СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ТИТАНО-МАГНИЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА Российский патент 2015 года по МПК C02F9/08 C02F1/56 C02F1/62 B01D21/01 C02F103/16 

Изобретение относится к способам обработки воды, промышленных и бытовых сточных вод, в частности к способам очистки сточных вод титано-магниевого производства.

Известен способ очистки сточных вод титано-магниевого производства (ст. Р.И. Розвага, С.В. Прохорова. - К внедрению биотехнологии очистки сточных вод на Усть-Каменогорском титано-магниевом комбинате. - НТБ «Цветная металлургия, 1996, №1, стр.39-41), включающий смешивание производственных сточных вод в приемном резервуаре, подачу полученной смеси насосами на стадию нейтрализации в контактные баки, куда одновременно дозированно подают известковое молоко, биокоагулянт и флокулянт. В результате происходит коагуляция загрязняющих веществ с образованием шламов, накапливающихся в нижней части контактных баков. Затем подачу реагентов в сточные 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 шламохранилище на полигоне.

Недостатком данного способа очистки сточных вод является низкая степень очистки сточных вод от твердых взвесей за счет одновременной подачи реагентов в одну емкость, это не позволяет повысить степень очистки сточных вод от вредных примесей. 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.

Известен способ очистки сточных вод титано-магниевого производства (патент РФ №2141456, опубл.20.11.1999), включающий смешивание производственных сточных вод, подачу в полученную смесь известкового молока в поток непрерывно движущихся по желобу (лотку) производственных стоков с одновременным перемешиванием сжатым воздухом, обработку органическим флокулянтом при соотношении флокулянт:раствор, равном 1:(38-40), осветление методом отстоя, очищенные стоки направляют в промышленный канал, а осевшую часть шлама 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 то, что стадию нейтрализации известковым молоком и последующую обработку флокулянтом проводят в движущем потоке в желобе (лотке). Это приводит к осаждению твердого осадка в желобе, желоб забивается, и все это снижает производительность работы очистных сооружений. 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.

Известен способ очистки сточных вод титано-магниевого производства (пат. РФ №2330816, опубл. 10.08.2008, бюл. №22), по количеству общих признаков принятый за ближайший аналог-прототип и включающий смешивание кислых и щелочных сточных вод (в дальнейшем стоков), отделение из них грубодисперсных твердых взвесей в песколовке, усреднение pH среды стоков при перемешивании, нейтрализацию известковым молоком в камере-смесителе, обработку флокулянтом типа Праестол в виде 0,1% раствора в количестве 1,5-3 м³/час при непрерывном движении потока стоков в емкости в течение 5-8 минут с одновременной коагуляцией загрязняющих веществ с образованием шлама, накапливающегося в нижней части емкости. Затем стоки поступают в отстойник, где происходит разделение осветленных стоков и шлама, при этом осветленные стоки направляют в промышленный канал, а шлам - в емкость для сбора осадка, где его обрабатывают флокулянтом типа Праестол в количестве 0,2 м³/час на 1 м³ шлама и направляют в центрифугу на разделение твердого осадка и фугата. Это позволяет снизить количество твердых взвесей в сточных водах титано-магниевого производства, повысить производительность процесса очистки.

Недостатком данного способа является то, что твердый осадок по своим техническим характеристикам не соответствует требованиям потребителя. Кроме того, твердый осадок направляют на захоронение или в шламохранилище, что приводит к загрязнению окружающей среды.

Технический результат направлен на устранение недостатков прототипа и позволяет за счет предложенной технологии очистки сточных вод получить твердый осадок с определенными качественными характеристиками, например с низким коэффициентом фильтрации, м/сутки - от 0,0012 до 0,0250, с определенным числом пластичности, равным 0,317-0,365 д.ед., и с массовой долей мелких фракций от 0,005 до 0,05 мм более 60%. Кроме того, использование твердого осадка снижает загрязнение окружающей среды, улучшает экологическое состояние природы.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является получение осадка с определенными качественными характеристиками, что позволяет получить продукт, используемый в качестве защитных материалов на полигонах твердых промышленных и бытовых отходов, отвалов, карьеров и обеспечивающий безопасность для жизни и здоровья населения, охраны окружающей среды, соответствующий ТУ5717-488-05785388-2011 «Осадок очистных сооружений»..

