СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ Российский патент 2003 года по МПК C02F1/52 C02F1/36 C02F1/36 C02F101/10 C02F101/20 C02F101/30 C02F103/16 C02F103/22 C02F103/32 

Изобретение относится к способам очистки сточных вод и воды хозяйственно-питьевого и промышленного назначения и может быть использовано в химической, металлургической, пищевой, дерево-, нефте-, мясо-, рыбоперерабатывающей и других отраслях промышленности для очистки вод от загрязняющих компонентов, таких как соединения щелочных, щелочноземельных, переходных, тяжелых и радиоактивных элементов, нефтепродукты, коллоидные частицы, органические соединения, в том числе красители, высокомолекулярные и поверхностно-активные вещества и другие, а также для сгущения и уменьшения влажности шламов различных производств.

Известен способ очистки воды, в котором используется ультразвуковая обработка воды с целью создания кавитационных явлений в обрабатываемой жидкости, с помощью которых из воды удаляются кислотные загрязнения (JP 3221189 А, опублик. 17.09.98).

Недостатком этого способа является трудоемкость, а также ограничения области применения этого способа, заключающиеся в очистке воды только от хлорноватистой кислоты.

Известен способ очистки воды, в котором воду обрабатывают коагулянтом, ультразвуком и затем подвергают флотационному разделению (JP 58-45307 А, опублик. 08.10.83).

Недостатком этого способа является неудовлетворительная степень очистки воды, высокие нормы расхода реагентов, а также трудоемкость.

Известен способ обработки воды, в котором воду вместе с жидким флокулянтом подвергают ультразвуковой обработке (US 4961860 А1, опублик. 09.10.90).

Недостатком этого способа является также неудовлетворительная степень очистки воды, высокие нормы расхода реагентов, а также трудоемкость.

Прототипом изобретения является способ очистки сточных вод путем обработки их коагулянтом и флокулянтом в виде алюмокремниевого реагента с последующим отделением образующегося осадка, причем в обрабатываемую воду дополнительно вводят газообразную и/или жидкую активирующую добавку при массовом соотношении активирующей добавки к коагулянту и флокулянту, равном 0,02-500 мас.ч. (RU 2114787 A1, опублик. 10.07.98).

Недостатком данного способа является наличие инкубационного периода, связанного с временем образования активного кремнезема в обрабатываемой воде, что, в конечном итоге, обуславливает увеличение продолжительности технологического цикла и использование значительных по объему технологических емкостей, а также повышение энергозатрат и трудоемкости способа.

В изобретении достигается технический результат, заключающийся в повышении степени очистки воды от загрязнений и расширении области применения способа, в том числе и для воды систем питьевого и промышленного водоснабжения, при одновременном снижении расхода реагентов, а также в снижении энергозатрат и трудоемкости способа.

Указанный технический результат достигается следующим образом.

Способ очистки воды в реакторе заключается в том, что в очищаемую воду вводят коагулянт со флокулянтом и активирующую добавку. Массовое соотношение активирующей добавки к коагулянту с флокулянтом равно 0-500 мас.ч.

Очищаемую воду обрабатывают также упругими колебаниями с интенсивностью, обеспечивающей реализацию в воде кавитации с уровнем кавитационного шума в частотном диапазоне 500-500000 Гц не ниже 50 дБ по всему объему реактора и акустических макро- и микропотоков со скоростью не менее 1% от колебательной скорости поверхности, передающей упругие колебания в жидкости.

При этом очищаемую воду обрабатывают всеми указанными методами одновременно в совмещенном режиме.

Образующиеся в результате обработки твердофазные взвеси отделяют.

В частном случае обработку очищаемой воды проводят в непрерывном режиме возбуждения упругих колебаний.

Также в частном случае обработку очищаемой воды проводят в импульсном режиме возбуждения упругих колебаний, при котором время возбуждения колебаний составляет не менее 1000 периодов колебаний, а время паузы не менее 2000 периодов колебаний.

