УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДНЫХ СРЕД, ЗАГРЯЗНЕННЫХ СОЕДИНЕНИЯМИ МЫШЬЯКА Российский патент 2020 года по МПК C02F1/62 C02F1/28 

Изобретение относится к устройствам очистки промышленных, питьевых и сточных вод, загрязненных высоким содержанием мышьяксодержащих соединений, в частности, к технике сорбционного концентрирования, десорбции и детоксикации водных сред и может быть использовано в области экологии окружающей среды.

Очистка водных сред представляет собой весьма трудоемкий, длительный и сложный комплекс мероприятий, основанный на применении процессов очистки (самоочистки) и различных интенсифицирующих факторов, требующих разработки уникальных технологий. При этом следует отметить, что задачи очистки водных сред должны решаться на основе всестороннего учета конкретных климатических, экологических, физико-географических, гидрогеологических и других характеристик воды, включая совокупность физико-химических и биологических свойств водных сред.

Известна установка, содержащая гидроциклон, предназначенная для непрерывного осветления потока воды [Патент RU №2206408] и обеспечивающая выделение из поступающей воды твердых взвешенных частиц, нефтепродуктов и маслосодержащих примесей, а также растворенных и не растворенных в воде газов.

Недостатками данной установки являются:

- недостаточно высокая степень очистки твердых частиц, если фракции этих частиц имеют размеры до 5 мкм;

- установка не предназначена для очистки мышьяксодержащих соединений.

Известно устройство [Патент RU №2318737] для очистки сточных вод, характеризуемое наличием последовательно соединенных реакторов предварительной очистки, первичного отстойника, гальванокоагулятора, реактора-ферритизатора, вторичного отстойника, и механического фильтра, при этом к выходу по осадку первичного отстойника подключены последовательно соединенные накопитель осадка и фильтр-пресс, выход по осадку гальванокоагулятора через реактор-ферритизатор подключен к реактору предварительной очистки, а к реактору предварительной очистки и реактору-ферритизатору подведены магистрали подачи воздуха.

Недостатком является то, что устройство не обеспечивает достаточной ферретизации осадка, не позволяет отделить его от обработанного раствора, что делает его недостаточно эффективным в работе и не предназначенным для очистки мышьяксодержащих соединений.

Известен комплекс сорбционной очистки загрязненных вод [Патент RU №2422383], характеризующийся тем, что он содержит последовательно соединенные между собой трубопроводом коммуникации от забора загрязненной воды до резервуара чистой воды по потоку очищаемой воды, емкость химической обработки, насос и осветлительный фильтр, при этом емкость химической обработки соединена с гальванокоагулятором также трубопроводом, на котором последовательно от гальванокоагулятора до указанной емкости размещены буферный бак с функцией скрапоуловителя, второй насос и средство ультразвукового активирования, причем емкость химической обработки снабжена дополнительным трубопроводом, образующим циркуляционный контур, на котором размещен гидроциклон, при этом циркуляционный контур имеет соединение с участком трубопровода между насосом и осветлительным фильтром, патрубок вывода твердой фазы гидроциклона соединен с емкостью химической обработки, а патрубок слива жидкой фракции гидроциклона соединен трубопроводом с осветлительным фильтром.

Недостатками известного решения являются значительные эксплуатационные затраты, и комплекс не предназначен для очистки мышьяксодержащих соединений.

Известна установка для очистки и кондиционирования питьевой воды [Патент RU №2084411], включающая узел предочистки, выполненный в виде одного или нескольких сорбционных фильтров со сменным картриджем, узел основной сорбционной очистки, включающий в себя сорбционные фильтры с фильтрующе-сорбирующими слоями модифицированного цеолита, карбоксильного катиообменника и активного углеродного адсорбента, и узел финишной очистки, выполненный в виде одного или нескольких фильтров, снабженных микрофильтрационными элементами с размером пор от 0,5 до 10,0 мкм.

Известен способ адсорбционной очистки питьевой и промышленной воды от ионов тяжелых металлов, нефтепродуктов, фенола и поверхностно-активных веществ [Патент RU №2111171 от 20.05.1998].

Данная установка и известный способ не предназначены для очистки мышьяксодержащих соединений.

