СИСТЕМА И СПОСОБ ОБРАБОТКИ КИСЛОТНЫХ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 2008 года по МПК C02F1/44 C02F1/66 C02F1/52 C02F1/58 C02F1/60 C02F9/00 

Перекрестная ссылка на родственные заявки

Настоящая заявка заявляет приоритет, согласно 35 U.S.С.§ 119 (е), следующей временной заявки на патент США: заявка серийный №60/489853, зарегистрированная 24 июля 2003 года. Эта заявка включается сюда в качестве ссылки во всей ее полноте.

Уровень техники

1. Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в целом относится к обработке кислотных промышленных сточных вод, а более конкретно к сведению к минимуму осаждения в системах обратного осмоса, используемых для обработки сточных вод.

2. Описание предшествующего уровня техники

Сточные воды, связанные с операциями производства фосфатов, как правило, являются кислотными и, как правило, содержат фториды, аммиак, оксид кремния, сульфаты, кальций, тяжелые металлы и фосфаты. Для понижения уровня таких загрязнений до того, как сточные воды выпускаются, используются различные технологии. Например, способ двукратного известкования, с последующим отделением с помощью воздуха, представляет собой технологию, которая используется, как правило. Он использует добавление извести в две стадии для ускорения осаждения фторидов и фосфатов с последующим, при высоком рН, отделением с помощью воздуха, для удаления аммиака. В другой технологии сточные воды обрабатываются с помощью технологий, включающих химическое осаждение, с последующим обратным осмосом. Подобно способу двукратного известкования, такие технологии повышают рН поступающих сточных вод для ускорения осаждения и отделения твердых продуктов перед стадией обратного осмоса. Высокая стоимость химикалиев, как правило, связанных с повышением рН сточных вод, делает такие способы экономически не привлекательными.

Сущность изобретения

Предложенное изобретение относится к способу удаления фторидов из выходящего потока сточных вод, который включает

а) установление начального значение рН поступающего потока сточных вод на уровне меньше, чем примерно 3,5, или поддержание рН поступающего потока сточных вод на уровне меньше, чем примерно 3,5;

b) направление сточных вод в первую систему обратного осмоса и удаление по меньшей мере части фторидов из сточных вод;

с) поддержание рН сточных вод на уровне меньше, чем примерно 3,5 по меньшей мере до тех пор, пока сточные воды обрабатывают с помощью первой системы обратного осмоса и удаляют по меньшей мере часть фторидов из сточных вод;

d) направление сточных вод из первой системы обратного осмоса во вторую систему обратного осмоса и удаление фторидов из сточных вод;

е) установление высокого рН сточных вод после обработки сточных вод в первой системе обратного осмоса и перед обработкой во второй системе обратного осмоса; и

f) удаление по меньшей мере 90% фторидов из сточных вод с помощью первой и второй систем обратного осмоса.

Поступающий поток сточных вод содержит также кальций, сульфаты, фосфаты и оксид кремния, причем по меньшей мере 90% кальция, сульфатов, фосфатов и оксида кремния удаляют с помощью первой и второй систем обратного осмоса.

В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления настоящее изобретение предусматривает способ обработки сточных вод, имеющих рН, меньший, примерно, чем 3,5. Способ включает стадии удаления из сточных вод, по меньшей мере, части любого загрязнения в первой системе разделения, установления рН выходящего потока из первой системы разделения, равного, по меньшей мере, примерно 6 или выше, после удаления, по меньшей мере, части любого загрязнения из сточных вод в первой системе разделения, и удаления, по меньшей мере, части любого загрязнения из сточных вод во второй системе, после установления рН выходящего потока из первой системы разделения, равного, по меньшей мере, примерно 6 или выше.

В соответствии с настоящим изобретением способ включает стадии создания в сточных водах условий ингибирования, которые ускоряют образование, по меньшей мере, одного вида ионов из фторидных ионов и силикатных ионов, удаления любого загрязнения из сточных вод в первой системе разделения, ускорения образования, по меньшей мере, одного вида ионов из фторидных ионов и силикатных ионов и удаления любого загрязнения из сточных вод, с созданием обработанного выходящего потока после ускорения образования, по меньшей мере, одного вида из фторидных и силикатных ионов.

В соответствии с настоящим изобретением способ включает стадии поддержания условий равновесия для любого осаждающегося загрязнения в сточных водах, удаления из сточных вод любого материала из фосфатов, растворенных твердых веществ, аммиака, органики и коллоидного материала, установления условий равновесия, по меньшей мере, для одного осаждающегося загрязнения в сточных водах, после удаления из сточных вод любого материала из растворенных твердых веществ, аммиака, органики и коллоидного материала, и удаления из сточных вод любого остаточного фторида, аммиака или растворенного твердого материала, с получением обработанного выходящего потока после установления условий равновесия, по меньшей мере, для одного осаждающегося загрязнения в сточных водах.

