СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ТИТАНОМАГНИЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА Российский патент 2008 года по МПК C02F9/08 C02F1/56 C02F103/16 

Изобретение относится к способам обработки воды, промышленных и бытовых сточных вод, в частности к способам очистки сточных вод титаномагниевого производства с целью уменьшения вредных сбросов в водоемы рек и улучшения экологического состояния окружающей среды.

Производственные стоки титаномагниевого производства, поступающие на очистные сооружения, содержат большое количество взвешенных частиц, особенно соединения тяжелых металлов, а также соединения кальция, магния в виде сульфатов и хлоридов. Стоки, поступающие на очистку из разных производств, бывают кислыми и щелочными, т.е. содержат различное значение рН среды от 1 до 12.

Известен способ очистки промывных сточных вод и устройство для его осуществления (авт. свид. СССР №138885, бюл. 11, опубл. 1961 г.), включающий обработку травильных сточных вод известковым молоком, осаждение осадка коагулянтом на основе полиакриламида при интенсивном перемешивании, затем полученную смесь направляют в отстойники, после отстоя осветленную часть направляют в производство или сливают в промышленный канал (канализацию), а шлам подают в промежуточный сборник, затем на центрифугу, отжатую часть подают в оборотный цикл, а обезвоженный шлам по ленточному транспортеру загружают в автомашину и отправляют в шламохранилище.

Недостатком данного способа очистки сточных вод является то, что он предусматривает очистку стоков кислой рН среды и не предусматривает переработку смешанных стоков с кислой и щелочной рН средами, таких стоков как сточные воды титаномагниевого производства. Данный способ за счет одновременной подачи реагентов в одну емкость не позволяет провести полное осаждение скоагулированных частиц, что не позволяет получить крупные твердые частицы, это приводит к высокому содержанию твердых взвесей в растворе, и не позволяет повысить степень очистки от твердых взвесей. Кроме того, периодичность процесса не позволяет повысить производительность установки.

Известен способ очистки сточных вод титаноманиевого производства (ст. Р.И.Розвага, С.В.Прохорова. - К внедрению биотехнологии очистки сточных вод на Усть-Каменогорском титаномагниевом комбинате. - НТБ «Цветная металлургия, 1996, №1, стр.39-41), включающий смешивание производственных стоков в приемном резервуаре, из которого стоки подают насосами на стадию нейтрализации в контактные баки, куда одновременно дозировано подают известковое молоко, биокоагулянт и флокулянт, смешивают реагенты со сточной водой, в результате чего происходит коагуляция загрязняющих веществ с образованием шламов, накапливающихся в нижней части контактных баков. Затем подачу реагентов и сточной воды прекращают, выдерживают 1 час, откачивают шламы посредством насосов на узел фильтрации, с помощью вакуум-фильтров разделяют суспензию на две части, осветленную часть откачивают в сборный коллектор и затем в открытый водоем, а сгущенную часть шламов после фильтрации направляют в шламонакопитель.

Недостатком данного способа очистки сточных вод является низкая степень очистки от твердых взвесей за счет одновременной периодической подачи реагентов в одну емкость, что не позволяет получить крупные твердые частицы, это приводит к высокому содержанию твердых взвесей в очищенных стоках. Кроме того, периодичность процесса не позволяет повысить производительность установки, а использование биокоагулянта приводит к повышению затрат на очистку сточных вод и к усложнению технологического процесса за счет сложности приготовления раствора.

Известен способ очистки сточных вод титаномагниевого производства (патент РФ №2141456, опубл. 20.11.1999), включающий стадию смешивания производственных стоков, стадию нейтрализации их известковым молоком до щелочной среды с одновременным перемешиванием воздухом, стадию обработки органическим флокулянтом при соотношении флокулянт: раствор, равном 1:(38-40), затем суспензию подают на стадию осветления методом отстоя, полученный раствор направляют в промышленный канал, а шлам на стадию сгущения в отстойник-сгуститель, откуда шлам по мере накопления вывозят в шламохранилище, а раствор после сгущения шлама возвращают на стадию осветления или в голову процесса.