Известно устройство для очистки подземных вод [Патент на полезную модель RU №160447], содержащее электроразрядный модуль, состоящий из аэратора, блока электроразрядной обработки воды, объединенных в реакционную колонну, и бака-реактора, а также скорые фильтры с зернистой загрузкой, согласно описанию устройства, электроразрядный модуль имеет две реакционные колонны, которые установлены на баке-реакторе последовательно относительно потока воды и каждая из которых снабжена водо-воздушным эжектором, электроразрядный модуль подключен с одной стороны к вакуумному дегазатору с подогреваемым резервуаром, с другой стороны - через камеру хлопьеобразования к отстойнику и блоку фильтрования, который выполнен из последовательно соединенных фильтров с зернистой нагрузкой и блока глубокой очистки воды на ионообменных и сорбционных фильтрах.

Недостатками известных решений являются значительные эксплуатационные затраты, связанные с регулярной заменой сорбционных и ионообменных фильтров, а технические решения устройства и установки не предназначены для очистки мышьяксодержащих соединений.

Известен способ очистки водосмешиваемых смазочно-охлаждающих жидкостей от ферромагнитных примесей [Патент RU №2194744 от 20.12.2002 г.], сущность которого состоит в том, что очищаемая жидкость подвергается процессу магнитной обработки после коагуляции и флотации, а затем магнитной сепарации.

Недостатки способа:

- магнитная обработка проходит только в поверхностных слоях элемента при магнитной обработке;

- мелкодисперсный шлам удаляется неэффективно;

- способ не предназначен для очистки мышьяксодержащих соединений.

Известен способ очистки водосмешиваемых технических жидкостей от ферромагнитных примесей [Патент RU №2422372 от 27.06.2011 г.]. Сущность изобретения: способ очистки водосмешиваемых технических жидкостей состоит в том, что сначала жидкость подвергается процессу насыщения воздухом, стабилизации потока жидкости, магнитной сепарации, флотации, маслоудалению, удалению осевшего на дно шлама (дисперсных примесей).

Данный способ не предназначен для очистки мышьяксодержащих соединений.

Известно устройство для очистки воды [Патент на полезную модель RU №134924].

Недостатком известной модели являются:

- дополнительный расход реагентов;

- загрязнение промывных вод примесями гипохлорита натрия и перманганата калия;

- устройство не предназначено для очистки мышьяксодержащих соединений.

Известна установка для очистки воды из подземных источников от железа и марганца [Патент на полезную модель RU №145816].

Недостатками описанной установки являются:

- низкая эффективность очистки воды от марганца при работе с микрофильтрационными и ультрафильтрационными мембранами;

- установка не предназначена для очистки мышьяксодержащих соединений.

Известна установка очистки природных и техногенных сточных вод от железа и марганца [Патент на полезную модель RU №162750 от 27.06.2016].

Недостатком описанной установки является тот факт, что установка не предназначена для очистки мышьяксодержащих соединений.

Технической задачей настоящего изобретения является разработка безопасного и эффективного устройства для очистки воды, загрязненной соединениями мышьяка, и получение конечной продукции четвертого класса опасности.

Поставленная задача достигается тем, что установка для очистки водных сред, загрязненных соединениями мышьяка, содержит резервуар-накопитель для хранения воды, загрязненной мышьяксодержащими соединениями, с загрузочным, входящими и выходящим патрубками, фильтр грубой очистки с входящим и выходящим патрубками, насос-дозатор, колонные аппараты периодического действия, параллельно соединенные между собой, с питающими и выходящими патрубками, люками для загрузки и выгрузки сорбента, приемную емкость с мешалкой, входящим и выходящим патрубками, люками для загрузки соляной кислоты и едкого натра, насос загрузочный, реактор с рубашкой, мешалкой, барботирующим устройством, питающими и выходным патрубками, нутч-фильтр разъемной конструкции, обеспечивающий выгрузку осадка и замену фильтрующих элементов, снабженный входящим и сливным патрубками, причем резервуар-накопитель подсоединен выходящим патрубком к фильтру грубой очистки, входящими патрубками - к колонным аппаратам и нутч-фильтру, насос-дозатор подсоединен к питающим патрубкам колонных аппаратов, приемная емкость подсоединена к выходящему патрубку колонных аппаратов и входящему патрубку загрузочного насоса, насос подсоединен к питающему патрубку реактора и питающим патрубкам колонных аппаратов, нутч-фильтр подсоединен к выходящему патрубку реактора и сливным патрубком - к резервуару-накопителю.