Настоящее изобретение предусматривает способ удаления фторидов и оксида кремния из сточных вод с использованием системы обратного осмоса, где способ уменьшает возможность образования накипи в системе обратного осмоса. В случае данного аспекта настоящего изобретения способ включает облегчение создания условий в сточных водах, которые способствуют образованию кремнефтористоводородной кислоты и направление сточных вод, содержащих кремнефтористоводородную кислоту, в систему обратного осмоса. Когда сточные воды проходят сквозь систему обратного осмоса, фториды и оксид кремния в форме кремнефтористоводородной кислоты удаляются из сточных вод. Система обратного осмоса второй ступени может использоваться для удаления дополнительных фторидов и оксида кремния. В этом случае в выходящем потоке сточных вод из первой системы обратного осмоса поддерживаются условия, которые способствуют образованию фторидных и силикатных ионов. Таким образом, дополнительные фториды и оксид кремния в форме фторидных и силикатных ионов удаляются, когда сточные воды проходят сквозь вторую систему обратного осмоса.

Кроме того, настоящее изобретение включает удаление водорослей из сточных вод. В одном из конкретных вариантов осуществления сточные воды являются кислотными. Для удаления водорослей из сточных вод хлор или промежуточный продукт хлора добавляют в сточные воды, чтобы уничтожить водоросли. Кроме того, добавляют бентонит, и водоросли, после воздействия на них обработки с помощью хлора или промежуточного продукта хлора, поглощаются или дестабилизируются посредством бентонита. После этого водоросли могут удаляться с помощью обычных технологических средств.

В одном из конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения водоросли и/или суспендированный материал удаляется с помощью стабилизированной флоккуляционной разделительной системы. В этом способе поглощенные водоросли и бентонит образуют твердые продукты в сточных водах. В способе стабилизированной флоккуляции флоккулянт и нерастворимый гранулированный материал добавляют к сточным водам с образованием флоккулированной смеси. Флоккулированная смесь образует хлопья, содержащие поглощенные водоросли и бентонит, которые выпадают в осадок из сточных вод.

Другие преимущества, новые особенности и задачи настоящего изобретения станут ясны из следующего далее подробного описания настоящего изобретения, когда оно рассматривается в сочетании с прилагаемыми чертежами, некоторые из них являются схематическими, и которые не должны рассматриваться как выполненные в масштабе. На фигурах каждый идентичный или примерно идентичный компонент, который иллюстрируется на различных фигурах, представлен с помощью одного и того же номера. Для целей ясности не каждый компонент отмечается на каждой фигуре или не каждый компонент каждого варианта осуществления настоящего изобретения показывается, когда иллюстрация не является необходимой для того, чтобы дать возможность специалисту в данной области понять настоящее изобретение.

Краткое описание чертежей

Неограничивающие варианты осуществления настоящего изобретения будут описываться посредством примеров со ссылками на прилагаемые чертежи, в которых:

Фиг.1 представляет собой блок-схему способа в соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления настоящего изобретения, демонстрирующую систему обработки сточных вод;

Фиг.2 представляет собой схематическое изображение стабилизированной системы разделения в соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления настоящего изобретения;

Фиг.3 представляет собой график, демонстрирующий равновесный относительный состав сульфаты-бисульфаты в зависимости от рН, в соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления настоящего изобретения;

Фиг.4 представляет собой график, демонстрирующий равновесный относительный состав фтористоводородная кислота фториды в зависимости от рН, в соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления настоящего изобретения;

Фиг.5 представляет собой график, демонстрирующий равновесный относительный состав аммоний-аммиак в зависимости от рН; и

Фиг.6 представляет собой график, демонстрирующий равновесный относительный состав фосфорная кислота - фосфаты в зависимости от рН.

Подробное описание изобретения

Обработка сточных вод, содержащих оксид кремния, сульфат кальция, фосфат кальция, фторид кальция, а также любые другие частицы, которые могут осаждаться в условиях нейтральных рН или рН, близких к нейтральным, создает проблему образования накипи. Например, операции установки или системы обратного осмоса образуют накипь, когда такие сточные воды проходят через них. Другие потенциальные проблемы закупорки включают проблемы, связанные с растворимыми органическими соединениями, а также с органическими материалами. Как следствие, такие системы вызывают необходимость в значительных затратах на работу, такую как, но не ограничиваясь этим, чистка и/или замена мембран, и высокое потребление химикалиев. Соответственно, настоящее изобретение предусматривает систему и способ обработки сточных вод, которые используют химические равновесные свойства на стадиях для получения выходящего потока, пригодного для выпуска в водные пути, соответствующие директивным установкам. Например, система и способы в соответствии с настоящим изобретением могут производить выходящий поток, обработанные сточные воды, имеющие низкие концентрации аммиака и растворенных твердых продуктов, фторидных, фосфатных и сульфатных ионов, которые могут удовлетворять требованиям к выпускаемой воде. Таким образом, в соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления, настоящее изобретение предусматривает систему обработки сточных вод, включающую источник поступающего потока, содержащий подлежащие обработке сточные воды, имеющие рН, меньший, примерно, чем 3,5, первую систему обратного осмоса с сообщением текучих сред, соединенную с источником поступающего потока, источник щелочи, располагающийся для введения щелочи после первой системы обратного осмоса, и вторую систему обратного осмоса с сообщением текучих сред, присоединенную после первой системы обратного осмоса и источника щелочи. Система обработки сточных вод может, кроме того, содержать осветлитель с сообщением текучих сред, присоединенный между источником поступающего потока и первой системой обратного осмоса. Система обработки сточных вод может, кроме того, содержать многослойный фильтр или другой тип фильтра с сообщением текучих сред, присоединенный между источником поступающего потока и первой системой обратного осмоса. Система обработки сточных вод может также, кроме того, содержать источник кислоты, располагающийся для добавления кислоты в сточные воды перед первой системой обратного осмоса. Система обработки сточных вод может также, кроме того, содержать устройство конечного разделения со смешанным слоем, содержащим ионообменный смолы, с сообщением текучих сред, присоединенное после второй системы 22 обратного осмоса.