Также в частном случае обработку очищаемой воды проводят в проточной системе при гидродинамической скорости потока, не превышающей колебательную скорость поверхности, передающей упругие колебания в жидкость.

В частном случае в качестве коагулянта с флокулянтом используют жидкофазный алюмокремниевый реагент.

Также в частном случае в качестве коагулянта используют твердофазные реагенты, которые добавляют в концентрации от 0,01 мг/л до 10 г/л.

Также в частном случае в качестве активирующей добавки используют газообразные реагенты, например, воздух или кислород или озон.

В частном случае в качестве активирующей добавки используют жидкие реагенты, например, катионные полиэлектролиты или растворы неорганических солей или поверхностно-активных веществ или высокомолекулярных соединений или их смеси.

Также в частном случае в качестве активирующей добавки одновременно используют жидкий и газообразный реагенты.

Также в частном случае в качестве источника упругих колебаний используют, по крайней мере, один гидродинамический излучатель, работающий в частотном диапазоне 500-10000 Гц.

Также в частном случае в качестве источника упругих колебаний используют, по крайней мере, один электроакустический преобразователь пьезокерамического или магнитострикционного типов, работающий в частотном диапазоне 10000-500000 Гц.

В частном случае в качестве источников упругих колебаний используют гидродинамические излучатели, работающие в частотном диапазоне 500-10000 Гц и электроакустические преобразователи пьезокерамического или магнитострикционного типов, работающие в частотном диапазоне 10000-100000 Гц.

Также в частном случае в качестве источников упругих колебаний используют электроакустические преобразователи пьезокерамического или магнитострикционного типов, работающие в частотном диапазоне 10000-100000 Гц и электроакустические преобразователи пьезокерамического типа, работающие в частотном диапазоне 100000-500000 Гц.

Воздействие упругих колебаний на процессы флотационной очистки воды приводит к резкому снижению времени образования зародышей твердой фазы коагулянта с сильно развитой активной поверхностью. Совокупность адсорбционных и флокуляционных процессов с участием высокодисперсных частиц коагулянта определяет высокую степень очистки воды от загрязнений самого различного происхождения.

Одновременное использование в совмещенном режиме упругих колебаний в широком частотном диапазоне с флотационными методами очистки воды приводит при снижении расхода реагента к повышению степени удаления загрязнений и расширению сферы применения данной технологии, в том числе и для воды систем питьевого и промышленного водоснабжения. При этом обеспечивается ускоренное осаждение образовавшегося осадка и более быстрое удаление загрязнений.

Изобретение поясняется чертежом, на котором схематически изображено устройство, с помощью которого может быть реализован способ очистки воды по предложенному изобретению.

Устройство для очистки воды содержит реактор 1, гидродинамический излучатель 2, штуцер 4 для ввода в реактор 1 коагулянта, флокулянта и активирующей добавки, блок 5 для ввода в емкость реактора 1 очищаемой воды, выполненный в виде вращаемой "гребенки".

Устройство содержит также лоток 6 для отвода очищенной воды, лоток 7 для удаления пены, ультразвуковую систему 8, состоящую из электроакустического преобразователя пьезокерамического или магнитострикционного типов и волновода-излучателя стержневого типа.

Для дополнительной ультразвуковой интенсификации процесса очистки устройство снабжено контуром 9, состоящим из дополнительного гидродинамического излучателя 3 и насоса 10 (устанавливается опционально).

Способ очистки воды осуществляют следующим образом.

Очищаемую воду подают через гидродинамический излучатель 2, создающий упругие колебания в частотном диапазоне 500-10000 Гц и реализующий в воде кавитационное поле, и далее через вращаемую "гребенку" 5 в реактор 1. Гидродинамический излучатель 2 снабжен штуцером 4, позволяющим производить эжекцию жидкофазного коагулянта с флокулянтом и активирующей добавки в проходящий поток воды.

