СПОСОБ КОМПЛЕКСНОЙ ОЧИСТКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2008 года по МПК C02F9/06 C02F1/463 

Изобретение относится к очистке промышленных сточных вод от ионов тяжелых металлов, цианидов, токсичных органических веществ, красителей, ПАВ и т.д., с одновременным снижением солесодержания очищенных стоков до уровня качества воды оборотного водоснабжения и получением при очистке стоков реально утилизируемого осадка, и может быть использовано в качестве локальных очистных сооружений различных областей производства.

Известен (RU патент 2161137, С02F 1/463, 2000) способ очистки промышленных сточных вод, включающий гальванокоагуляцию с использованием гальванопар и разделение твердой и жидкой фаз. Согласно известному способу перед гальванокоагуляцией проводят предварительную очистку сточных вод в усреднительной емкости, в которую направляют осадок после гальванокоагуляции, образовавшуюся смесь подвергают магнитоакустическому резонансному воздействию, а гальванокоагуляцию предварительно очищенной жидкой фазы осуществляют последовательно в два этапа, причем на первом этапе гальванопара образована из частиц кокса и железа, а на втором - из частиц кокса и алюминия, после отделения очищенных сточных вод от осадка его направляют в усреднительную емкость. Предпочтительно магнитоакустическое резонансное воздействие осуществляют в звуковом диапазоне частот с мощностью излучения 15-20 мВт один раз в сутки в течение 50-60 мин.

Известен (RU патент 2221757, С02F 9/06, 2004) способ очистки сточных вод, заключающийся в гальванокоагуляционной очистке сточных вод в вертикально расположенном барабане путем перемешивания гальваномассы и сточных вод при помощи шнека с увеличивающимся снизу вверх шагом винта с одновременной подачей снизу в барабан потока воздуха, причем в барабан подают поток воздуха, обогащенного кислородом, а после гальванокоагуляционной очистки сточные воды подвергают флокуляционной очистке с использованием в качестве флокулянта полидиметилдиаллиламмонийбромида с концентрацией 0,8-1,2 мг/дм³.

Известен (RU патент 2074125, С02F 1/463, 1997) способ очистки сточных вод гальванокоагуляцией с использованием гальванопары, образованной железным анодом и углеродным катодом в присутствии инертного материала с диэлектрическими свойствами.

Известен коагулятор барабанный (Коагулятор барабанный. Техническое описание КК 234.00.000 ТО. "Казмеханобр". Алма-Ата, 1985), содержащий помещенную во вращающийся барабан гальваническую пару двух металлов или металла и графита для внесения ионов железа с целью связывания фосфатов в нерастворимое вещество - фосфат железа.

Известна (RU патент 2183592, С 02 F 1/463, 2002) установка для биохимической очистки сточных вод, включающая резервуар, разделенный перегородками на секции и отсеки многоступенчатых биореакторов, системы коммуникаций для подвода, распределения и отвода сточных вод, рециркуляции иловых смесей, подвода воздуха, устройство для разделения разбавленных иловых смесей на иловую воду и сгущенный ил, устройство для приготовления и внесения в очищаемую воду реагентов, волокнистую насадку для удерживания иммобилизированных гидробионтов и приспособления для ее фиксации в объеме биореакторов, причем каждая секция многоступенчатых биореакторов на первой ступени выполнена двукоридорным аэротенком со свободноплавающим активным илом для создания режима вытеснения, разделена по длине коридоров на не менее 5-6 отсеков негерметичными поперечными перегородками, снабжена на входе стоков в первый коридор аэротенка водосливными водоизмерительными приспособлениями, а на выходе стоков из второго коридора аэротенка - пульсационными илоотделителями; перед ступенями биореакторов, работающими с иммобилизированными на волокнистой насадке гидробионтами, каждая секция биореакторов снабжена гальванокоагулятором с анодами из железной стружки (скрапа) и медными или графитовыми катодами, трубопровод осветленной от активного ила первой ступени биореакторов сточной жидкости сообщает илоразделитель и гальванокоагулятор секции посредством водосливного и измерительного приспособления, гальванокоагулятор помещен в лоток очищенной сточной жидкости, направляющий ее во вторую ступень биореакторов, насадка из волокнистых полимерных элементов, например ершей, закреплена на капроновых канатах, зафиксированных в объеме коридоров секций и отсеков распорками из пластмассовых труб или других профилированных элементов, обладающих устойчивостью на продольное сжатие.

Известна (SU авторское свидетельство 1142452, С02F 1/46, 1985) установка электрохимической очистки сточных вод, содержащая последовательно установленные соединенные с резервуаром-усреднителем электрокоагулятор, отстойник с блоком параллельных пластин и узел обезвоживания осадка. Также установка содержит соединенные последовательно смеситель и водоворотную камеру хлопьеобразования, установленные между электрокоагулятором и отстойником, при этом смеситель соединен с верхней частью отстойника эрлифтным трубопроводом.

