Устройство для очистки сточных вод от трудно окисляемых органических соединений и взвешенных веществ Российский патент 2019 года по МПК C02F9/02 C02F1/72 C02F101/30 B01D21/28 

Изобретение относится к области очистки промышленных сточных вод, загрязненных остатками промывных вод отделочно-красильных производств текстильной промышленности.

Трудность классической биологической очистки производственных сильноокрашенных сточных вод текстильных производств вызвана тем, что основные загрязняющие вещества, такие как остатки красок печатных красителей, поверхностно-активных веществ (ПАВ), большое количество взвешенных веществ являются трудно окисляемыми органическими соединениями и находятся в сточных водах в растворенном состоянии. Для нейтрализации остатков растворов печатных красителей и удаления большого количества взвешенных веществ необходима предварительная локальная физико-химическая очистка.

Получили распространение конструкции устройств для деструктивной очистки промышленных сточных вод, которые содержат нейтрализующую загрузку в виде отходов стальной стружки.

Для предварительной физико-химической очистки производственных сильноокрашенных сточных вод используется устройство для деструктивной очистки промышленных сточных вод, патент РФ №865839.

Рассматриваемая конструкция представляет из себя вертикальный аппарат, состоящий из обечайки прямоугольной формы открытого типа, оборудованный конусным днищем, с двумя люками выгрузки отработанной стружечной загрузки. В качестве нейтрализующей загрузки в аппарате применяется вторичное сырье, лом стальной стружки, отходы металлообрабатывающих предприятий.

Устройство работает следующим образом: предварительно подкисленная серной кислотой до рН 2,0÷2,2 загрязненная сточная вода через приемный лоток поступает в секцию корпуса и направляется вниз, проходя через слой стальной стружечной загрузки и опорно распределительной решетки, попадает в соседнюю секцию, откуда при помощи сборного лотка выводится на дальнейшую обработку.

Основные показатели степени очистки, загрязняющих веществ после прохождения предварительной реагентной нейтрализации составляют, снижение окраски на 96÷98%, ПАВ до 90%, биологическое потребление кислорода (БПК) 50÷60%, химическое потребление кислорода (ХПК) 60÷70%, взвешенных веществ до 50%.

Обеспечиваемое качество очистки не достаточно в соответствии с возросшими современными требованиями по степени предварительной очистки.

Известна конструкция, описываемая в авторском свидетельстве №947079, в которой реализуется принцип интенсификации массообменных процессов.

Устройство выполнено в виде вертикальной колонны прямоугольного поперечного сечения с конусным днищем. Корпус реактора разделен перегородкой на две сообщающиеся секции, заполненные стальной стружечной загрузкой, внутри корпуса размещена опорно-распределительная решетка. Крышка аппарата выполнена герметичной над первой секцией и оборудована пневматической системой с распределительным устройством.

Сжатый воздух, генерируемый компрессорной установкой, через распределительное устройство нагнетается в первую секцию, и генерирует таким образом низкочастотные колебания жидкости в реакторе.

Недостатком конструкции является то, что не достигается необходимая степень очистки по взвешенным веществам, так как состав оборудования не предусматривает такой функции. Основным недостатком является то, чт о оборудование предназначено для размещения в отдельном помещении и не годится для установки на открытом воздухе, что необходимо для предварительной физико-химической очистки сточных вод текстильного производства, характеризующегося большим объемом очищаемых сточных вод и высокой остаточной температурой.

Компрессорное оборудование, создающее пульсацию потока очищаемой загрязненной воды, достаточно сложное в изготовлении и ненадежное в эксплуатации, требует достаточно дорогостоящего оборудования контрольно измерительных приборов и автоматики (КИПиА).

Наиболее близкой к заявляемому устройству, выбранной в качестве прототипа, является установка для очистки промышленных сточных вод, содержащих трудно окисляемые органические соединения (патент РФ №435196).

Установка включает последовательно установленные усреднитель стоков, узел подкисления, реактор, нейтрализатор и отстойник.

Реактор выполнен в форме прямоугольного резервуара, имеющего продольные и поперечные перегородки, образующие сообщающиеся между собой приемную камеру, рабочие секции, загруженные стружечной загрузкой, снабженные аэрирующим устройством и пеногасителем, конденсационную камеру пены, и камеру обработки сточной воды.

