СПОСОБ ОБРАБОТКИ ОТСТОЯ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 1998 года по МПК C02F11/14 

Изобретение относится к обработке промышленных и бытовых сточных вод, а именно к обработке отстоя сточных вод (ОСВ), состоящей из нескольких стадий, включающих химическое и термическое воздействие. В описании изобретения и в примерах проведения процесса переработки сточных вод употребляются следующие термины:
Сточные воды (СВ) - промышленные и коммунальные стоки, которые подвергают очистке на биологических очистных сооружениях (БОС).

Осадок сточных вод (ОСВ) - смесь осадков, образующихся в первичных и во вторичных отстойниках в процессе очистки СВ на БОС, которая представляет собой гелеобразную, структурированную массу. Эта масса по реологическим свойствам является вязко-пластической жидкостью, поэтому разделение ОСВ на жидкую и твердую составляющие является сложной технической задачей. Утилизация ОСВ затруднена в связи с присутствием в нем патогенных микроорганизмов, тяжелых металлов, а большое количество воды затрудняет термическое обезвреживание. Складирование и захоронение приводят к гниению ОСВ и вторичному загрязнению окружающей среды. Поэтому основной задачей при разработке технологии переработки ОСВ является обезвреживание осадка и относительное снижение его влажности - до 65% и ниже. Полученные вещества могут быть использованы в производстве строительных материалов, например керамзита, стеновых камней и др.

Известные способы обработки ОСВ, как правило, включают стадии физического воздействия - отстаивание, расслоение, центрифугирование, сушку и т.п., и химическую обработку - подкисление и подщелачивание. В качестве окислителей могут использоваться воздух, озон, хлор; в качестве агентов, повышающих кислотность среды - гидроксиды натрия или калия, аммиак.

Так, в способе обработки осадков [1] в качестве окислителя используется хлор в количестве 1 - 10% от массы сухого осадка, а в качестве основания применяется аммиак.

Известен способ [2], по которому ОСВ обрабатывают следующим образом: обрабатываемые вещества вводят в первую камеру, где проводят его окисление, сопровождающееся снижением pH до 2 - 2,5 с помощью серной кислоты или хлора. Полученную массу обезвоживают и направляют во вторую камеру, где обрабатывают воздухом, озоном и известью. Спустя некоторое время массу переводят в расслаиватель, где твердую и жидкую фазы разделяют. Твердую фазу подвергают дальнейшей переработке в зависимости от назначения продукта, а жидкую рециклизуют. В обеих камерах поддерживается давление 30 - 60 фунт/дюйм или 146 - 293 кг/см².

В другом процессе [3] для снижения расхода окислителя - кислорода процесс окисления предлагается проводить при повышенных температуре (200 - 370^oC) и давлении 35 - 210 кг/см² при контакте с кислородсодержащим газом, который вводят в водную суспензию органического вещества. Процесс ведут в смесителе со статической мешалкой, через которую циркулирует кислородсодержащий газ, обеспечивающий окисление органической составляющей.

Прототипом изобретения является способ, по которому процесс окисления проводят с использованием перекиси водорода [4].

При этом органические вещества разлагаются и окисляются, выделяя тепло, которое утилизируется. Согласно этому способу ОСВ с содержанием твердого вещества около 6% перемешивают со 30%-ной перекисью водорода таким образом, чтобы перекись водорода составляла 10% от сухой части ила. Смесь перемешивают в шаровой мельнице в течение нескольких минут. Образовавшаяся масса легко оседает и в жидкой части остается около 1,44% твердых и около 0,6 - 1% летучих веществ. В прототипе и в аналогах отсутствуют данные о содержании металлов (в том числе тяжелых) как в ОСВ, так и в продуктах его разделения.

Задачей, стоящей перед разработчиками изобретения, была разработка экономичного способа утилизации ОСВ, воплощение которого требует минимальных затрат энергии и реагентов и исключает загрязнение окружающей среды соединениями металлов.

Разработан способ, по которому ОСВ окисляют перекисью водорода в две стадии. Для этого исходный ОСВ нагревают до 70 - 80^oC и вместе с перекисью водорода подают в реактор-окислитель 1. Обработанную в этом реакторе массу перекачивают на стадию разделения (например отстой или центрифугирование), где она делится на жидкую фазу и осадок. Осадок дополнительно обрабатывают перекисью водорода и щелочью (гидроокисью натрия или калия) до pH 10 - 12 и направляют на вторичное разделение, где происходит разделение на слой, состоящий из раствора солей гуминовых кислот и обезвоженный осадок. Раствор гуматов упаривают до нужного содержания сухого вещества. Общее количество перекиси водорода, необходимое для проведения процесса окисления ОСВ, составляет 5 - 20% от сухой части исходного ОСВ и зависит от влажности (весовой концентрации воды) исходного ОСВ в диапазоне 90 - 98%. На первую стадию подают 30 - 60% всей перекиси, а на вторую - остальное. Это необходимо для более полного окисления органической части ОСВ, разрушения структуры и отделения воды.

Таким образом, существенными отличиями предлагаемого способа от прототипа являются:
- малое количество окислителя - перекиси водорода, вводимое в соотношении ОСВ: перекись 1:0,003 - 0,007 или 5 - 20% от сухой части ОСВ:
- введение этого количества перекиси в два приема с промежуточным отделением от осадка жидкой фазы.

Схема осуществления предлагаемого способа приведена на чертеже.

Примеры проведения процесса представлены в табл. 1.

В табл. 2 представлено распределение ряда металлов, содержащихся в ОСВ по конечным продуктам переработки ОСВ.