В соответствии с дополнительными вариантами осуществления, настоящее изобретение предусматривает способ обработки сточных вод, имеющий рН, меньший, примерно, чем 3,5. Способ может включать стадии удаления, по меньшей мере, части любых нежелательных веществ из сточных вод в первой системе разделения, установления рН выходящего потока из первой системы разделения, равного, по меньшей мере, примерно 6, после удаления, по меньшей мере, части любых нежелательных веществ из сточных вод в первой системе разделения, и удаления, по меньшей мере, части любых нежелательных веществ из сточных вод во второй системе после установления рН выходящего потока из первой системы разделения, равного, по меньшей мере, примерно 6. Способ может дополнительно включать стадию осветления сточных вод перед осуществлением стадии удаления, по меньшей мере, части любых нежелательных веществ при работе первой установки разделения. Способ может дополнительно включать стадию удаления любого органического материала из сточных вод перед осуществлением стадии удаления, по меньшей мере, части любых нежелательных веществ в первой системе разделения. Стадия удаления любого органического материала может включать добавление дезинфицирующего агента, коагулянта и флоккулянта к сточным водам. Способ может дополнительно включать стадию удаления любых мелкодисперсных твердых веществ из сточных вод перед осуществлением стадии удаления, по меньшей мере, части любых нежелательных веществ в первой системе разделения. Способ может дополнительно включать стадию установления рН сточных вод, меньше, чем примерно 3,5, перед осуществлением стадии удаления, по меньшей мере, части нежелательных веществ в первой системе разделения. Способ может дополнительно включать стадию уменьшения содержания любого вида соединения из аммиака и фосфата в обработанных сточных водах от второй системы разделения до уровней, которые соответствуют установленным требованиям ЕРА.

В соответствии с другими дополнительными вариантами осуществления настоящее изобретение предусматривает способ обработки сточных вод. Способ может включать стадии ингибирования условий в сточных водах, которые ускоряют образование, по меньшей мере, одного вида ионов из фторидных и силикатных ионов, способствуя установлению условий в сточных водах, которые создают или поддерживают комплексообразующие вещества - оксид кремния и фторид, удаления, по меньшей мере, одного вида нежелательных веществ из сточных вод, в то же время способствуя созданию условий, которые образуют или поддерживают комплексообразующие оксид кремния и фторид, устанавливая в сточных водах условия для ингибирования образования комплексообразующих веществ после удаления, по меньшей мере, одного вида нежелательных веществ из сточных вод. Способ может дополнительно включать стадию удаления, по меньшей мере, части любого органического материала из сточных вод перед удалением любых нежелательных веществ из сточных вод в первой системе разделения.

В соответствии с другими вариантами осуществления настоящее изобретение предусматривает способ обработки сточных вод. Способ может включать стадии поддержания в сточных водах условий равновесия для любых осаждающихся веществ, удаления из сточных вод любых растворенных твердых веществ, аммиака, органического и коллоидного материала, установления в сточных водах условий равновесия, по меньшей мере, для одних осаждающихся веществ после удаления из сточных вод любого материала из растворенных твердых продуктов, аммиака, органических и коллоидных материалов и удаления из сточных вод любого оставшегося фторида, аммиака или растворенного твердого вещества, с получением обработанного выходящего потока после установления условий равновесия, по меньшей мере, для одного вида осаждающихся веществ в сточных водах. Стадия удаления любого вещества из растворенных твердых веществ, аммиака, органического и коллоидного материала из сточных вод может осуществляться, в то же время, поддерживая условия равновесия для любых осаждающихся веществ в сточных водах. В соответствии с другими вариантами осуществления настоящее изобретение предусматривает способ обработки сточных вод. Способ может включать стадии создания в сточных водах условий для образования или поддержания комплексообразующих веществ - оксида кремния и фторида, удаления, по меньшей мере, одних нежелательных веществ из сточных вод, в то же время, создавая условия для образования или поддержания комплексообразующих веществ - оксида кремния и фторида, установления условий для ингибирования образования комплексообразующих веществ - оксида кремния и фторида, после удаления из сточных вод, по меньшей мере, одного вида нежелательных веществ, и удаления из сточных вод любых оставшихся нежелательных веществ, с получением обработанного выходящего потока после установления условий для ингибирования образования комплексообразующих веществ. В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления настоящего изобретения фиг.1 показывает систему 10 обработки сточных вод, которая может включать первую систему 12 предварительной обработки с сообщением текучих сред, соединенную со сточными водами, поступающим потоком, в источнике 14 сточных вод. Система 10 обработки сточных вод может дополнительно включать вторую систему 16 предварительной обработки с сообщением текучих сред, соединенную с первой системой 12 предварительной обработки. Первая система 18 разделения и вторая система 20 разделения, как правило, с сообщением текучих сред, присоединяются после первой и/или второй систем 12 и 16 предварительной обработки. Обработанные сточные воды, выходящий поток, как правило, подвергается дополнительной обработке в системе 22 конечной обработки перед транспортировкой на выпуск 24.