Поставленная задача решается так, что в способе очистки сточных вод титано-магниевого производства, включающем смешивание сточных вод, отделение из них твердых взвесей в песколовке, перемешивание, нейтрализацию известковым молоком, обработку флокулянтом типа Праестол в виде водного раствора, отстаивание, разделение на очищенные стоки и шлам, последующую обработку шлама флокулянтом типа Праестол в виде водного раствора и его разделение центрифугированием на фильтрат и твердый осадок, при этом нейтрализацию стоков известковым молоком осуществляют в две стадии: первоначально после отделения твердых взвесей в движущийся поток стоков подают известковое молоко при объемном расходе известкового молока, равном 5-20 м³/час, перемешивают в течение 1,0-1,5 часа и затем на стадии нейтрализации стоки обрабатывают известковым молоком при объемном расходе, равном 0,1-5,0 м³/час, а шлам со стадии отстаивания смешивают со шламом со стадии нейтрализации и со шламом со стадии обработки флокулянтом типа Праестол, перемешивают и полученную смесь обрабатывают флокулянтом типа Праестол в виде водного раствора при массовой концентрации флокулянта, равной, масс.%: 0,5-0,8, и при соотношении шлам:флокулянт типа Праестол, равном (10-20):1. Кроме того, концентрация оксида кальция в известковом молоке составляет не менее 100 г/дм³.

Кроме того, стоки перемешивают одновременно с помощью механической мешалки и барботером.

Кроме того, стоки обрабатывают флокулянтом типа Праестол при соотношении флокулянт:стоки, равном 1:(95-110). Кроме того, флокулянт типа Праестол подают в стоки при скорости подачи, равной 2,2-6 м³/час.

Кроме того, смесь из шламов после стадии нейтрализации, стадии обработки флокулянтом и со стадии отстаивания перемешивают в течение 1,2-1,5 часа.

Кроме того, твердый осадок используют в качестве защитного материала на полигонах твердых промышленных и бытовых отходов, отвалов, карьеров.

Подача известкового молока в две стадии: первоначально после отделения твердых взвесей в движущийся поток стоков в лотке при объемном расходе известкового молока, равном 5-20 м³/час, позволяет производить последовательное осаждение гидроокисей металлов (титана, циркония, алюминия, трехвалентного железа, кобальта, хрома, марганца и др.) сначала в кислой среде стоков до значения pH среды, равного 7,0-7,5. Затем на стадии нейтрализации при объемном расходе известкового молока, равном 0,1-5,0 м³/час, нейтрализация стоков происходит до pH среды, равного 10-12,5. При этом осаждаются гидроокиси таких металлов, как цинка, никеля, двухвалентного железа, марганца, магния, кальция и др. Это позволяет контролировать постоянный расход известкового молока и получить твердый осадок с определенным содержанием ионов кальция в твердом осадке и массовой долей - мелких фракций от 0,005 до 0,05 мм более 60%. Полученный твердый осадок по качественным характеристикам соответствует требованиям потребителя, соответствующим ТУ5717-488-05785388-2011 «Осадок очистных сооружений».

Количественное значение объемного расхода известкового молока подобрано опытным путем. При подаче известкового молока на первой стадии при объемном расходе более 25 м³/час происходит загрязнение твердого осадка ионами кальция, что снижает его технические характеристики. При подаче известкового молока при объемном расходе менее 5 м³/час происходит неполное осаждение гидроокисей металлов, что приводит к снижению степени очистки стоков. При подаче известкового молока на второй стадии более 5 м³/час приводит к загрязнению твердого осадка ионами кальция, что снижает его технические характеристики. При подаче известкового молока при объемном расходе менее 0,1 м³/час происходит не полное осаждение гидроокисей металлов, что приводит к снижению степени очистки стоков.

Смешивание шлама со стадии отстаивания со шламом со стадии нейтрализации и со шламом со стадии обработки флокулянтом типа Праестол с последующим перемешиванием в течение 1,2-1,5 часа позволяет получить твердый осадок однородного состава, соответствующий ТУ5717-488-05785388-2011 «Осадок очистных сооружений», который по качественным характеристикам соответствует требованиям потребителя, например, с низким коэффициентом фильтрации, м/сутки - от 0,0012 до 0,0250, с определенным числом пластичности, равным 0,317-0,365 д.ед.

Обработка полученной смеси флокулянтом типа Праестол в виде водного раствора при массовой концентрации флокулянта, равной, масс.%: 0,5-0,8, и при соотношении шлам:флокулянт типа Праестол, равном (10-20):1, позволяет получить твердый осадок, соответствующий ТУ5717-488-05785388-2011 «Осадок очистных сооружений», который по качественным характеристикам соответствует требованиям потребителя, например, с низким коэффициентом фильтрации, м/сутки - от 0,0012 до 0,0250, с определенным числом пластичности, равным 0,317-0,365 д.ед.