Основным недостатком данной конструкции является то, она обладает недостаточно высокой степенью очистки. В составе установки присутствует теплообменное оборудование, которое не сможет эффективно работать со сточными водами, содержащими большое количество взвешенных веществ.

Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением, создание эффективного устройства для очистки сточных вод от трудно окисляемых органических соединений и взвешенных веществ.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении эффективности очистки производственных сточных вод, загрязненных большим количеством взвешенных веществ и трудно окисляемыми органическими соединениями.

Указанный технический результат от использования изобретения достигается тем что, в устройстве для очистки сточных вод от трудно окисляемых органических соединений и взвешенных веществ, состоящем из центрального и наружного устройств, центральное устройство размещено внутри наружного, выполнено с конусным перфорированным днищем, установленным на опоре, и снабжено водоразбрызгивающим устройством, водораспределительной решеткой и поперечными перегородками, установленными со смещением, для размещения стружечной загрузки, при этом в нижней части центрального устройства размещены опорная решетка и система барботирования, а наружное устройство выполнено с плоским днищем и перегородками, на которых размещена система гидроэлеваторов, внутри наружного устройства размещены блоки тонкослойных пластин и система эрлифтов, в верхней части блоков тонкослойных пластин выполнены переливные перегородки с погружными водосборными лотками, при этом устройство снабжено системой аварийного опорожнения, люком обслуживания и ремонта и выходом очищенной воды.

Изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображены: Фиг. 1 - устройство для очистки сточных вод от трудно окисляемых органических соединений - вид сбоку; Фиг. 2 - устройство для очистки сточных вод от трудно окисляемых органических соединений - вид сверху.

Устройство для очистки сточных вод от трудно окисляемых органических соединений содержит патрубок 1 для ввода загрязненной сточной воды, водоразбрызгивающее устройство 2 конусного типа, распределяющее поток поступающей воды на водораспределительную решетку 3 сетчатого типа, поперечные перегородки 4, выполненные со смещением, служащие для более эффективного расположения стружечной загрузки 5, необходимой для нейтрализации трудно окисляющихся органических соединений, содержащихся в сточной воде, которой заполнен внутренний объем центрального устройства 6. Для исключения сползания и поддержания загрузки в рабочем положении в нижней части центрального устройства 6 устроены опорная решетка 7, система барботирования 8, и конусное перфорированное днище 9. Центральное устройство снизу поддерживается опорой 10. Наружное устройство 11 выполнено с плоским днищем 12. Для задержания накопившихся взвешенных веществ устроены перегородки 13, на которых размещена система гидроэлеваторов 14. Блок тонкослойных пластин 15 служит корпусом для рядов тонкослойных пластин 16. При помощи системы эрлифтов 17 обеспечивается рециркуляция очищаемой сточной воды, которая позволяет забирать воду из застойных зон 18 и перекачивать ее в центральную часть 19 наружного устройства 11. В верхней части блоков тонкослойных пластин 15 выполнены переливные перегородки 20 с погружными водосборными лотками 21. Далее очищаемая вода собирается по системе сборных трубопроводов 22 и выводится на выпуск. Для выполнении непредвиденных аварийных ситуаций предусмотрено устройство аварийного опорожнения 23, для устранения возможных аварийных ситуаций и обеспечения доступа внутрь ремонтного персонала предусмотрен люк обслуживания и ремонта 24. Выпуск очищенной и осветленной воды осуществляется через выход очищенной воды 25.

Устройство для очистки трудно окисляемых органических соединений и взвешенных веществ работает следующим образом. Загрязненная сточная вода поступает сверху через патрубок 1 и попадает в центральное устройство 6. Поступающая вода проходит водоразбрызгивающее устройство 2 и через водораспределительную решетку 3, стекая вниз. Постепенно перемещаясь вниз, очищаемая вода проходит ряд поперечных перегородок 4, тем самым увеличивается время контакта очищаемой воды со стружечной загрузкой 5, которой заполнен внутренний объем центрального устройства 6. Для интенсификации массообменных процессов предусмотрено устройство системы барботирования 8.