Недостатком всех вышеприведенных решений следует признать неполноту удаления ионов тяжелых (цветных) металлов.

Техническая задача, реализуемая посредством предлагаемого технического решения, состоит в усовершенствовании способа очистки сточных вод.

Технический результат, получаемый при реализации предлагаемого технического решения, состоит в снижении общего солесодержания очищенных стоков до уровня качества воды оборотного водоснабжения и получение при очистке стоков реально утилизируемого осадка.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать комплексную технологию глубокой очистки промышленных сточных вод (КТГО ПСВ), при реализации которого предварительно (1-ая ступень очистки) осуществляют очистку исходных сточных вод в реакторе, куда постоянно дозировано подают магнитовосприимчивый железосодержащий осадок отстоявшейся пульпы гальванокоагулятора с загрузкой в качестве элементов, образующих в процессе работы гальванопару, железо и кокс, используемого на второй ступени очистки. Для активации сорбционных и коагуляционных реакций осадка пульпы и загрязнений очищаемых стоков в реактор постоянной подают воздух путем мелкодисперсной аэрации. Для флокуляции мелкодисперсных взвешенных частиц, предварительно очищенных действием магнитовосприимчивого железосодержащего осадка отстоявшейся пульпы гальванокоагулятора стоков, предпочтительно используют флокулянт ВПК-402 с концентрацией 1,0-1,2 мг/дм³. После отстаивания осветленные предварительно очищенные стоки проходят основную очистку в гальванокоагуляторах с загрузкой железо и кокс (II-ая ступень очистки). Глубокую доочистку стоков от ионов тяжелых металлов, излишнего количества ионов железа гальванокоагуляции и остаточных количеств органических веществ (красителей, животных и растительных жиров, масло-нефтепродуктов) осуществляют (III-я ступень очистки) методом шпинельной ферритизации (III-я ступень очистки). Этот метод основан на образовании из магнитовосприимчивых частиц железа пульпы гальванокоагулятора при подщелачивании ее до pH 8,0-9,0 ферромагнитных частиц железа и на их основе ферритов тяжелых и цветных металлов. При этом в качестве щелочного раствора можно использовать щелочные отработанные растворы гальванопокрытий, промывные сточные воды процессов обезжиривания шубно-меховых и кожевенных производств, и т.п., которые также в процессе очистки сточных вод необходимо индивидуально нейтрализовать. В финальной стадии этой ступени очистки проводят отстаивание ферритизированной пульпы и фильтрацию осветленных растворов. Для доведения качества очищенной воды до уровня требований сброса в водные объекты рыбохозяйственного назначения необходимо выполнить доочистку остаточных загрязнений сорбционными и ионообменными материалами (IV-ая ступень очистки).

Коагуляционные и сорбционные свойства пульпы гальванокоагулятора были подтверждены рентгеноструктурными и радиоспектрометрическими методами анализа, а также результатами лабораторных исследований и практического внедрения. При этом было выявлено, что электрохимически полученная пульпа гальванокоагулятора с электродами железо и кокс представлена в основном гидроксидами и магнитовосприимчивыми формами железа типа γ-Fe₂O₃, Fe₃O₄, γ- и δ-FeOOH в виде лепидокрокита и магнетита. Эта пульпа находится в более далеком от термодинамического равновесия состоянии, чем подобные реагенты, полученные химическим путем, и имеют в связи с этим более высокую внутреннюю и поверхностную энергию, а следовательно, и сорбционную и ионообменную способность.

Для реализации способа заявителем был разработан метод «шпинельной ферритизации» - глубокой доочистки сточных вод, при котором в качестве железосодержащего реагента используют ферромагнитные частицы осадка пульпы очищаемых растворов после гальванокоагулятора с железным и угольным (коксовым) электродами.

Наиболее полно, с образованием кристаллов сорбционных форм железа и ферритов тяжелых металлов, процесс проходит в щелочной среде с рН 8,5÷9,5.

Интенсификацию окисления Fe²⁺ в Fe³⁺, процессов образования магнитовосприимчивых форм железа, а также на их основе ферритов тяжелых и цветных металлов производят в дополнительном реакторе-«ферритизаторе», где пульпу подщелачивают любым щелочным раствором и насыщают кислородом, предпочтительно, за счет мелкодисперсной аэрации сжатого воздуха. Твердую фазу пульпы осаждают в отстойниках.

В образовании ферритов тяжелых металлов участвуют только магнитные оксидные и гидроксидные формы железа, имеющие кубическую кристаллическую структуру типа шпинели. При шпинельной ферритизации в этих соединениях происходит замещение атома железа ионом тяжелого (цветного) металла. В частности, могут происходить следующие процессы: Cr³⁺→FeO·Cr₂O₃, Ni²⁺→NiO·Fe₂O₃, и т.п.