Поступающий поток может представлять собой любой источник сточных вод, пригодный для обработки, в соответствии с настоящим изобретением. Например, пригодные для обработки, поступающие сточные воды могут представлять собой аккумулированные сточные воды, имеющие относительно кислотный рН, такие как сточные воды от операций производства фосфатов.

Первая система предварительной обработки может включать операции одной или нескольких установок, которые удаляют органический материал, такой как водоросли, а также уменьшают мутность поступающего потока сточных вод и их рН. Соответствующая система предварительной обработки может включать осветлитель, имеющий стабилизированные флоккуляционные подсистемы. Фиг.2 показывает одну из таких примерных установок, имеющих ступень коагуляции, ступень созревания, ступень осаждения и гидроциклон. Осветлитель 30 может использовать дезинфицирующий агент, такой как гипохлорит натрия, для дезактивации любых микроорганизмов или органического материала в потоке сточных вод; коагулянт, такой как, но не ограничиваясь этим, бентонит, сульфат алюминия и хлорид железа (III), для ускорения коагуляции дезактивированного материала; и флоккулянт, такой как, но не ограничиваясь этим, неионные, катионные, анионные полимеры или их сочетания, для ускорения флоккуляции дезактивированного, коагулированного материала. Осветлитель может использовать технологии осаждения, усиленного с помощью микропеска и гидроциклона, для отделения ила или твердых продуктов от обогащенного жидкостью потока. Такие системы предпочтительно уменьшают мутность потока сточных вод, примерно, до меньшего, чем 3 NTU (нефелометрических единиц мутности).

Вторая система предварительной обработки включает операции одной или нескольких установок, которые удаляют мелкодисперсные твердые продукты и/или уменьшают мутность потока сточных вод. Соответствующая система может включать многослойный фильтр, используемый любой материал из антрацита, песка и граната. Такие системы предпочтительно уменьшают мутность сточных вод до меньшего, примерно, чем 2 NTU, и уменьшают SDI (индекс плотности ила) до меньшего, примерно, чем 4, для понижения вероятности закупорки на следующих стадиях.

Первая и вторая системы разделения удаляют загрязнения или нежелательные вещества из сточных вод, чтобы сделать их пригодными для выпуска в объем воды. Как она здесь используется, фраза «пригодные для выпуска» относится к обработанным сточным водам, имеющим концентрации загрязнений, которые удовлетворяют требованиям для выпуска United States ЕРД, или меньшие. Например, первая и вторая системы разделения могут включать одно или несколько устройств обратного осмоса, пригодные для использования при кондиционировании сточных вод. Выходящий поток обработанных сточных вод, как правило, имеет концентрации загрязнений, как перечислено в таблице 1.

Таблица 1Требования к качеству выходящего потока (в мг/л)КомпонентКонцентрацияpH6,5-8,5Фторид<5,0Аммиак<1,0Азот, в целом<2,0Фосфор<0,5TDS<50