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 титано-магниевого 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. В заявленном изобретении имеется новая совокупность признаков, выразившаяся в новой последовательности действий во времени, новые дополнительные стадии процесса и новые условия осуществления действий. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

Промышленную применимость предлагаемого изобретения подтверждает следующий пример осуществления способа.

Кислые и щелочные стоки из разных цехов производства титана и магния с содержанием взвешенных частиц 20000-100000 мг/л и при pH среды соответственно от 1,0 до 12,5 смешивают в железобетонном лотке прямоугольного сечения шириной 10 м и высотой 11,2 м. Смешанные стоки 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. Песколовка выполнена в виде резервуара с коническим днищем и с гидрозатвором. В песколовку непрерывно подают отработанные растворы с процесса отстаивания, и 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 стоки смешивают с дренажными водами с песколовки и направляют в подводящий лоток прямоугольного сечения шириной 8 м и высотой 10 м. Стоки, непрерывно двигающиеся по подводящему лотку, обрабатывают известковым молоком с концентрацией оксида магния 100 г/дм при объемном расходе известкового молока, равном 25,0 м³/час. Известковое молоко предварительно готовят известными методами, например, известь после дробления поступает в аппарат гашения, в который подается горячая вода из бака подогрева при температуре не менее 60°C (ТИ 38-017). Учитывая, что pH среды стоков постоянно меняется, заданное количество известкового молока позволяет нейтрализовать стоки до pH 7,0-7,5. Далее стоки самотеком подают в секции емкости - усреднителя стоков, представляющего собой железобенную емкость прямоугольного сечения, футерованную огнеупорным кирпичом. Внутри емкости устанавливают барботеры в виде труб, куда подают сжатый воздух (ТУ 05785388-009) под давлением не менее 0,5 МПа. В каждой секции усреднителя установлены механические мешалки типа GRUNDFOS с частотой вращения 475 об/мин. Перемешивание стоков осуществляют в течение 1,2 часа одновременно с помощью механических мешалок и сжатым воздухом, который подают через барботеры, уложенные на дне в каждой секции. В результате предварительной подачи известкового молока в стоки и интенсивного перемешивания в емкости-усреднителе стоков происходит резкое осаждение из стоков гидроокисей металлов (титана, циркония, алюминия, трехвалентного железа, кобальта, хрома, марганца и др.) в твердое состояние. Постоянное перемешивание стоков позволяет создать pH среды постоянного состава. Затем стоки механическими насосами из емкости-усреднителя pH среды направляют на стадию нейтрализации в первую емкость-смеситель, где стоки еще раз дополнительно обрабатывают известковым молоком с концентрацией оксида кальция 100 г/дм³ в течение 6 минут и при объемном расходе известкового молока, равном 5 м³/час, достигая pH среды, равного 10,0-12,5. Емкость-смеситель снабжена механическими лопастными мешалками со скоростью вращения (частотой) 10 об/мин. В результате интенсивного перемешивания и при обработке известковым молоком из стоков в виде осадка осаждаются гидроокиси металлов (цинка, никеля, двухвалентного железа, марганца, магния, кальция и др.) Известковое молоко подают насосами-дозаторами типа АЕВ IE 380 до полной нейтрализации кислых стоков до рH среды 9,5-12,5. После нейтрализации стоки поступают в камеру хлопьеобразования с механическими мешалками для обработки органическим флокулянтом типа Праестол 0,1% водным раствором, который предварительно готовят в стальных баках емкостью 10 м³. Флокулянт типа Праестол - продукт сополимеризации акриламида и акриловой кислоты с использованием окислительно-восстановительных инициаторов и щелочной среды - получают в готовом виде согласно сертификату и требованиям ТУ 2216=001-40910172-98. Скорость подачи флокулянта типа Праестола составляет 4 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. Каждая камера оборудована двумя лопастными механическими мешалками. Скорость вращения мешалки - 4,5 об/мин, время медленного перемешивания пребывания стоков составляет в камере 0,16 часа. После смешивания при соотношении флокулянт типа Праестол:стоки, равном 1:100, 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 емкость для сбора осадка. Стоки с помощью шнекового эсцентрикового насоса поступают 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 осветленные стоки по трубопроводу отводятся в промышленный канал. Осадок в виде твердых взвесей в количестве 5 м³/час из емкости-отстойника с помощью насоса СМ 100-65-2004 направляют в емкость для сбора осадка. В процессе очистки постоянно производят измерения pH 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. Шлам собирают в емкости для сбора осадка со стадии смешивания, со стадии обработки флокулянтом типа Праестол и со стадии отстаивания. В емкости для сбора осадка смесь из шлама перемешивают в течение 1,3 часа аэратором типа AQVA-JET, дополнительно обрабатывают флокулянтом для получения пластичности с определенным числом, равным 0,317-0,365 д.ед., например 0,5% раствором праестола в количестве 0,2 м³/час на 1 м³ шлама, поддерживая соотношение 20:1 шлам и флокулянт. После обработки флокулянтом смесь из шлама с помощью насосов направляют в центрифугу типа декантера «Flottweg», где отделяют твердый осадок от фильтрата, фильтрат направляют в емкость-отстойник, а обезвоженный твердый осадок - по ленточному конвейеру в бункер выгрузки твердого осадка и по мере надобности потребителю. Полученный твердый осадок соответствует ТУ 5717-488-05785388-2011 «Осадок очистных сооружений». 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 получить твердый осадок очистных сооружений титано-магниевого производства с определенными качественными характеристиками, соответствующий требованиям потребителя, в частности с низким коэффициентом фильтрации, м/сутки - от 0,0012 до 0,0250, и с определенным числом пластичности, равным 0,317-0,365 д.ед. Кроме того, полученный осадок обеспечивает безопасность для жизни и здоровья населения, охрану окружающей среды и позволяет получить продукт, используемый в качестве защитных материалов на полигонах твердых промышленных и бытовых отходов, отвалов, карьеров.