При реализации способа обычно осуществляют ряд последовательных технологических операций по очистке от различных загрязнений:

- разделение (при возможности) стоков на кислые с ионами цветных и тяжелых металлов, в том числе с шестивалентного хрома, с pH≤4 и щелочные стоки, с pH≥10;

- предварительная очистка исходных сточных вод от ионов тяжелых и цветных металлов и различных органических веществ ферромагнитными частицами осадка пульпы гальванокоагулятора с последующей в нем их очистке (1-ая ступень очистки);

- флокуляция скоагулированных ферромагнитными частицами осадка пульпы гальванокоагулятора загрязнений предпочтительно с использованием в качестве флокулянта «Проестол» с концентрацией 1,0-1,2 мг/дм³;

- отстаивание предварительно очищенных и обработанных флокулянтом стоков от взвешенных веществ, в том числе скоагулированных ферромагнитными частицами органических веществ, в скоростных отстойниках;

- основная очистка осветленных предварительно очищенных стоков от ионов тяжелых и цветных металлов методом гальванокоагуляции с загрузкой гальванокоагуляторов гальванопарой Fe и С (II-ая ступень очистки);

- глубокая доочистка полученных растворов II-ой ступени очистки и очистка щелочных стоков от различных загрязнений методом "шпинельной ферритизации" за счет сорбционных и ионообменных свойств ферромагнитных частиц пульпы гальванокоагулятора (III-я ступень очистки);

- дальнейшая очистка стоков от взвешенных ферритов и деструктированных органических веществ отстаиванием и фильтрацией;

- в необходимых случаях последующая очистка стоков от остаточных органических загрязнений сорбционными материалами, а остаточных концентраций ионов тяжелых металлов ионообменными материалами (ионообменными смолами и неткаными материалами типа ВИОН, углеродными материалами типа "Бусофит", специальными цеолитами и т.п.).

При реализации способа используют устройство, содержащее последовательно соединенные реактор предварительной очистки с использованием аэрации и флокуляции, первичный отстойник, гальванокоагулятор, ферритизатор с системой подщелачивания и аэрации, вторичный отстойник и механический фильтр, при этом к выходу по осадку первичного отстойника подключены последовательно соединенные накопитель осадка и фильтр-пресс, выход по осадку гальванокоагулятора подключен к реактору предварительной очистки стоков, а к реактору предварительной очистки и реактору - ферритизатору подведены магистрали подачи сжатого воздуха. В предпочтительном варианте реализации выход механического фильтра соединен со средством доочистки воды сорбционными или ионообменными материалами.

Реактор предварительной очистки представляет собой емкость, в которую дозировано подают флокулянт и обычно через мелкодисперсные аэраторы - сжатый воздух; скоростные трубчатые отстойники, которые представляют собой цилиндрические (в плане) емкости с конусным дном для накопления осадка и блоком полиэтиленовых труб, установленных в цилиндрической части отстойников под углом 60° к горизонту; реактор - ферритизатор, аналогичный реактору предварительной очистки, но с вводом к аэраторам щелочных растворов.

При реализации предлагаемого способа используют стандартные гальванокоагулятор, механический фильтр, накопитель осадка, фильтр-пресс и, при необходимости, системы сорбционной и ионообменной доочистки воды.

На чертеже приведена блок-схема базовой установки, реализующей предлагаемый способ, при этом использованы следующие обозначения: усреднитель - реактор предварительной очистки 1, первичный скоростной отстойник 2, гальванокоагулятор 3, реактор-ферритизатор 4, вторичный скоростной отстойник 5, механический фильтр 6, средство доочистки 7 с сорбционными и ионообменными материалами, накопитель осадка 8 и фильтр-пресс 9.

В базовом варианте способ реализуют следующим образом.

По возможности проводят разделение сточных вод на кислые с ионами цветных и тяжелых металлов, в том числе шестивалентного хрома с рН<4 и щелочные стоки с рН>10. Затем проводят первую стадию очистки, включающую предварительную очистку исходных сточных вод ферромагнитными частицами осадка пульпы гальванокоагулятора и флокулянтом ВПК-401 при одновременной мелкодисперсной аэрацией объема сточных вод кислородом воздухом, с последующим отстаиванием взвешенных ферромагнитных частиц и загрязнений, в скоростных трубчатых отстойниках (I-ая ступень очистки). Затем проводят вторую стадию очистки предварительно очищенных сточных вод от ионов тяжелых (цветных) металлов и органических веществ в гальванокоагуляторе (II-ая ступень очистки), в который предварительно помещена загрузка в виде железного скрапа и кокса (II-ая ступень очистки).