Для поддержания слоев загрузки в рабочем положении служит опорная решетка 7, предотвращающая сползание загрузки вниз. Для выхода воды в нижней части центрального устройства 6 предусмотрено конусное перфорированное днище 9, нагрузка от веса устройства передается на опору 10.

Для накопления образующегося осадка взвешенных веществ предназначена перегородка 13, по которой он сползает и по мере необходимости обслуживающий персонал посредством открывания гидроэлеваторов 14 удаляет и выводит его из устройства.

Далее очищаемая сточная вода перетекает в корпус наружного устройства 11 с плоским днищем 12.

Очищаемая сточная вода входит в блоки тонкослойных пластин 15, где на параллельных рядах тонкослойных пластин 16 происходит укрупнение взвешенных веществ за счет разноименных зарядов и слипания и частицы сползают вниз.

Очищенная сточная вода, поднимаясь вверх, переливается через переливные перегородки 20 и попадает в погружные водосборные лотки 21, собирается там и через систему сборных трубопроводов 22 уходит на выпуск из устройства через выход очищенной воды 25.

Система эрлифтов 17 позволит исключить возникновение и влияние застойных зон 18, путем перекачки и рециркуляции в центральную зону 19 наружного устройства 11. Для обеспечения доступа внутрь устройства ремонтного персонала предусмотрен люк обслуживания и ремонта 24, система аварийного опорожнения 23 при необходимости позволит быстро слить очищаемую сточную воду из устройства.

Предлагаемое устройство для очистки сточных вод от трудно окисляемых органических соединений и взвешенных веществ может быть изготовлено в производственных условиях с использованием технологического оборудования тяжелого химического машиностроения, с применением электрической сварки, методом рулонирования.

Для проверки эффективности предлагаемой конструкции устройства очистки сточных вод от трудно окисляемых органических соединений и взвешенных веществ были проведены лабораторные исследования на реальных сточных водах, образующихся в процессе работы текстильного производства АО «Яковлевская фабрика» г. Приволжск Ивановской области, содержащих трудно окисляемые органические соединения и взвешенные вещества.

Для проведения сравнительных исследований была собрана лабораторная установка, состоящая из резервуара усреднителя с перемешивающим и подогревающим устройством, оборудованного приборами КиПиА (автоматический рН метр, расходомер, термометр) и реакторов нейтрализации в количестве двух единиц, первый реактор по внутреннему устройству соответствует прототипу, второй предлагаемой модели.

Предусмотрено оборудования для приготовления и дозирования растворов кислоты и щелочи, встроенные рН метры позволяют контролировать параметры рН обрабатываемой сточной воды.

Устройство представляет собой два стеклянных цилиндра проточного типа Д=100 мм, рабочим объемом V=2000 мл, со встроенным в нижней части пробоотборником, площадь поперечного сечения нейтрализующей загрузки составляет F=0,007 м², в качестве нейтрализующей загрузки использовались отходы металлообработки - стружка стальная, при загрузке производилось уплотнение.

В оборудовании №1 использована конструкция и принцип нейтрализации, соответствующий прототипу.

В оборудовании №2 использована предлагаемая конструкция и принцип очистки сточных вод. Определено, что максимальная эффективность по осаждению взвешенных веществ 82,0-84,0% при тонкослойном отстаивании обеспечивается при скорости подачи сточной жидкости в пределах 5+10 мм /сек и при угле наклона тонкослойных элементов 55° к горизонту. Удельная нагрузка на рабочую площадь тонкослойных модулей рекомендуемая СНиП 2.04.03-85 Актуализированная версия п 6.64 составляет 3,0-3,5 м /(м ч).

Резервуар усреднитель заполнялся исходной сточной водой, включалось перемешивающее устройство и подогреватель для имитации рабочих температур, составляющих 60-70°С, открывается запорный кран, включается подача воздуха в барботирующее устройство, включаются насосы дозаторы для дозирования растворов кислоты и щелочи. Очищаемая сточная вода по системе трубопроводов поступает в устройства нейтрализации №1 и №2. Оборудование оснащено пробоотборниками для обора проб.