Пример 1. Исходную массу ОСВ, имеющую влажность 90%, из емкости 1 через теплообменник 2, где происходит нагрев до 70^oC, подают с расходом 20 кг/ч в реактор окисления. В реактор 3 из емкости 4 подают 30%-ный водный раствор перекиси в количестве 0,2 кг/ч, что соответствует соотношению ОСВ : перекись 1: 0,003. Время пребывания реакционной массы в реакторе 3 в условиях перемешивания составляет 0,5 ч. Далее из реактора масса подается на разделение в аппарат 5, где путем центрифугирования или отстоя делится на жидкую часть и осадок, в количестве 11,2 и 9 кг/ч соответственно.

Осадок подается в реактор 7, где смешивается с дополнительным потоком раствора перекиси водорода в количестве 0,2 кг/ч и со щелочью (40% едкого натра NaOH) в количестве 0,3 кг/ч. Таким образом, суммарное количество перекиси водорода, потраченной на переработку ОСВ, составляет 0,4 кг/ч, или 6% от сухой части ОСВ, что соответствует соотношению ОСВ : перекись водорода 1: 0,006.

Пример 2 (сравнительный). Проведение процесса отличается от примера 1 только количеством использованной перекиси водорода, не соответствующим изобретению. При таком режиме ОСВ оказывается недостаточно окисленным, что приводит к образованию большого количества осадка (50%) с влажностью примерно 82%. Утилизация осадка такой влажности не возможна и, следовательно, задача переработки ОСВ при этом режиме не выполняется.

Пример 3. В примере демонстрируется влияние температуры на процесс окисления ОСВ. Снижение температуры приводит к слабому окислению ОСВ, в результате чего недостаточно разрушается структура ОСВ, не происходит отделение воды и получается большое количество осадка (11 кг/ч) с большой влажностью (84%), что является недостаточным для утилизации осадка. Кроме того, при снижении температуры окисления уменьшается образование гуминовых кислот и понижается их выход.

Пример 4. В этом примере приведены результаты переработки ОСВ при одностадийном введении перекиси водорода. При таком режиме работы несколько повышается влажность осадка и возрастает его количество при сохранении выхода раствора гуматов примерно на том же уровне, как и в примере 1.

Пример 5. Показан результат более значительной подачи перекиси водорода на вторую стадию окисления - 85%. В результате по сравнению с примером 1 несколько возрастает выход осадка и возрастает его влажность. В то же время выход раствора солей гуматов слегка возрастает.

Пример 6. Проведение процесса отличается от всех предыдущих примеров тем, что показан режим и результаты переработки ОСВ значительно большей влажности (98%).

Таким образом, предлагаемая технология допускает переработку такого ОСВ, при этом удается получить осадок с достаточно низкой влажностью, который может быть утилизирован. Снижение выхода осадка и раствора солей гуматов в этом примере объясняется снижением доли сухого вещества в исходном ОСВ.

Пример 7. Использованы исходные ОСВ, влажность которых занимает промежуточное положение между примерами 1 и 6. Основные технологические параметры в этом примере находятся в соотношении, близком к оптимальному, поэтому при переработке ОСВ образуется осадок относительно малой влажности и получается значительное количество раствора гуматов.

Примеры 8 и 9. Проведение процесса по основным технологическим параметрам соответствует заявленному диапазону, в результате чего получена относительно низкая влажность осадка ОСВ. В примере 8 распределение перекиси водорода по стадиям аналогично примеру 7.

Пример 10. Режим проведения аналогичен примеру 5 по распределению перекиси водорода по стадиям окисления, причем на первую стадию подается относительно малая часть окислителя. В этих условиях влажность получающегося осадка больше, чем при оптимальных режимах обработки ОСВ.

Пример 11. Продемонстрирован режим обработки, который для ОСВ большой влажности дает наилучшие результаты и для реальных ОСВ является, по-видимому, оптимальным.

В целом, примеры 1, 6, 7, 8, 9 и 11 выполнены в диапазоне заявленных технологических параметров обработки ОСВ.

Примеры 2, 3, 4, 5 и 10 выполнены при отклонении от этих условий по каким-либо параметрам.

Источники информации
1. Патент США N 4500428, кл. C 02 F 11/02, опублик. 19.02.85.

2. ЕПВ N 147108, кл. C 02 F 11/06, опублик. 03.07.85.

3. А.с. СССР N 823317, кл. C 02 F 11/14, опублик. 1981.

4. Заявка Японии Kokai Tokko Koho N 4-74078, кл. C 07 F 11/06, опублик. 23.03.90 (прототип).

Изобретение предназначено для обработки промышленных и бытовых сточных вод. Осадок сточных вод (ОСВ) нагревают, обрабатывают перекисью водорода в две стадии с промежуточным разделением отстоя на жидкую часть и осадок, подщелачивают и отделяют жидкую часть, содержащую гуматы. Перекись водорода берут в количестве 5-20% от сухой части ОСВ. Использование изобретения позволяет снизить содержание металлов в ОСВ и снижает загрязнение окружающей среды. 1 ил., 2 табл.

Способ переработки отстоя сточных вод, включающий окисление перекисью водорода, отличающийся тем, что отстой сточных вод нагревают, окисляют, подщелачивают и отделяют жидкую часть, содержащую гуматы, причем окисление перекисью водорода, взятой в количестве 5 - 20% от сухой части отстоя сточных вод, проводят в две стадии с промежуточным разделением отстоя на жидкую часть и осадок, при этом на первой стадии в отстой вводится 30 - 60% от расходуемой перекиси водорода, а на второй стадии - остальная ее часть.