Технический результат заключается в уменьшении содержания мышьяка в водной среде, загрязненной мышьяксодержащими соединениями и получении малотоксичных сульфидов.

Технический результат достигается предлагаемым устройством, включающим два взаимосвязанных модуля: сорбционного концентрирования и десорбции мышьяксодержащих соединений, с последующей детоксикацией концентрированного сорбата, содержащего мышьяксодержащие соединения, с использованием сероводорода и выделением малотоксичных сульфидов мышьяка (III, V). Достоинством предлагаемого устройства является простое аппаратурное оформление процессов сорбции, десорбции и детоксикации.

На фиг. 1 представлена установка для очистки водных сред, загрязненных соединениями мышьяка

Модуль I предназначен для сорбционного концентрирования и десорбции мышьяка, который включает в себя резервуар-накопитель 1 для хранения воды, загрязненной мышьяксодержащими соединениями, с загрузочным, входящими и выходящим патрубками, фильтр грубой очистки 2 с входящим и выходящим патрубками, насос-дозатор 3, колонные аппараты 4 и 5 периодического действия, параллельно соединенные между собой, оборудованные питающими и выходящими патрубками, люками для загрузки и выгрузки сорбента, приемную емкость 6 с мешалкой, входящим и выходящим патрубками, люками для загрузки соляной кислоты и едкого натра, причем магистраль представляет собой последовательно соединенный между собой трубопровод от забора загрязненной воды до приемной емкости 6 по потоку очищаемой воды, при этом резервуар-накопитель 1 подсоединен выходящим патрубком к фильтру грубой очистки 2, входящими патрубками к колонным аппаратам 4, 5 и нутч-фильтру 9 модуля II, насос-дозатор 2 подсоединен к питающим патрубкам колонных аппаратов 4, 5, приемная емкость 6 подсоединена к выходящему патрубку колонных аппаратов 4, 5 и входящему патрубку загрузочного насоса 7 модуля II.

Модуль II предназначен для детоксикации концентрированного сорбата, содержащего мышьяк, с использованием сероводорода и выделения сульфида мышьяка (V). Модуль II включает реактор 8 периодического действия с рубашкой, мешалкой, барботирующим устройством, питающими и выходным патрубками, насос загрузочный 7, соединенный трубопроводом с питающими патрубками реактора 8 и колонных аппаратов модуля I, а также всасывающим патрубком приемной емкости 6 модуля I, нутч-фильтр 9 разъемной конструкции, обеспечивающей выгрузку сульфида мышьяка (V) в виде осадка и замену фильтрующих элементов, снабженный входящим и сливным патрубками, соединенный с выходным патрубком реактора 8 и входным патрубком резервуара-накопителя модуля I.

Устройство работает следующим образом.

В колонные аппараты 4 и 5 модуля I загружают высокоэффективный серо-азотосодержащий гетероцепный полимерный сорбент ((S-N)-C) [Доронина М.С., Ширяева О.А., Филатова Д.Г., Петров A.M. и др. Сорбционно-атомно-эмиссионное определение As, Bi, Sb, Se, и Те в возвратном металлосодержащем сырье // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2013. - Т. 79. - №11. - С. 3-7], затем из резервуара-накопителя 1 модуля I насосом-дозатором 3 загрязненную воду подают через фильтр 2 грубой очистки в питательные патрубки в колонные аппараты 4 и 5, где происходит сорбционное концентрирование мышьяка на поверхности сорбента. Очищенная вода направляется в пруд-накопитель и на повторное использование в емкость 6. Сконцентрированный мышьяк из колонных аппаратов 4 и 5 десорбируется водным раствором едкого натра, приготовление которого осуществляется в емкости 6. Щелочной раствор из емкости 6 насосом 7 подается в колонные аппараты 4 и 5, и осуществляется циркуляция по циклу: емкость 6 - насос 7 - колонные аппараты 4, 5 - емкость 6. Циркуляция осуществляется до достижения содержания мышьяка в полученном сорбате от 50 до 80 г/л. Далее в емкость 6 загружается раствор соляной кислоты в количестве, обеспечивающем значение рН в интервале от 2 до 4 в сорбате, и насосом 7 подается в реактор 8 модуля II.