В качестве коагулянта с флокулянтом могут быть использованы как один реагент, выполняющий обе эти функции одновременно, так и два реагента, каждый из которых выполняет функции флокулянта и коагулянта по отдельности. При этом в случае использования двух отдельных реагентов в качестве коагулянта и флокулянта массовое соотношение активирующей добавки выбирается из диапазона 0-500 мас.ч. по отношению к суммарному количеству этих реагентов.

За счет вращения "гребенки" 5 происходит более равномерное распределение потока воды и поднимающихся пузырьков введенной газообразной активирующей добавки по всему объему реактора.

Для ускорения процессов очистки сточных вод (гидролиза жидкофазного коагулянта, образования и роста частиц коагулянта и др.) в реактор погружается ультразвуковая система 8. Ультразвуковые колебания в частотном диапазоне 10000-500000 Гц передаются от поверхности волновода и распространяются в обрабатываемой воде по всему объему реактора 1.

Экспериментально установлено, что при вышеуказанных параметрах и условиях возбуждения интенсивность упругих колебаний, возбуждаемых гидродинамическим излучателем 3 и ультразвуковой системой 8, обеспечивает реализацию в воде кавитации с уровнем кавитационного шума в частотном диапазоне 500-500000 Гц не ниже 50 дБ по всему объему реактора и акустических макро- и микропотоков со скоростью не менее 1% от колебательной скорости поверхности, передающей упругие колебания в жидкости.

Пузырьки воздуха поднимаются к поверхности воды и увлекают за собой продукты гидролиза жидкофазного коагулянта, которые и адсорбируют различные загрязнения воды. При этом на поверхности воды образуется слой пенообразного продукта, который выводится из реактора 1 с помощью лотка 7 для удаления пены. Очищенная вода самотоком поступает в лоток 6 для отвода очищенной воды.

Если расходы очищаемой воды велики и качество очистки недостаточно дополнительно применяют контур 9 ультразвуковой интенсификации процесса очистки воды. В этом случае очищаемая вода, в которой уже присутствует коагулянт и флокулянт, с помощью насоса 10 дополнительно пропускается через гидродинамический излучатель 3. Таким образом увеличивается эффективное время нахождения единичного объема воды в интенсивном ультразвуковом поле.

Кроме того, через дополнительный гидродинамический излучатель 3 можно осуществлять дополнительную эжекцию газообразной активирующей добавки (воздух, кислород, озон), что также ускоряет процесс и увеличивает глубину очистки сточных вод от загрязнений.

Конкретные примеры реализации способа
Пример 1
Сточную воду лакокрасочного производства мебельного предприятия, имеющего следующий состав, мг/л: взвешенные вещества 1360, железо 48, полиуретановый лак 1410, обрабатывают в непрерывном режиме упругими колебаниями, создаваемыми в жидкости излучателем электроакустического преобразователя, частотой 25000 Гц с интенсивностью, обеспечивающей реализацию в воде кавитации с уровнем кавитационного шума в частотном диапазоне 10000-500000 Гц на расстоянии 100 мм от излучающей поверхности не ниже 50 дБ, при введении алюмокремниевого реагента в количестве 0,08 л/м³ и активирующей добавки (воздуха) в соотношении 100 мас. ч. путем барботажа. При этом скорость образующихся макро- и микропотоков составляет 10% от колебательной скорости поверхности, передающей упругие колебания в жидкости.

Эксперименты проводились на типовом технологическом оборудовании, с использованием ультразвуковой установки, состоящей из ультразвукового генератора мощностью 1 кВт, магнитострикционного преобразователя магнитострикционного типа и волноводно-излучающей системы с излучателем стержневого типа с излучающей поверхностью 25 см³.

Образующийся осадок отделяют через пленочно-тканевый фильтр. Очищенная вода имеет состав, мг/л: количество взвешенных веществ менее 30, железо (III) менее 0,5, полиуретановый лак менее 0,8.