Таким образом, в соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления настоящего изобретения, первая система 18 разделения может включать одно или несколько устройств обратного осмоса, имеющих разделительные мембраны (не показаны), пригодные для использования при обработке сточных вод, таких как жесткие воды, имеющих рН, меньшие, примерно, чем 3, и скорости потока примерно от 6 примерно до 12 GFD (галлон/кв.фут/день), поскольку, как предполагается, высокая скорость потока, больше, примерно, чем 12 GFD, может приводить к закупорке, а скорости потока, меньшие, примерно, чем 6 GFD, могут приводить к низкому качеству фильтрата. Подобным же образом вторая система 20 разделения может включать одно или несколько устройств 20 обратного осмоса, имеющих разделительные мембраны (не показаны), пригодные для использования при обработке сточных вод, таких как жесткие воды, имеющих рН примерно от 6 примерно до 7 и скорости потока примерно от 15 примерно до 20 GFD. Как и для системы обратного осмоса первой системы разделения, более высокие скорости потока могут приводить к неприемлемой закупорке, в то время как более низкие скорости потока могут приводить к плохому качеству фильтрата. В первой или второй системе разделения может использоваться любое устройство обратного осмоса. Соответствующие примеры включают устройства, которые являются коммерчески доступными от United States Filter Corporation, Milton, Ontario, Canada. Мембраны, пригодные для использования в устройстве обратного осмоса, в соответствии с настоящим изобретением, включают мембрану FILMTEC BW30-365, доступную от FilmTec, дочерней компании The Dow™ Chemical Corporation, Midland, Michigan. Первая система разделения может работать, обрабатывая сточные воды, имеющие рН, меньший, примерно, чем 3,5, для ускорения образования и/или удаления бисульфатов, для ингибирования образования сульфатов и уменьшения возможности образования накипи из сульфата кальция. Первая система разделения может также работать, обрабатывая сточные воды, имеющие рН, меньший, примерно, чем 3,5, для ускорения образования и/или удаления веществ кремнефтористоводородной кислоты, для уменьшения возможности образования накипи из оксида кремния и фторида кальция, или их обоих. Первая система разделения может также работать, обрабатывая сточные воды, имеющие рН, меньший, примерно, чем 3,5, для ускорения образования и/или удаления частиц фосфорной кислоты, для уменьшения возможности образования накипи из фосфата кальция. Первая система разделения может также работать, обрабатывая сточные воды, имеющие рН, меньший, примерно, чем 3,5, для уменьшения возможности образования накипи из металлов. Первая система разделения может также работать, обрабатывая сточные воды, имеющие рН, меньший, примерно, чем 3,5, для ускорения образования и/или удаления аммиака, для улучшения скорости удаления аммиака. Вторая система разделения может работать, обрабатывая сточные воды, имеющие рН примерно от 6 примерно до 7, для ускорения образования и/или удаления фторидов, для улучшения удаления таких веществ. Вторая система разделения может работать, обрабатывая сточные воды, имеющие рН примерно от 6 примерно до 7, для ускорения образования и/или удаления силикатов, для улучшения удаления таких веществ. Вторая система разделения может работать, обрабатывая сточные воды, имеющие рН примерно от 6 примерно до 7, для ускорения образования и/или удаления фосфатов, для улучшения удаления таких веществ. Вторая система разделения может работать, обрабатывая сточные воды, имеющие рН примерно от 6 примерно до 7, для ускорения образования и/или удаления органических веществ, для улучшения удаления таких веществ. Другие технологии могут использоваться в первой и второй системе разделения для удаления загрязнений или другим образом нежелательных веществ, включая, но не ограничиваясь этим, электродиализ, электродеионизацию, микрофильтрование и испарение/конденсацию. В некоторых случаях система обработки сточных вод может дополнительно содержать источник агента против образования накипи и/или флоккулянта, располагающийся для введения агента против образования накипи и/или флоккулянта в сточные воды перед системой предварительной обработки или любой из систем разделения. Может использоваться любой пригодный для использования агент против образования накипи, который ингибирует образование накипи при различных операциях установки в соответствии с настоящим изобретением. Агент против образования накипи может использоваться, как рекомендуется соответствующими производителями, но, как правило, вводится при концентрации примерно от 3 примерно до 4 млн.д. Система 22 конечной обработки может включать операции одной или нескольких установок, которые дополнительно уменьшают содержание загрязнений или нежелательных веществ в обработанных сточных водах и делают их пригодными для выпуска. Например, система 22 может содержать одно или несколько устройств конечного разделения со смешанным слоем, содержащим ионообменные смолы, которые уменьшают концентрацию аммиака до меньшей, примерно, чем 1 мг/л. Смешанный слой, как правило, может содержать одну или несколько анионных и катионных ионообменных смол, которые притягивают и связывают оставшиеся заряженные частицы в обработанных сточных водах. Ионообменная смола может присутствовать в смешанном слое в любом расположении, пригодном для использования для дополнительной очистки обработанных сточных вод. Примеры пригодных для использования ионообменных смол включают семейство смол DOWEX™ MARATHON™, доступных от The Dow™ Chemical Corporation, Midland, Michigan, а также семейство смол AMBERLITE™, доступных от Rohm and Haas Company, Philadelphia, Pennsylvania. Система 10 обработки сточных вод, как правило, дополнительно включает источник 26 кислоты и источник 28 щелочи. Источник 26 кислоты, как правило, присоединяется к входному потоку первой системы 18 разделения, а источник 28 щелочи, как правило, присоединяется к входному потоку второй системы 20 разделения. При таком расположении кислота из источника 26 кислоты может регулировать одно или несколько химических свойств сточных вод, которые должны обрабатываться в первой системе 18 разделения. Например, рН сточных вод, которые должны обрабатываться, на входе 30 первой системы 18 разделения, может устанавливаться для регулирования и/или поддержания растворимости или равновесия одного или нескольких видов химических веществ, включая, например, ингибирование образования осаждающихся веществ, например, посредством увеличения растворимости таких веществ и/или ускорения образования комплексообразующих веществ, содержащих такие осаждающиеся в другом случае вещества.

В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления настоящего изобретения кислота может вводиться во вход 30 и смешиваться со сточными водами, которые должны обрабатываться, для ускорения, поддержания или иным образом изменения условий равновесия, для ингибирования образования любых сульфатов (SO₄ ^-2) и/или содействия образованию любых бисульфатов (HSO₄). Как показано на фиг.3, равновесный относительный состав сульфаты-бисульфаты изменяется в зависимости от рН. Более низкие значения рН могут ускорять образование бисульфатов, в то время как более высокие значения рН могут ускорять образование сульфатов. Таким образом, регулирование рН может воздействовать на доступность сульфатов, которые, в системах разделения по настоящему изобретению, как правило, имеют тенденцию к осаждению.