Концентрированный раствор мышьяка со значением рН не менее 2 охлаждается до температуры не более 10°С. Далее в реактор 8 при работающей мешалке через барботирующее устройство подается газообразный сероводород (H₂S) до появления значительных количеств сероводорода (H₂S) в абгазах. В полученную реакционную массу через входной патрубок подается едкий натр в количестве, обеспечивающем значение рН в реакционной массе не менее 5, затем она направляется в нутч-фильтр 9 модуля II. На нутч-фильтре 9 осадок (сульфиды мышьяка (III, V)) отделяют от жидкой фазы, направляемой на повторное использование в резервуар-накопитель 1. Осадок выгружают с нутч-фильтра 9 и подают на расфасовку 10.

Таким образом, предлагаемая установка обеспечивает возможность сорбционного концентрирования, десорбции и детоксикации водных сред, загрязненных соединениями мышьяка. Полученный конечный продукт соответствует IV классу опасности (ГОСТ-12.1007-76), практически не растворим в воде и в водных растворах щелочей и кислот.

Изобретение может быть использовано в очистке сточных вод от мышьяксодержащих соединений. Установка для очистки водных сред, загрязненных соединениями мышьяка, содержит резервуар-накопитель 1 для хранения воды, загрязненной мышьяксодержащими соединениями, с загрузочным, входящим и выходящим патрубками, фильтр грубой очистки 2 с входящим и выходящим патрубками, насос-дозатор 3, колонные аппараты 4 и 5 периодического действия, параллельно соединенные между собой с питающими и выходящими патрубками, люками для загрузки и выгрузки сорбента, приемную емкость 6 с мешалкой, входящим и выходящим патрубками, люками для загрузки соляной кислоты и едкого натра, насос загрузочный 7, реактор 8 с рубашкой, мешалкой, барботирующим устройством, питающими и выходным патрубками, нутч-фильтр 9 разъемной конструкции, обеспечивающий выгрузку осадка и замену фильтрующих элементов, снабженный входящим и сливным патрубками. Резервуар-накопитель 1 подсоединен выходящим патрубком к фильтру грубой очистки 2, входящими патрубками к колонным аппаратам 4 и 5 и нутч-фильтру 9, насос-дозатор 7 подсоединен к питающим патрубкам колонных аппаратов, приемная емкость 6 подсоединена к выходящему патрубку колонных аппаратов 4 и 5 и входящему патрубку загрузочного насоса 7. Загрузочный насос 7 подсоединен к питающему патрубку реактора 8 и питающим патрубкам колонных аппаратов 4 и 5. Нутч-фильтр 9 подсоединен к выходящему патрубку реактора 8 и сливным патрубком к резервуару-накопителю 1. Предложенное устройство обеспечивает возможность сорбционного концентрирования и детоксикации водных сред, загрязненных соединениями мышьяка, с получением конечного продукта, соответствующего IV классу опасности (ГОСТ-12.1007-76), практически нерастворимого в воде и водных растворах щелочей и кислот. 1 ил.

Установка для очистки водных сред, загрязненных соединениями мышьяка, содержит резервуар-накопитель для хранения воды, загрязненной мышьяксодержащими соединениями, с загрузочным, входящими и выходящим патрубками, фильтр грубой очистки с входящим и выходящим патрубками, насос-дозатор, колонные аппараты периодического действия, параллельно соединенные между собой, с питающими и выходящими патрубками, люками для загрузки и выгрузки сорбента, приемную емкость с мешалкой, входящим и выходящим патрубками, люками для загрузки соляной кислоты и едкого натра, насос загрузочный, реактор с рубашкой, мешалкой, барботирующим устройством, питающими и выходным патрубками, нутч-фильтр разъемной конструкции, обеспечивающий выгрузку осадка и замену фильтрующих элементов, снабженный входящим и сливным патрубками, причем резервуар-накопитель подсоединен выходящим патрубком к фильтру грубой очистки, входящими патрубками к колонным аппаратам и нутч-фильтру, насос-дозатор подсоединен к питающим патрубкам колонных аппаратов, приемная емкость подсоединена к выходящему патрубку колонных аппаратов и входящему патрубку загрузочного насоса, насос подсоединен к питающему патрубку реактора и питающим патрубкам колонных аппаратов, нутч-фильтр подсоединен к выходящему патрубку реактора и сливным патрубком к резервуару-накопителю.