Пример 2
Предлагаемый способ осуществляют аналогично примеру 1, но при этом мутные технологические стоки нефтеперерабатывающего завода, содержащие взвешенные вещества и нефтепродукты в количестве (мг/л) 180 и 340, соответственно, обрабатывают при одновременном введении в систему активирующей добавки - воздуха при массовом отношении к алюмокремниевому реагенту, равном 500. Скорость образующихся макро- и микропотоков составляет 15% от колебательной скорости поверхности, передающей упругие колебания в жидкости.

Образуется легкоудаляемый пенный продукт.

Содержание взвешенных веществ и нефтепродуктов после обработки составляет (мг/л) 2 и 0,4 соответственно. Улучшаются органолептические характеристики очищенной воды: отсутствуют опалесценция и запах.

Пример 3
Предлагаемый способ осуществляют аналогично примеру 1, но при этом технологические воды бутыломоечного производства обрабатывают последовательно алюмокремниевым реагентом и активирующими добавками - высокомолекулярным катионным полиэлектролитом при отношении полиэлектролита к алюмокремниевому реагенту, равном 0,02, и воздухом при массовом отношении последнего к алюмокремниевому реагенту, равном 12.

После обработки содержание (мг/л) взвешенных веществ снизилось с 68 до 0,2, солей жесткости с 85 до 0,8 и ионов натрия с 200 до 80 соответственно, что соответствует санитарно-гигиеническим нормам для вод хозяйственно-питьевого назначения. Без введения активирующих добавок эффективность очистки вод ниже на 50%.

Пример 4
Предлагаемый способ осуществляли аналогично примеру 1, но при этом обработку упругими колебаниями проводили в импульсном режиме возбуждения, при котором время возбуждения составляло 40000 периодов колебаний, а время паузы - 80000 периодов колебаний.

Технологические воды текстильного производства, содержащие поливиниловый спирт, обрабатывали алюмокремниевым реагентом, используя в качестве активирующей добавки карбонат натрия при массовом отношении последнего к алюмокремниевому реагенту, равном 50. Содержание (мг/л) взвешенных веществ и поливинилового спирта в воде составляло до обработки 1300 и 1115, а после обработки 3,5 и 12 соответственно.

Пример 5
Предлагаемый способ осуществляют аналогично примеру 1.

Стоки свинофермы с составом, мг/л: взвешенные вещества 2980, серосодержащие соединения 18,6, железо 37,8, аммонийный азот 281, фосфаты натрия 146, нефтепродукты 55,2, масла 440, эфироэкстрагируемые вещества 827, рН 8,5 обрабатывают алюмокремниевым реагентом после введения в сток активирующей добавки - катионного поверхностно-активирующего вещества (алкил С₁₀-С₁₈-триметиламмонийхлорид). Отношение активирующей добавки к алюмокремниевому реагенту в стоке составляет 0,02.

Анализ состава воды после обработки показал наличие загрязнений в воде в количестве, мг/л: взвешенные вещества 1,5, сульфиды 0,1, железо 0,3, аммонийный азот 0,9, фосфаты 0,1, нефтепродукты 0,5, масла 3,1, эфироэкстрагируемые вещества 2. Без введения активирующей добавки степень очистки воды, например, от нефтепродуктов уменьшается в 2 раза.

