Способ очистки сточных вод от растворенных органических загрязнений Российский патент 2018 года по МПК C02F1/28 C02F1/72 C02F11/08 C02F11/18 C02F101/30 

Изобретение относится к химической промышленности и предназначено для очистки сточных вод от растворенных органических загрязнений и может быть использовано для очистки бытовых, технологических, поверхностных, сельскохозяйственных и др. сточных вод.

Известен способ физико-химической очистки сточных вод с помощью коагулянтов и флокулянтов (Драгинский В.Л. Коагуляция в технологии очистки природных вод / В.Л. Драгинский, Л.П. Алексеева, С.В. Гетманцев. - М., 2005. - 576 с.). Сначала коллоидно-растворенные примеси связываются в хлопья коагулянтом, после чего флокулянт производит их агломерирование в крупные образования с достаточным для осаждения весом. Обработанную таким образом загрязненную воду затем фильтруют. После очистки воды коагулянты и флокулянты подвергают регенерации. Регенерация может производиться путем обработки щелочами, кислотами, прокаливанием или термообработкой при повышенных температурах.

Недостатком известного способа является то, что приходится использовать специально изготовленные коагулянты и флокулянты, производить затраты на регенерацию, что делает процесс очистки сточных вод экономически неэффективным.

Известен способ очистки сточных вод с использованием отходов производства (Патент RU 2425807. Способ очистки сточных вод от ионов кадмия. Акаев О.П., Цветкова А.Д., Акаева Т.К., Свиридов А.В. Подача заявки 2010-03-15, опубл. 10.08.2011), в соответствии с которым для очистки промышленных сточных вод в качестве адсорбента используют отход производства фторида алюминия - кремнегель. Способ обеспечивает высокую степень очистки сточных вод и способствует утилизации многотоннажных отходов производства фторида алюминия. Использование отходов производства в качестве сорбентов снижает общие затраты, но не решает задачи регенерации адсорбента.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является способ очистки сточных вод, описанный в патенте 2481273 (Патент RU 2481273. Способ очистки бытовых сточных вод, содержащих органические загрязнения. Соловьев Р.Ю., Пронская Т.В., Федотов А.В. Подача заявки 2011-09-14, опубл. 10.05.2013). Способ очистки сточных вод, содержащих органические загрязнения, включающий: обработку сточных вод адсорбентом до достижения заданной степени очистки сточных вод, разделение обработанных сточных вод на очищенные сточные воды и твердый осадок, содержащий загрязненный адсорбент, сбор твердого осадка и его обработку в условиях сверхкритического водного окисления до полного окисления органических соединений. Этот способ очистки сточных вод по своей технической сущности наиболее близок к заявленному способу и принят за прототип. В качестве адсорбента авторы используют наноструктурированный бемит в виде агрегатов размером 5-20 мкм. В условиях сверхкритического водного окисления происходит полное окисление адсорбированных органических веществ и регенерация бемита для его повторного использования.

Недостатком известного способа является то, что бемит быстро теряет свои адсорбционные свойства (не более 3-4 регенераций) и требуется его частая замена, что делает использование бемита экономически невыгодным даже при очистке сточных вод с значением химического потребления кислород не выше 1000 мг О₂/л. Кроме того, способ требует введения дополнительных технологических операций фильтрования конденсата для выделения бемита и его сушки перед повторным использованием.

Технической задачей изобретения является упрощение технологического процесса за счет исключения технологических операций регенерации адсорбента, снижение энергетических затрат, повышение экономической эффективности за счет одновременной утилизации твердых и жидких органосодержащих отходов.

Поставленная техническая задача достигается тем, что способ очистки сточных вод, содержащих органические загрязнения, включающий обработку сточных вод адсорбентом до достижения заданной степени очистки сточных вод, разделение обработанных сточных вод на очищенные сточные воды и твердый осадок, содержащий загрязненный адсорбент, сбор твердого осадка и его обработку в условиях сверхкритического водного окисления при температуре 450-600°С и давлении 22 МПа до полного окисления органических соединений, согласно изобретению в качестве адсорбента используют органосодержащие горючие отходы, содержание органических веществ в осадке доводится до значений химического потребления кислорода 50-300 г O₂/л.

В качестве сорбента можно использовать промышленные и сельскохозяйственные отходы различных отраслей промышленности, а в качестве окислителя использовать кислород, озон, перекись водорода или воздух.

При значении химического потребления кислорода в осадке менее 50 г О₂/л не обеспечивается автотермичность процесса и требуется дополнительный подвод энергии для протекания самопроизвольной экзотермической реакции окисления. В аллотермическом режиме образовавшихся горючих газов недостаточно для их сгорания в воздушной среде. При значении химического потребления кислорода в осадке более 300 г O₂/л происходит неполная деструкция органических веществ при автотермическом и аллотермическом режимах работы реактора в непрерывном режиме, забивание коммуникаций адсорбентом. В автотермическом режиме большое количество тепла экзотермической реакции окисления вызывает необходимость проведения специальных мероприятий для охлаждения корпуса реактора, что усложняет и удорожает процесс.

Обработка в сверхкритических условиях при температуре менее 450°С в присутствии окислителя не позволяет в некоторых случаях достигнуть полной степени окисления, в отсутствии окислителя может происходить смолообразование и забивание коммуникаций. При температурах выше 600°С резко усиливается коррозия металлических деталей, уменьшается запас прочности корпуса реактора.