Продукт обработки стоков (пульпа) направляют в реактор-ферритизатор на третью стадию очистки, куда также подают воздух для аэрации и щелочные растворы (III-я ступень очистки), а затем в отстойник. Из отстойника осадок пульпы направляют в реактор предварительной очистки стоков, а жидкую (осветленную) фазу - на механический фильтр. На третьей ступени очистки максимально удаляют ионы тяжелых и цветных металлов и органические загрязнения.

Затем, при необходимости, проводят четвертую стадию очистки, где действием сорбционных и ионообменных материалов (ионообменные смолы и материалы типа ВИОН, углеродные материалы типа "Бусофит", цеолиты и т.п.) получают воду, качество которой соответствует требованиям сброса ее в водоемы рыбохозяйственного назначения.

При очистке сточных вод гальванического производства ОАО «Каскад» г.Черкесска способом Комплексной технологии глубокой очистки были получены следующие результаты:

Таблица 1ПоказателиЕд. измеренияКоличественная характеристика:До очисткиПосле очисткиРН 3,58,5Си²⁺мг/л10,00,001Zn²⁺мг/л4,80,01Ni²⁺мг/л30,00,001Sn²⁺мг/л20,0нетWi²⁺мг/л0,2нетCN^-мг/л2,4нетRмг/л45,22,2Fe²⁺мг/л-0,25

Результаты очистки хромсодержащих сточных вод шубного производства ООО «Лермонтовский меховой комбинат» приведены в табл.2.

Общие результаты очистки сточных вод ОАО ПКФ «Глория-Джинс» «Комплексной технологией глубокой очистки ПСВ»
Таблица 4СтокиНаименование и концентрации загрязнений, мг/лрНПрозрачность, смЦветХПК, мгО₂/лВзвешен. веществаΣCu²⁺+Cr⁶⁺Исходные7,80Синий9007000,094После очистки7,630Нет20,34,2Отсутствие

Таким образом, при реализации вышеприведенного технического решения происходит снижение общего солесодержания очищенных стоков до уровня качества воды оборотного водоснабжения и получение при очистке стоков реально утилизируемого осадка.

Изобретение относится к очистке промышленных сточных вод и может быть использовано в качестве локальных очистных сооружений различных областей производства. Способ очистки сточных вод заключается в их предварительной очистке в реакторе коагуляционно активным железосодержащим осадком пульпы гальванокоагулятора, полученным при последующей очистке сточных вод, и флокулянтом, дальнейшем отстаивании предварительно очищенных сточных вод в отстойнике и последующей очистке их осветленной части в гальванокоагуляторе с загрузкой железо и кокс. Глубокую доочистку сточных вод производят методом шпинельной ферритизации за счет подщелачивания получаемой пульпы гальванокоагулятора до pH 8,5÷9,0 с отстаиванием и направлением осадка пульпы на предварительную очистку, а полученной жидкой фазы - на фильтрацию. Процесс очистки ведут в устройстве, содержащем последовательно соединенные реактор предварительной очистки, первичный отстойник, гальванокоагулятор, реактор-ферритизатор, вторичный отстойник и механический фильтр, при этом к выходу по осадку первичного отстойника подключены последовательно соединенные накопитель осадка и фильтр-пресс, выход по осадку гальванокоагулятора через реактор-ферритизатор подключен к реактору предварительной очистки, а к реактору предварительной очистки и реактору-ферритизатору подведены магистрали подачи воздуха. Технический результат - снижение солесодержания очищенных стоков до уровня качества воды оборотного водоснабжения и получение при очистке стоков реально утилизируемого осадка. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 4 табл.

1. Способ очистки сточных вод, характеризуемый предварительной очисткой сточных вод в реакторе коагуляционно активным железосодержащим осадком пульпы гальванокоагулятора, полученным при последующей очистке сточных вод, и флокулянтом, дальнейшим отстаиванием предварительно очищенных сточных вод в отстойнике и последующей очисткой их осветленной части в гальванокоагуляторе с загрузкой железа и кокса, и глубокой доочисткой этих сточных вод методом шпинельной ферритизации за счет подщелачивания получаемой пульпы гальванокоагулятора до pH 8,5÷9,0 с отстаиванием и направлением осадка пульпы на предварительную очистку, а полученной жидкой фазы - на фильтрацию.2. Устройство для очистки сточных вод, характеризуемое наличием последовательно соединенных реактора предварительной очистки, первичного отстойника, гальванокоагулятора, реактора-ферритизатора, вторичного отстойника и механического фильтра, при этом к выходу по осадку первичного отстойника подключены последовательно соединенные накопитель осадка и фильтр-пресс, выход по осадку гальванокоагулятора через реактор-ферритизатор подключен к реактору предварительной очистки, а к реактору предварительной очистки и реактору-ферритизатору подведены магистрали подачи воздуха.3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что выход механического фильтра соединен со средством для доочистки воды сорбционными или ионообменными материалами.