Изобретение относится к способам очистки сточных вод и воды хозяйственно-питьевого и промышленного назначения и может быть использовано в химической, металлургической, пищевой, дерево-, нефте-, мясо-, рыбоперерабатывающей и других отраслях промышленности для очистки вод от загрязняющих компонентов, таких как соединения щелочных, щелочноземельных, переходных, тяжелых и радиоактивных элементов, нефтепродукты, коллоидные частицы, органические соединения, в том числе красители, высокомолекулярные и поверхностно-активные вещества и другие, а также для сгущения и уменьшения влажности шламов различных производств. В очищаемую воду вводят коагулянт с флокулянтом и активирующую добавку. Массовое соотношение активирующей добавки к коагулянту с флокулянтом равно 0-500 мас.ч. Очищаемую воду обрабатывают также упругими колебаниями с интенсивностью, обеспечивающей реализацию в воде кавитации с уровнем кавитационного шума в частотном диапазоне 500-500000 Гц не ниже 50 дБ по всему объему реактора и акустических макро- и микропотоков со скоростью не менее 1% от колебательной скорости поверхности, передающей упругие колебания в жидкости. При этом очищаемую воду обрабатывают всеми указанными методами одновременно в совмещенном режиме. Образующиеся в результате обработки твердофазные взвеси отделяют. Технический эффект - повышение степени очистки воды от загрязнений и расширение области применения способа, в том числе и для воды систем питьевого и промышленного водоснабжения, при одновременном снижении расхода реагентов, а также снижение энергозатрат и трудоемкости способа. 12 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ очистки воды в реакторе, заключающийся в том, что в очищаемую воду вводят коагулянт с флокулянтом и активирующую добавку при массовом соотношении активирующей добавки к коагулянту с флокулянтом, равном 0-500 мас. ч. , дополнительно очищаемую воду обрабатывают упругими колебаниями с интенсивностью, обеспечивающей реализацию в воде кавитации с уровнем кавитационного шума в частотном диапазоне 500-500000 Гц не ниже 50 дБ по всему объему реактора и акустических макро- и микропотоков со скоростью не менее 1% от колебательной скорости поверхности, передающей упругие колебания в жидкости, при этом очищаемую воду обрабатывают всеми указанными методами одновременно в совмещенном режиме и отделяют образующиеся твердофазные взвеси. 2. Способ по п. 1, заключающийся в том, что обработку очищаемой воды проводят в непрерывном режиме возбуждения упругих колебаний. 3. Способ по п. 1, заключающийся в том, что обработку очищаемой воды проводят в импульсном режиме возбуждения упругих колебаний, при котором время возбуждения колебаний составляет не менее 1000 периодов колебаний, а время паузы не менее 2000 периодов колебаний. 4. Способ по п. 1, заключающийся в том, что обработку очищаемой воды проводят в проточной системе при гидродинамической скорости потока, не превышающей колебательную скорость поверхности, передающей упругие колебания в жидкость. 5. Способ по п. 1, заключающийся в том, что в качестве коагулянта с флокулянтом используют жидкофазный алюмокремниевый реагент. 6. Способ по п. 1, заключающийся в том, что в качестве коагулянта используют твердофазные реагенты, которые добавляют в концентрации от 0,01мг/л до 10 г/л. 7. Способ по п. 1, заключающийся в том, что в качестве активирующей добавки используют газообразные реагенты, например воздух, или кислород, или озон. 8. Способ по п. 1, заключающийся в том, что в качестве активирующей добавки используют жидкие реагенты, например катионные полиэлектролиты, или растворы неорганических солей, или поверхностно-активных веществ, или высокомолекулярных соединений, или их смеси. 9. Способ по п. 1, заключающийся в том, что в качестве активирующей добавки одновременно используют жидкий и газообразный реагенты. 10. Способ по п. 1, заключающийся в том, что в качестве источника упругих колебаний используют, по крайней мере, один гидродинамический излучатель, работающий в частотном диапазоне 500-10000 Гц. 11. Способ по п. 1, заключающийся в том, что в качестве источника упругих колебаний используют, по крайней мере, один электроакустический преобразователь пьезокерамического или магнитострикционного типов, работающий в частотном диапазоне 10000-500000 Гц. 12. Способ по п. 1, заключающийся в том, что в качестве источников упругих колебаний используют гидродинамические излучатели, работающие в частотном диапазоне 500-10000 Гц и электроакустические преобразователи пьезокерамического или магнитострикционного типов, работающие в частотном диапазоне 10000-100000 Гц. 13. Способ по п. 1, заключающийся в том, что в качестве источников упругих колебаний используют электроакустические преобразователи пьезокерамического или магнитострикционного типов, работающие в частотном диапазоне 10000-100000 Гц и электроакустические преобразователи пьезокерамического типа, работающие в частотном диапазоне 100000-500000 Гц.