В других вариантах осуществления добавление кислоты может использоваться для ускорения установления, поддержания или иным образом изменения условий равновесия для ускорения образования кремнефтористоводородной кислоты и/или ингибирования осаждения оксида кремния и фторидов. Как показано на фиг.4, равновесный относительный состав фтористоводородная кислота - фториды изменяется в зависимости от рН. Более низкие значения рН могут ускорять образование фтористоводородной кислоты, в то время как более высокие значения рН могут ускорять образование фторидов. Таким образом, регулирование рН может воздействовать на доступность фтористоводородной кислоты, которая, в свою очередь, может воздействовать на образование кремнефтористоводородной кислоты и уменьшать доступность осаждающихся оксида кремния или силикатов.

В дополнительных вариантах осуществления добавление кислоты может использоваться для ускорения установления, поддержания или иным образом изменения условий равновесия для увеличения растворимости фосфатов, таких как, но не ограничиваясь этим, фосфат кальция. Например, рН сточных вод, которые должны вводиться на входе 30 первой системы 18 разделения, может поддерживаться или устанавливаться примерно ниже 3, как правило, примерно ниже 2,8, а в некоторых случаях, примерно ниже 2,5, в других случаях, примерно до 2.

В соответствии с настоящим изобретением может использоваться любая кислота, которая служит для понижения или поддержания рН потока в желаемом диапазоне рН. Соответствующие примеры включают хлористоводородную кислоту и серную кислоту или их смеси. Выбор конкретной кислоты будет зависеть от нескольких факторов, включая, но не ограничиваясь этим, доступность и стоимость, а также другие соображения утилизации. Например, хлористоводородная кислота может быть преимущественной, по сравнению с серной кислотой, для того чтобы устранить любое увеличение концентрации сульфатов.

Подобным образом, щелочь из источника 28 щелочи может использоваться для установления одного или нескольких химических свойств сточных вод, которые должны обрабатываться во второй системе 20 разделения. Как и при добавлении кислоты, добавление щелочи может преимущественно использоваться для регулирования и/или поддержания растворимости или равновесия для одного или нескольких видов химических веществ. Например, рН обработанных сточных вод из первой системы 18 разделения может устанавливаться для ускорения образования силикатных или фторидных ионов или как тех, так и других, для облегчения их удаления из потока сточных вод во второй системе 20 разделения.

Подобным же образом, рН может устанавливаться для облегчения образования фосфатных ионов и аммиака, для облегчения их удаления из потока сточных вод во второй системе 20 разделения. Таким образом, в соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления настоящего изобретения, рН сточных вод на входе 32 второй системы 20 разделения может повышаться, по меньшей мере, примерно до 6, в некоторых случаях, по меньшей мере, примерно до 6,5, ив других случаях, до значения в пределах между примерно 6 и примерно 7. Увеличение рН может также облегчать образование органической соли и их удаление во второй системе 20 разделения для улучшения качества ТОС выходящего потока. Как показано на фиг.5, равновесный относительный состав аммоний-аммиак изменяется в зависимости от рН. Более низкие значения рН могут способствовать образованию аммиака, которые могут облегчать их удаление в первой системе разделения. В дополнение к этому, как показано на фиг.6, равновесный относительный состав фосфорная кислота - фосфаты изменяется в зависимости от рН. Значения рН могут подбираться для облегчения образования Н₂PO₄ ^-, которые могут облегчать их удаление во второй системе разделения. В соответствии с настоящим изобретением может использоваться любая щелочь, которая служит для увеличения рН потока до желаемого диапазона рН. Примеры, пригодные для использования в качестве щелочей, включают каустическую соду или гидроксид натрия, каустический поташ или гидроксид калия. Предпочтительно используют кислоты и щелочь, которые пригодны для выпуска в объем воды. Как здесь используется, термины загрязнения и нежелательные вещества относятся к веществам в сточных водах или в обработанных сточных водах, которые имеют определенный предел концентрации. Загрязнения включают, например, кальций, магний, натрий, калий, алюминий, барий, аммиак, бикарбонат, сульфат, хлорид, фосфат, нитрат, фторид, оксид кремния, железо и марганецсодержащие соединения. Как здесь используется, термин органический материал может включать бактерии, микроорганизмы, водоросли, а также суспендированные твердые продукты, содержащие такой материал. Так же, как здесь используется, термин дезактивация относится к приведению органического материала в форму, пригодную для коагуляции и/или флоккуляции. Функционирование и преимущества этих и других вариантов осуществления настоящего изобретения будут поняты более полно с помощью примера, приведенного ниже. Следующий далее пример предназначается для иллюстрации преимуществ настоящего изобретения, но не для иллюстрации полных рамок настоящего изобретения.

Пример. Данный пример показывает работу системы обработки сточных вод в соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления настоящего изобретения, в частности система 10 обработки сточных вод, схематически показанная на фиг.1, имеет системы 12 и 16 предварительной обработки, состоящие из осветлителя и многослойного фильтра. Система обработки сточных вод дополнительно включает первую систему 18 разделения, состоящую из первого устройства обратного осмоса, и вторую систему 20 разделения, состоящую из второго устройства обратного осмоса. Система обработки также включает систему 22 конечной обработки, состоящую из ионообменного устройства для конечного разделения со смешанным слоем, содержащим ионообменные смолы.

