения ротора 25 - 30 м/с.

Сточные воды могут быть подвергнуты активации также путем струйного эжектирования воздуха.

Предварительная активация сточных вод при одновременной подаче сжатого воздуха обеспечивает интенсификацию процесса растворения кислорода воздуха в жидкости и реакции окисления органических веществ сточных вод с образованием гуматов. После активации увеличивается переход органических компонентов сточных вод в растворимую форму и повышается их концентрация в жидкой фазе в реакторе.

Вероятно это способствует переводу растворимых форм тяжелых металлов, обусловленных произведением растворимости гидроокисей и карбонатов, в менее растворимые комплексы с гуматами, которые затем более полно удаляются при фильтровании вместе с осадком.

Проведение процесса активации при повышенной температуре позволяет увеличить его скорость и повысить степень извлечения тяжелых металлов из сточных вод.

Обработка суспензии сточных вод в роторно-пульсационном кавитационном активаторе позволяет эффективно диспергировать взвешенные частицы суспензии (до размеров 0,5 - 5 мкм), что значительно увеличивает поверхность частиц (до 10⁵ см²/г) и гомогенность смеси.

Активация в кавитационном режиме струйного эжектирования воздуха жидкостью при заявляемом объемном соотношении со сточными водами позволяет эффективно осуществить диспергирование большей части воздуха от требуемого в целом для процесса обработки в сточных водах, что создает оптимальные условия для массообмена, увеличивает скорость и полноту реакции в смеси воздух - суспензия сточных вод, что в конечном итоге приводит к повышению степени извлечения тяжелых металлов из сточных вод.

Пример 1. Обработке подвергают сточные воды, содержащие органические компоненты, взвешенные и коллоидные частицы и тяжелые металлы, как в ионных формах, так и сорбированных на взвешенных частицах и входящих в состав органических, минеральных и органо-минеральных соединений, например сточные воды из метантенков.

Характеристика исходных сточных вод:
- содержание сухих веществ 10%;
- зольность сухих веществ 40%;
- содержание тяжелых металлов в сухих веществах представлено в таблице.

Исходные сточные воды подвергают интенсивному гидродинамически кавитационному воздействию в проточном активаторе при температуре 50^oC, куда одновременно вводят щелочной реагент в количестве 18 мас.% от массы сухих веществ сточных вод и сжатый воздух под давлением 0,2 МПа в объемном соотношении со сточными водами, равном 0,04. Обработку проводят при удельном расходе жидкости через активатор, равном 200 кг/м²с и окружной скорости вращения ротора 30 м/с. Далее активированную смесь нагревают до 190^oC и подают в реактор. В реакторе смевь выдерживают при темпераутре 190^oC и давлении 1,6 МПа в течение 1,6 ч при непрерывной подаче воздуха с удельным расходом 40 м³/м³ч.

В ходе процесса тяжелые металлы связываются в нерастворимые соединения, преимущественно в гидроокиси, и выделяются из раствора в виде взвеси.

После обработки смесь образовавшихся продуктов реакции и взвеси выгружают из реактора, охлаждают до 95^oC, отстаивают и разделяют, например, на фильтре.

В фильтрате, который является обезвреженными сточными водами, содержится меньше тяжелых металлов, чем в исходных стоках (см. таблицу), что позволяет направить сточные воды на дальнейшую обработку или утилизацию.

Осадок с фильтра представляет собой смесь практически нерастворимых гидроксидов и органо-минеральных соединений тяжелых металлов и может быть направлен на депонирование либо на использование в производстве строительных материалов.

Пример 2. Для обработки используют исходные сточные воды из примера 1.

Исходные сточные воды подвергают активации совместно со щелочным реагентом, вносимым в дозе 12 мас.%, при температуре 170^oC с подачей воздуха в режиме струйного эжектирования под давлением 1,6 МПа при объемном соотношении со сточными водами, равном 3,0. Далее активированную смесь нагревают до 180^oC и подают в реактор в режиме струйного эжектирования воздуха при объемном коэффициенте инжекции 1,2. В реакторе смесь выдерживают при температуре 180^oC и давлении 2,5 МПа в течение 1 ч при непрерывной подаче воздуха с удельным расходом 50 м³/м³ жидкости в час.

Далее смесь образовавшихся продуктов обрабатывают как в примере 1.

Остаточное содержание тяжелых металлов в обезвреженных сточных водах гораздо меньше, чем в исходных стоках (см. таблицу).

Пример 3. Сточные воды подвергают обработке без предварительной активации. Исходные сточные воды по примеру 1 смешивают со щелочным реагентом, например гидроокисью натрия или калия, при дозе внесения щелочи 18 мас.% от массы сухих веществ сточных вод, нагревают в теплообменнике до 190^oC и загружают в реактор, снабженный мешалкой. В реакторе смесь сточных вод со щелочью выдерживают при этой температуре, при непрерывном перемешивании и подаче сжатого воздуха при удельном расходе воздуха 60 м³/м³ жидкости в час и давлении в реакторе 2,5 МПа, в течение 2 ч.

Далее смесь образовавшихся продуктов обрабатывают как в примере 1. Содержание тяжелых металлов в обезвреженных стоках (см. таблицу) при такой их обработке остается высоким.

Из данных таблицы следует, что обработка сточных вод по предлагаемому способу позволяет эффективно обезвреживать их при более полном извлечении тяжелых металлов, что облегчает дальнейшую их обработку или утилизацию.

Одновременно, такая обработка позволяет сократить длительность процесса обезвреживания стоков примерно в 1,2 - 2,0 раза.

Способ может быть использован в сельском хозяйстве при производстве органо-минеральных удобрений, в частности обезвреживании сточных вод. Сточные воды смешивают со щелочным реагентом, подвергают предварительной активации путем гидродинамического кавитационного воздействия при температуре 50 - 170^oС, при одновременной подаче сжатого воздуха под давлением 0,2 - 1,6 МПа, взятого в объемном соотношении со сточными водами, составляющем не более 3,0. Активированную смесь догревают до рабочей температуры 140 - 190^oС и подают в реактор с одновременной подачей сжатого воздуха, выдерживают при рабочей температуре и повышенном давлении, охлаждают, отстаивают и отделяют осадок. Сточные воды подвергают активации путем гидродинамического кавитационного воздействия и стройного эжектирования воздуха. Такая обработка позволяет эффективно обезвреживать сточные воды и сократить длительность процесса обезвреживания стоков примерно в 1,2 - 2,0 раза. 2 з.п.ф-лы, 1 табл.

1. Способ обезвреживания сточных вод, включающий их обработку при нагревании и повышенном давлении щелочным реагентом и газом-окислителем, охлаждение и отделение осадка от жидкой фазы, отличающийся тем, что сточные воды после смешения со щелочным реагентом подвергают предварительной активации путем гидродинамического кавитационного воздействия при 50 - 170^oС, при одновременной подаче сжатого воздуха под давлением 0,2 - 1,6 МПа, взятого в объемном соотношении со сточными водами, составляющем не более 3,0, затем активированную смесь догревают до рабочей температуры 140 - 190^oС и подают в реактор с последующим выдерживанием при рабочей температуре и повышенном давлении, после чего продукт реакции охлаждают, отстаивают и отделяют осадок. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сточные воды подвергают активации путем гидродинамического кавитационного воздействия предпочтительно в роторно-пульсационном кавитационном аппарате при удельном расходе жидкости до 200 кг/м² • с и окружной скорости вращения ротора до 30 м/с. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что сточные воды подвергают активации путем струйного эжектирования воздуха.