Недостатком данного способа является низкая степень очистки сточных вод от твердых взвесей, так как малый интервал времени при обработке флокулянтом до начала осветления не позволяет укрупняться взвешенным частицам. Кроме того, сточные воды содержат при поступлении на очистку значительное количестве твердых взвесей - до 100000 мг/л, которые при высоких скоростях передвижения стоков выносятся в промышленный канал и оседают в нем, что приводит к дополнительной доочистке канала от твердых взвесей. Перемешивание сжатым воздухом приводит к большим затратам на подготовку сжатого воздуха (компрессорных), на коммуникации по подводу воздуха к емкостям для перемешивания.

Известен способ очистки сточных вод титаномагниевого производства (ст. Р.И.Розвага. - Биотехнология очистки промышленных сточных вод предприятий уральского региона. - НТБ «Цветная металлургия». - 1994, №4-5, стр.39-41), по количеству общих признаков принятый за ближайший аналог-прототип и включающий отделение твердых примесей из сточных вод отдельно как щелочного, так и кислого стоков, смешивание стоков, нейтрализацию известковым молоком с получением щелочной среды до рН 9,5-10,5. Затем обработанные сточные воды направляют на отстаивание в горизонтальный отстойник, осветленную часть направляют в следующую емкость, где ее обрабатывают одновременно биокоагулянтом и флокулянтом. Полученную эмульсию вновь отстаивают, отделяют осветленную часть и шлам. Осветленную часть направляют для сброса в открытый водоем, а шлам насосами периодически откачивают на вакуум-фильтры, кеки которых собирают в контейнеры и возвращают на гидрометаллургический передел, а фильтрат возвращают на отстаивание.

Недостатком данного способа является то, что предварительное отделение твердых взвесей, находящихся в кислых и щелочных стоках, по отдельности не приводит к эффективному отделению твердых взвесей от сточных вод, так как при дальнейшем смешивании кислых и щелочных стоков происходит вновь образование твердых взвесей в результате нейтрализации кислой и щелочной сред. Указанное количество твердых взвесей (10500 мг/дм³ согласно таблицы 3) не соответствует действительности (данные занижены) и предложенную технологию очистки сточных вод невозможно использовать в титаномагниевом производстве. Кроме того, высокая стоимость биологических реагентов, используемых для очистки сточных вод, сложность приготовления биокоагулянта приводят к повышению затрат на очистку сточных вод и к усложнению технологического процесса.

Технический результат направлен на устранение недостатков прототипа и позволяет повысить эффективность очистки сточных вод от твердых взвесей с высоким содержанием твердых взвесей (от 20000 до 100000 мг/л) за счет повышения степени разделения сточных вод и твердых взвесей, а также снизить затраты на реагенты и повысить производительность способа.

Технический результат достигается тем, что предложен способ очистки сточных вод титаномагниевого производства, включающий предварительное отделение от твердых взвесей, смешивание стоков, нейтрализацию при последовательной обработке сначала известковым молоком, затем флокулянтом, отстаивание, разделение осветленной части и шлама, при этом осветленную часть направляют в промышленный канал, а шлам - на разделение твердой и жидкой фазы, новым является то, что отделение твердых взвесей производят после смешивания стоков, затем жидкие стоки после отделения твердых взвесей сливают в емкость-усреднитель, перемешивают и направляют на стадию нейтрализации, а шлам перед разделением на жидкую и твердую фазы дополнительно обрабатывают флокулянтом.

Кроме того, твердые взвеси отделяют с помощью песколовки.

Кроме того, твердые взвеси после отделения разделяют на жидкую и твердую фазы, при этом жидкую фазу направляют на смешивание стоков.

Кроме того, обработку известковым молоком и флокулянтом в каждой емкости проводят при непрерывном движении потока в емкости в течение 5-8 минут.