Испытания проводились путем проведения трех серий опытов для подтверждения эффективности работы предлагаемого оборудования. Результаты обоснования эффективности предлагаемого оборудования для очистки сточных вод текстильных производств от трудно окисляемых органических соединений и взвешенных веществ приведены в таблице 1, 2, 3.

В результате проведенных исследований установлено, что предлагаемое устройство для очистки сточных вод от трудно окисляемых органических соединений и взвешенных веществ позволяет, при прочих равных показателях загрязнений очищаемой сточной воды достигать более высокой степени очистки от основных загрязняющих веществ таблица №4.

По результатам проведенных опытов установлено следующее:

1. Показатель эффективности очистки по ХПК предлагаемой модели

составил 74%, у прототипа 60%, таким образом получаем положительный результат в 14%;

2. Показатель эффективности по очистки по БПК предлагаемой модели составил 74%, у прототипа 55%, таким образом получаем положительный результат в 19%;

3. Показатель эффективности по СПАВ предлагаемой модели составил 80%, у прототипа 30%, таким образом получаем положительный эффект в 50%;

4. Показатель эффективности по цветности предлагаемой модели составил 88%, у прототипа 62%, таким образом получаем положительный результат 26%;

5. Показатель эффективности по взвешенным веществам предлагаемой модели составил 73%, у прототипа 7%, таким образом получаем положительный результат в 66%.

Следует отметить, что по результатам проведенных опытов в работе прототипа отсутствовала стабильность показателей качества очистки, и сохранялась тенденция к низкому качеству очистки.

Таким образом, разработанная конструкция устройства очистки сточных вод от трудно окисляемых органических соединений и взвешенных веществ обеспечивает, по сравнению с прототипом, повышение эффективности очистки производственных сточных вод, загрязненных большим количеством взвешенных веществ и трудно окисляемыми органическими соединениями, за счет увеличения времени пребывания очищаемой воды в центральном устройстве, применения барботирования воздухом и устройства тонкослойных пластин. Кроме того упрощается конструкция устройства, снижается себестоимость очистки 1 м³ сточных вод, направляемых на очистку.

Изобретение может быть использовано для очистки промышленных сточных вод, загрязненных остатками промывных вод отделочно-красильных производств текстильной промышленности. Устройство для очистки сточных вод от трудно окисляемых органических соединений и взвешенных веществ состоит из центрального 6 и наружного 11 устройств. Центральное устройство 6 размещено внутри наружного 11, выполнено с конусным перфорированным днищем 9, установленным на опоре 10, и снабжено водоразбрызгивающим устройством 2, водораспределительной решеткой 3 и поперечными перегородками 4, установленными со смещением, для размещения стружечной загрузки 5. В нижней части центрального устройства 6 размещены опорная решетка 7 и система барботирования 8. Наружное устройство 11 выполнено с плоским днищем 12 и перегородками 13, на которых размещена система гидроэлеваторов 14. Внутри наружного устройства 11 размещены блоки тонкослойных пластин 16 и система эрлифтов 17. В верхней части блоков тонкослойных пластин 16 выполнены переливные перегородки 20 с погружными водосборными лотками 21. Устройство снабжено системой аварийного опорожнения 23, люком обслуживания и ремонта 24 и выходом очищенной воды. Изобретение позволяет повысить эффективность очистки производственных сточных вод. 2 ил., 4 табл.

Устройство для очистки сточных вод от трудно окисляемых органических соединений и взвешенных веществ, состоящее из центрального и наружного устройств, отличающееся тем, что центральное устройство размещено внутри наружного, выполнено с конусным перфорированным днищем, установленным на опоре, и снабжено водоразбрызгивающим устройством, водораспределительной решеткой и поперечными перегородками, установленными со смещением, для размещения стружечной загрузки, при этом в нижней части центрального устройства размещены опорная решетка и система барботирования, а наружное устройство выполнено с плоским днищем и перегородками, на которых размещена система гидроэлеваторов, внутри наружного устройства размещены блоки тонкослойных пластин и система эрлифтов, в верхней части блоков тонкослойных пластин выполнены переливные перегородки с погружными водосборными лотками, при этом наружное устройство снабжено системой аварийного опорожнения, люком обслуживания и ремонта и выходом очищенной воды.