В предложенном способе отпадает необходимость выделения из реакционной смеси адсорбента для его повторного использования, в сверхкритических условиях обеспечивается практически 100% деструкция органических и стойких органических загрязнений, экологичность процесса, проходящего в замкнутом объеме, в присутствии окислителя выделяется дополнительная энергия от сжигания отходов, а без окислителя образуется горючая смесь газов, которую можно использовать в качестве топлива, в том числе для производства электрической энергии, и в результате этого повысить экономическую эффективность процесса.

Способ поясняется следующими примерами:

Пример 1.

Экспериментальные исследования по адсорбционной очистке проводили на стоках творожного производства - кислой молочной сыворотке. Исходное значение химического потребления кислорода составляло 12 г O₂/л. В качестве адсорбента использовали отходы производства гречневой крупы - молотую гречневую лузгу в концентрации 200 г на 1 л раствора. После перемешивания и отстаивания значение химического потребления кислорода в растворе уменьшилось до 5 г O₂/л. После третьей обработки содержание органических веществ в растворе уменьшилось до значений, допускающих сброс в канализацию. Значение химического потребления кислорода в осадке составляло 150 г O₂/л. Обработку в условиях сверхкритических параметров воды проводили при температуре 450°С и давлении 22 МПа в присутствии окислителя (раствор перекиси водорода). После обработки значение химического потребления кислорода в конденсате уменьшилось до 0,25 г O₂/л. Конденсат представлял прозрачную жидкость без инородных включений.

Пример 2.

Эксперименты проводили как в примере 1, но в качестве отходов использовали отходы производства подсолнечного масла (подсолнечная лузга). Значение химического потребления кислорода в осадке составляло 350 г O₂/л. Осадок разбавили исходными стоками до значения химического потребления кислорода 300 г O₂/л. Обработку в условиях сверхкритических параметров воды проводили при температуре 530°С и давлении 22 МПа в присутствии окислителя (кислорода воздуха). После обработки значение химического потребления кислорода в конденсате уменьшилось до 0,30 г O₂/л. Конденсат представлял прозрачную жидкость.

Пример 3.

Эксперименты проводили как в примере 2. Значение химического потребления кислорода в осадке составляло 50 г O₂/л. В аллотермическом режиме (без присутствия окислителя) образовались газы, содержащие преимущественно метан, этан, этилен и оксид углерода. Рассчитанная низшая теплотворная способность составила 7,3 МДж/м³. По величине теплотворной способности газ подобен генераторному и доменному газам.

Пример 4.

Эксперименты проводили на стоках содержащих стойкие органические загрязнения (полихлорированный бифенил). Значение химического потребления кислорода в осадке составляло 15 г O₂/л. В качестве адсорбента использовали отходы производства гречневой крупы - молотую гречневую лузгу в концентрации 200 г на 1 л раствора. После перемешивания и отстаивания значение химического потребления кислорода в растворе уменьшилось до 4 г O₂/л. После третьей обработки содержание органических веществ в растворе уменьшилось до значений, допускающих сброс в канализацию. Значение химического потребления кислорода в осадке составляло 165 г O₂/л. Обработку проводили при температуре 600°С и давлении 22 МПа в присутствии окислителя (раствор перекиси водорода). После обработки значение химического потребления кислорода в конденсате уменьшилось до 0,2 г O₂/л. Конденсат представлял прозрачную жидкость без инородных включений.

Применение предложенного способа позволяет упростить технологический процесс за счет исключения технологических операций регенерации адсорбента, снизить энергетические затраты, повысить экономическую эффективность за счет одновременной утилизации твердых и жидких органосодержащих отходов.

Изобретение может быть использовано для очистки бытовых, технологических, поверхностных, сельскохозяйственных сточных вод от растворенных органических загрязнений. Способ очистки включает обработку сточных вод адсорбентом, разделение обработанных сточных вод на очищенные сточные воды и твердый осадок, содержащий загрязненный адсорбент, сбор твердого осадка и его обработку в условиях сверхкритического водного окисления при температуре 450-600°С и давлении 22 МПа до полного окисления органических соединений. В качестве адсорбента используют органосодержащие горючие отходы, содержание органических веществ в осадке доводят до значений химического потребления кислорода 50-300 г O₂/л. Обработку в условиях сверхкритического водного окисления проводят в отсутствии окисляющих веществ. Способ обеспечивает упрощение технологического процесса, снижение энергетических затрат, повышение экономической эффективности. 1 з.п. ф-лы, 4 пр.

1. Способ очистки сточных вод, содержащих органические загрязнения, включающий обработку сточных вод адсорбентом до достижения заданной степени очистки сточных вод, разделение обработанных сточных вод на очищенные сточные воды и твердый осадок, содержащий загрязненный адсорбент, сбор твердого осадка и его обработку в условиях сверхкритического водного окисления при температуре 450-600°С и давлении 22 МПа до полного окисления органических соединений, отличающийся тем, что в качестве адсорбента используют органосодержащие горючие отходы, содержание органических веществ в осадке доводится до значений химического потребления кислорода 50-300 г O₂/л.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку в сверхкритической водной среде проводят в отсутствии окисляющих веществ.