Осветлитель состоит из системы обработки ACTIPLO®, доступной от OTV ЗА, и использует NaOCl для дезактивации, по меньшей мере, частичной, любого органического материала. Осветлитель также использует бентонит для облегчения коагуляции дезактивированного органического материала, примерно от 80 примерно до 250 мг/л, в зависимости от количества, необходимого для коагуляции органического материала. Неионный полимерный агент PI 142, полимер с высокой молекулярной массой от Betz Dearborn, Downers Grove, Illinois, также используется в осветлителе для облегчения флоккуляции коагулировавшего, дезактивированного органического материала. Флоккулянт вводится при концентрации примерно от 1 мг/л. Выходящий поток из осветлителя имеет мутность, меньшую, примерно, чем 3 NTU. Ил и другие полутвердые отходы из осветлителя возвращаются в пруды-отстойники или утилизируются иным образом.

Фильтр с разнородной загрузкой использует среды, состоящие из антрацита, песка и граната, для понижения мутности сточных вод до меньшей, примерно, чем 2 NTU и для понижения SDI до меньшего, примерно, чем 4.

Устройство конечного разделения со смешанным слоем использует смешанный слой из ионообменных смол DOWEX™ MARATHON™ А и DOWEX™ MARATHON™ С, доступных, каждая, от The Dow™ Chemical Corporation, Midland, Michigan. Устройство конечного разделения со смешанным слоем служит для дополнительного регулирования концентрации NH₃, чтобы она не превышала 1 мг/л, для понижения концентрации веществ PO₄ ниже примерно 0,5 мг/л.

Первое устройство обратного осмоса использует мембраны FILMTEC™ BW30-365 от FilmTec Corporation, дочерней компании The Dow™ Chemical Corporation, Midland, Michigan. Оно работает при средней скорости потока примерно 10 GFD, при рабочем давлении примерно 250-300 фунт/кв.дюйм. Второе устройство обратного осмоса также использует мембраны FILMTEC™ BW30-365. Оно работает при средней скорости потока примерно 18 GFD. Если это необходимо, кислота (хлористоводородная кислота) добавляется из источника кислоты к поступающему потоку сточных вод перед обработкой в первом устройстве обратного осмоса для доведения рН до значения, меньшего, примерно, чем 3. Щелочь, гидроксид натрия добавляют в поток сточных вод после первого устройства обратного осмоса и перед введением во второе устройство обратного осмоса, для повышения рН до диапазона примерно между 6 и примерно 7. Поступающий поток сточных вод извлекают из прудов-отстойников завода по производству фосфатов. Как правило, они имеют концентрации загрязнений, как перечислено в таблице 2. рН поступающего потока сточных вод в первое устройство обратного осмоса устанавливают или поддерживают в пределах примерно между 2 и 2,8 для поддержания или ускорения комплексообразования оксида кремния и фторидов, с образованием кремнефтористоводородной кислоты, тем самым уменьшая возможность образования накипи, связанной с оксидом кремния и фторидом кальция. Условия рН также служат для того, чтобы сдвигать равновесие в сторону образования фосфорной кислоты, бисульфата кальция и аммиака и, как следствие, понижать возможность образования накипи, связанной с фосфатом кальция и сульфатом кальция, в то же время способствуя удалению аммиака. В таблице 2 представлены свойства, включая концентрации загрязнений потока фильтрата из первого устройства обратного осмоса (состав фильтрата после первого прохода). В таблице 2 также представлены свойства и концентрации загрязнений потока фильтрата из второго устройства обратного осмоса (состав фильтрата после второго прохода). Данные показывают, что системы и технологии по настоящему изобретению могут использоваться для обработки сточных вод и получения выходящего потока, пригодного для выпуска, который удовлетворяет требованиям ЕРА к выпускаемым водам или превосходит их. Этот пример также иллюстрирует использование системы обработки сточных вод, которая имеет более низкую стоимость, по сравнению с традиционными системами, в то же время устраняя использование известкового ила и других химикалиев для предварительной обработки.

Таблица 2Состав сточных вод (в мг/л, если не указано иного)КомпонентСостав поступающего потокаСостав фильтрата после первого проходаСостав фильтрата после второго проходаКальций5510,250,1Магний2290,0740,025Натрий1,29050,71,4Калий1960,860,021Алюминий8,40,050,05Барий0,020,0010,001Аммоний6005,20,27Бикарбонаты0,78-2,4Сульфаты5,2005,50,2Хлориды100140,26Фосфаты1,6001,10,004Нитраты0,260,160,014Фториды150350,54Оксид кремния2000,610,3Железо5,60,020,025Марганец2,90,0060,005TDS (общее количество растворенных солей)11,50011115TSS (общее количество взвешенных частиц)244-BOD (биологическая потребность в кислороде)170,740,2ТОС (общее количество органического углерода)661,00,55TKN (Общее содержание азота по Кьельдалю)6505,91рН2,82,96,3Мутность (NTU)140,250,05Цвет (PCU)11055