Изобретение может быть использовано для очистки сточных вод титано-магниевого производства. Сточные воды смешивают и отделяют твердые взвеси в песколовке. Полученные стоки нейтрализуют в две стадии известковым молоком при концентрации оксида кальция в известковом молоке, равной не менее 100 г/дм³. На первой стадии известковое молоко вводят в движущийся поток стоков при объемном расходе, равном 5-20 м³/час, затем смесь перемешивают механической мешалкой и барботером в течение 1,0-1,5 часа. На второй стадии нейтрализацию проводят в отстойнике при объемном расходе известкового молока, равном 0,1-5,0 м³/час. После нейтрализации стоки обрабатывают водным раствором флокулянта Праестол при скорости подачи, равной 2,2-6 м³/час, и при соотношении флокулянт:стоки, равном 1:(95-110). Взвеси направляют в отстойник, разделяют на очищенные стоки и шлам. Шлам со стадии отстаивания смешивают со шламом со стадии нейтрализации и со шламом со стадии обработки флокулянтом Праестол, смесь перемешивают в течение 1,2-1,5 часа и обрабатывают флокулянтом Праестол в виде водного раствора при массовой концентрации флокулянта, равной 0,5-0,8 масс.%, и при соотношении шлам:флокулянт Праестол, равном (10-20):1. Полученную смесь из шлама разделяют центрифугированием на фильтрат и твердый осадок, который применяют в качестве защитного материала на полигонах твердых промышленных и бытовых отходов, отвалов, карьеров. 6 з.п. ф-лы, 1 пр.

1. Способ очистки сточных вод титано-магниевого производства, включающий смешивание промышленных стоков, отделение из них твердых взвесей в песколовке, перемешивание, нейтрализацию известковым молоком, обработку водным раствором флокулянта Праестол как продукта сополимеризации акриламида и акриловой кислоты, отстаивание, разделение на очищенные стоки и шлам, обработку шлама водным раствором флокулянта Праестол как продукта сополимеризации акриламида и акриловой кислоты и разделение смеси центрифугированием на фильтрат и твердый осадок, отличающийся тем, что стоки нейтрализуют известковым молоком в две стадии: первоначально после отделения твердых взвесей в движущийся поток стоков подают известковое молоко при объемном расходе известкового молока, равном 5-20 м³/час, перемешивают в течение 1,0-1,5 часа и затем вновь обрабатывают известковым молоком при объемном расходе, равном 0,1-5,0 м³/час, шлам со стадии отстаивания смешивают со шламом со стадии нейтрализации и со шламом со стадии обработки флокулянтом, перемешивают и полученную шламовую смесь обрабатывают водным раствором флокулянта Праестол при массовой концентрации, равной 0,5-0,8 масс.%, и при объемном соотношении шлам:флокулянт, равном (10-20):1.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что стоки нейтрализуют известковым молоком с концентрацией оксида кальция, равной не менее 100 г/дм³.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что стоки перемешивают одновременно механической мешалкой и барботажем сжатым воздухом.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что стоки обрабатывают водным раствором флокулянта Праестол при объемном соотношении флокулянт:стоки, равном 1:(95-110).

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что водный раствор флокулянта Праестол подают в стоки при скорости подачи, равной 2,2-6,0 м³/час.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что шламовую смесь перемешивают в течение 1,2-1,5 часа.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что твердый осадок используют в качестве защитного материала на полигонах твердых промышленных и бытовых отходов, отвалов, карьеров.