Кроме того, расход флокулянта составляет 1,5-3 м³/час.

Кроме того, шлам после обработки флокулянтом разделяют на центрифуге.

Отделение твердых взвесей от сточных вод титаномагниевого производства после смешивания позволяет более полно отделить твердые частицы, как поступившие в сточные воды, так и в результате реакции нейтрализации кислых и щелочных стоков. За счет этого уменьшаются расходы на реагенты.

Подача сточных вод в емкость-усреднитель позволяет также за счет продолжения реакции нейтрализации производить усреднение стоков по щелочности рН среды, что позволяет также выделить в осадок из сточных вод вредные примеси и за счет регулирования рН среды снизить затраты на реагенты.

Обработка твердых взвесей дополнительно еще раз флокулянтом позволяет укрупнить частицы шлама и тем самым улучшить процесс разделения шлама на твердую и жидкую фазы в центрифуге.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе очистки сточных вод титаномагниевого производства, изложенных в пунктах формулы изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа. Заявленные признаки являются новыми и не вытекают явным образом для специалиста, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

Пример осуществления способа

Кислые и щелочные стоки из разных цехов производства титана и магния с содержанием взвешенных частиц 20000-100000 мг/л и при рН среды соответственно от 1,0 до 12 смешивают в подводящем лотке и направляют на песколовку производительностью до 650 м³/час на отделение от твердых взвесей (грубодисперсные примеси - песок и др.). Гидравлическая крупность поступающих частиц - 18-24 мм/с. В песколовке за счет закручивания стоков (круговое движение с двумя отделениями) грубодисперсные частицы осаждаются из жидких стоков, и их гидроэлеватором собирают на песковой площадке с дренажом. Далее промышленные стоки и дренажные воды после песковой площадки поступают в емкость - усреднитель стоков, где их перемешивают с помощью механических мешалок и направляют на стадию нейтрализации в первую емкость-смеситель, где стоки непрерывно обрабатывают известковым молоком с концентрацией 10 мас.% в течение 6 минут. Первая емкость-смеситель снабжена механическими лопастными мешалками со скоростью вращения (частотой) 10 об/мин. Известковое молоко предварительно готовят по технологической инструкции ТИ 38-34-95 известными методами, например известь после дробления поступает в аппарат гашения, в который подается горячая вода из бака подогрева при температуре не менее 60°С.

В результате интенсивного перемешивания из стоков в виде осадка осаждаются гидроокиси металлов (титана, железа, меди, хрома, марганца и др.). Известковое молоко подают насосами дозаторами типа АЕВ IE 380, при этом расход раствора известкового молока зависит от рН среды, т.е. известковое молоко подают до полной нейтрализации кислых стоков.

Затем очищенный раствор поступает в следующую емкость-смеситель для обработки органическим флокулянтом, например 0,1% раствором праестола-2515, который предварительно готовят в стальных баках емкостью 10 м³. Праестол - продукт сополимеризации акриламида и акриловой кислоты с использованием окислительно-восстановительных инициаторов и щелочной среды - получают в готовом виде, согласно сертификату и требованиям стандарта DIN EN ASO 9001, выпущенного в августе 1994 года. Расход раствора флокулянта составляет 2 м³/час. Дозирование раствора флокулянта осуществляют насосом-дозатором типа АЕДВ IE 75 производительностью 3 м³/час, напором 15 м и мощностью 0,4 кВт. Время прохождения стоков в емкости при обработке флокулянтом составляет 6 минут.