Хотя здесь описываются и иллюстрируются несколько вариантов осуществления настоящего изобретения, специалист в данной области легко увидит множество других систем и структур для осуществления функций и/или получения результатов или преимуществ, описанных здесь, и каждая из этих вариаций или модификаций, как предполагается, находится в рамках настоящего изобретения. В более широком смысле специалисты в данной области легко заметили бы, что все параметры, размеры, материалы и конфигурации, описанные здесь, представляют собой примеры, и что реальные параметры, размеры, материалы и конфигурации зависят от конкретных применений, для которых используется концепция настоящего изобретения. Таким образом, размер и производительность каждой из операций установок должна изменяться в зависимости от нескольких соображений, специфичных для оборудования. Кроме того, конкретные материалы конструкции емкостей, насосов и других компонентов системы по настоящему изобретению должны зависеть также от конкретных соображений, специфичных для оборудования, но выбор конструкции и дизайн таких компонентов и систем должны быть в рамках знаний специалистов в данной области. Например, специалисты в данной области должны заметить, что нержавеющая сталь должна использоваться в качестве материалов конструкций при операциях установок, для использования или применений, где углеродистая сталь была бы непригодной для использования. Специалисты в данной области заметят или будут способны найти, используя не более чем рутинные эксперименты, эквиваленты для конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения, описанные здесь. По этой причине является понятным, что варианты осуществления, описанные здесь, представлены только в качестве примера, и что в рамках прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов, настоящее изобретение может осуществляться иным образом, чем конкретно описано. Настоящее изобретение направлено на каждый индивидуальный признак, систему, материал и/или способ, описанный здесь. В дополнение к этому любое сочетание двух или более таких признаков, систем, материалов и/или способов, если такие признаки, системы, материалы и/или способы не являются взаимно несовместимыми, включается в рамки настоящего изобретения. Как здесь используется, все переходные фразы, такие как "содержащий", "включающий", "имеющий", "обладающий", "содержащий", и тому подобное, являются открытыми, то есть означают включение, но не ограничение, и только переходные фразы "состоящий из" и "по существу состоящий из "будут закрытыми или полузакрытыми переходными фразами, соответственно, согласно § 2111.03 of United States Patent Office Manual of Patent Examining Procedures.

Изобретение относится к обработке кислотных промышленных сточных вод. Способ удаления фторидов из выходящего потока сточных вод включает установление начального значения рН поступающего потока на уровне меньше, чем примерно 3,5 или поддержание рН поступающего потока на уровне меньше, чем примерно 3,5. Затем направляют сточные воды в первую систему обратного осмоса и удаляют часть фторидов из сточных вод. Поддерживают рН сточных вод на уровне меньше, чем примерно 3,5 по меньшей мере до тех пор, пока идет обработка в первой системе обратного осмоса. Затем направляют сточные воды из первой системы обратного осмоса во вторую систему обратного осмоса и удаляют фториды из сточных вод. После обработки в первой системе обратного осмоса устанавливают высокий рН. В результате использования первой и второй систем обратного осмоса удаляют по меньшей мере 90% фторидов из сточных вод, 2 н. и 23 з.п. ф-лы, 6 ил., 2 табл.

1. Способ удаления фторидов из выходящего потока сточных вод, который включает:

а. установление начального значения рН поступающего потока сточных вод на уровне меньше, чем примерно 3,5, или поддержание рН поступающего потока сточных вод на уровне меньше, чем примерно 3,5;

b. направление сточных вод в первую систему обратного осмоса и удаление по меньшей мере части фторидов из сточных вод;

с. поддержание рН сточных вод на уровне меньше, чем примерно 3,5 по меньшей мере до тех пор, пока сточные воды обрабатывают с помощью первой системы обратного осмоса и удаляют по меньшей мере часть фторидов из сточных вод;

d. направление сточных вод из первой системы обратного осмоса во вторую систему обратного осмоса и удаление фторидов из сточных вод;

е. установление высокого рН сточных вод после обработки сточных вод в первой системе обратного осмоса и перед обработкой во второй системе обратного осмоса; и

f. удаление, по меньшей мере, 90% фторидов из сточных вод с помощью первой и второй систем обратного осмоса.

а. стабилизированную флоккуляционную систему, имеющую один или несколько смесильных резервуаров для смешивания балласта с подлежащими обработке сточными водами, и резервуар-отстойник, расположенный после одного или нескольких смесительных резервуаров, которая производит осветленный выходящий поток и ил;

b. первую систему обратного осмоса, расположенную после стабилизированной песком флоккуляционной системы для обработки осветленного выходящего потока, производимого посредством стабилизированной флоккуляционной системы;

с. вторую систему обратного осмоса, расположенную после первой системы обратного осмоса, для обработки выходящего потока из первой системы обратного осмоса;

d. вход для ввода кислоты, расположенный перед первой системой обратного осмоса и адаптированный для соединения в рабочем состоянии с источником кислоты для селективного ввода в сточные воды кислоты, перед тем как сточные воды достигнут первой системы обратного осмоса; и

е. вход для ввода щелочи, расположенный между первой и второй системами обратного осмоса и адаптированный для соединения в рабочем состоянии с источником щелочи, для селективного ввода щелочи в выходящий поток сточных вод из первой системы обратного осмоса, для установления рН выходящего потока сточных вод из первой системы обратного осмоса.