После смешения с флокулянтом стоки с целью увеличения гидравлической крупности задерживаемых частиц поступают в емкость хлопьеобразования, состоящую из двух камер (для седиментации частиц). Каждая камера оборудована двумя лопастными механическими мешалками. Скорость вращения мешалки - 4,5 об/мин, время пребывания сточной жидкости в камере 9 минут. В камерах формируются хлопья гидравлической крупностью не менее 9 мм/с. Твердые взвеси в виде шлама собирают в бункере камеры хлопьеобразования, который затем насосом отводят в приемную емкость для осадка. А осветленная жидкость поступает в емкость-отстойник горизонтального типа с зубчатым переливом. При разделении дисперсной среды гидравлическая крупность задерживаемых частиц составляет не менее 1,3 мм/с. Время пребывания в отстойнике 1,5 часа. В результате отстоя осветленная жидкость по трубопроводу отводится в промышленный канал. А осадок в виде твердых взвесей в количестве 5 м³/час из емкости-отстойника направляют в приемную емкость для осадка. В процессе очистки постоянно производят измерения рН в емкости-усреднителе стоков, в емкостях-смесителях после обработки известковым молоком и после обработки флокулянтом, после выхода из емкости хлопьеобразования, а также на выходе из емкости-отстойника. Очищенные стоки на выходе в промышленный канал соответствуют нормам для предприятий рыбохозяйственного назначения и пригодны для сброса в открытые водоемы. Шламы из приемной емкости для осадка дополнительно обрабатывают флокулянтом для укрупнения частиц, например 0,1% раствором праестола в количестве 0,2 м³/час на 1 м³ шлама, и направляют в центрифугу типа декандера «Flottweg», где отделяют твердый осадок от фильтрата, фильтрат направляют в емкость-отстойник, а обезвоженный осадок - в отвал. Содержание воды в осадке составляет 70-75%. Содержание загрязняющих веществ соответствует нормам ПДК. Степень очистки стоков от твердых взвесей составляет 99,97-99,99%

Таким образом, предложенный способ очистки сточных вод позволяет значительно снизить количество твердых взвесей в сточных водах титаномагниевого производства, повысить производительность процесса очистки, снизить затраты на химические реагенты, в частности на биокоагулянт.

Изобретение относится к способам обработки воды, промышленных и бытовых сточных вод, в частности к способам очистки сточных вод титаномагниевого производства. Способ включает смешивание кислых и щелочных стоков, нейтрализацию полученной смеси известковым молоком, обработку флокулянтом, отстаивание и разделение осветленной части и шлама, при этом осветленную часть направляют в промышленный канал, а шлам - на разделение твердой и жидкой фазы. После смешивания из стоков отделяют твердые взвеси, стоки смешивают с дренажными водами процесса отделения твердых взвесей, полученную смесь перемешивают и направляют на стадию нейтрализации. В качестве флокулянта используют Праестол в виде 0,1%-ного раствора в количестве 1,5-3 м³/час на общее количество стоков менее 650 м³/час и дополнительно в количестве 0,2 м³/час на 1 м³ шлама перед разделением шлама на твердую и жидкую фазы. Жидкую фазу после разделения шлама направляют на смешивание стоков. Обработку стоков известковым молоком и флокулянтом ведут в течение 5-8 минут. Изобретение обеспечивает уменьшение вредных сбросов, позволяет повысить эффективность очистки сточных вод с высоким содержанием твердых взвесей, а также снизить затраты на реагенты и повысить производительность способа. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ очистки сточных вод титаномагниевого производства, включающий смешивание кислых и щелочных стоков, нейтрализацию полученной смеси известковым молоком, обработку флокулянтом, отстаивание и разделение осветленной части и шлама, при этом осветленную часть направляют в промышленный канал, а шлам - на разделение твердой и жидкой фазы, отличающийся тем, что после смешивания из стоков отделяют твердые взвеси, стоки смешивают с дренажными водами процесса отделения твердых взвесей, полученную смесь перемешивают и направляют на стадию нейтрализации, в качестве флокулянта используют Праестол в виде 0,1%-ного раствора в количестве 1,5-3 м³/час на общее количество стоков менее 650 м³/час и дополнительно в количестве 0,2 м³/час на 1 м³ шлама перед разделением шлама на твердую и жидкую фазы.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что жидкую фазу после разделения шлама направляют на смешивание стоков.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что стоки обрабатывают известковым молоком и флокулянтом в течение 5-8 мин.