Установка для очистки сточных, дренажных и надшламовых вод промышленных объектов и объектов размещения отходов производства и потребления Российский патент 2020 года по МПК C02F1/00 C02F1/44 C02F1/465 C02F1/52 C02F1/78 C02F9/04 C02F9/08 

Установка для очистки сточных, дренажных и надшламовых вод промышленных объектов и объектов размещения отходов производства и потребления

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано для очистки сточных, дренажных и надшламовых вод с повышенным солесодержанием, содержащих сложные трудноокисляемые органические примеси до нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе водных объектов особо охраняемых природных территорий (ООПТ). Изобретение относится к многостадийным физико-химическим методам реагентной очистки загрязненных промышленных стоков. Установка может применяться на промышленных объектах и объектах размещения отходов производства и потребления для очистки сточных, в том числе технологических, дренажных и надшламовых сточных вод до требуемых нормативов перед сбросом в водные объекты рыбохозяйственного значения, в том числе водных объектов охраняемых природных территорий или в системах оборотного водоснабжения предприятий.

Известна установка очистки и обеззараживания воды из природных сильно загрязненных источников (RU 2 652 705 C1, опуб. 28.04.2018), содержащая фильтр предварительной грубой механической очистки с последующей подачей на контактную ёмкость озонирования. Объём контактной ёмкости рассчитан таким образом, чтобы время контакта воды с озоном был не менее 20 минут. Обработанная озоном вода далее поступает на ультрафильтрационный модуль, после которого или вся очищаемая вода, или только часть очищаемой воды поступает на обратноосмотические мембраны, в зависимости от требуемой степени обессоливания. Гидравлический КПД установки с учетом обратноосмотического модуля составляет порядка 60 %. Пермеат (очищенная вода) поступает в накопительный резервуар и далее на нужды потребителя, а концентрат после обратноосмотических мембран в накопительный бак, из которого предусмотрена частичная циркуляция через обратноосмотический модуль, или образующийся концентрат поступает на слив. В целом установка достаточно проста и экономична в эксплуатации, позволяет получать воду питьевого назначения, но вместе тем имеет ряд недостатков:

1) в установке отсутствует обработка воды химическими реагентами, что в целом снижает глубину и степень очистки;

2) в установке применен одноступенчатый контактный реактор, что недостаточно для вод со сложным химическим составом загрязнений из-за разницы в скорости окисления компонентов;

3) в установке применено одноступенчатое обратноосмотическое обессоливание воды как по пермеату, так и по концентрату, что в целом снижает общий гидравлический КПД;

4) установка предназначена для очистки сильно загрязненных, но природных вод и неприменима для промышленных стоков сложного химического состава;

Известна установка для осуществления способа очистки сточных вод с получением очищенной воды и обеззараженных отходов (RU 2 701 827 С1, опуб. 01.10.2019), который позволяет очистить сточные воды до нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения. Очистка сточных вод с получением очищенной воды и обеззараженных отходов включает очистку сточных вод посредством блочно-модульного комплекса, в котором осуществляют предварительную механическую очистку сточных вод от крупных твердых включений, с последующей биологической очисткой и насыщением воды кислородом воздуха и доочисткой. Доочистка воды происходит в модуле адсорбции и химического окисления или декарбонизации, в котором растворенные и взвешенные в воде органические вещества окисляют озоном, а окончательную доочистку воды до нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения осуществляют на установке обратного осмоса. Образующиеся в процессе очистки ил и осадки направляются в модуль биологической очистки на повторную переработку, а затем выпавшие в осадок отходы перекачиваются в модуль механической очистки, где их обезвоживают, обеззараживают и брикетируют. В целом установка обеспечивает стабильное качество очистки в непрерывном режиме, но вместе с тем имеет ряд недостатков:

1) наличие модуля биологической очистки значительно сокращает область значений БПК до допустимой нагрузки на активный ил, как правило не более 240 мг БПК/(г ила-сутки);

2) ограничению в очищаемой воде также подлежит общее солесодержание до 2000 мг/дм³;

3) очищаемая вода не должна содержать минеральных или органических токсичных соединений;

4) установка предназначена для очистки только хозяйственно-бытовых либо приравненным к ним по качеству промышленных сточных вод.

Наиболее близкой к предложенной является установка для осуществления способа очистки дренажных вод полигонов твердых бытовых отходов (RU 2 589 139 C2, опуб. 10.07.2016), который может быть использован для очистки концентрированных сточных вод с трудноокисляемыми органическими примесями и токсичными соединениями. Установка включает последовательно соединенные приемную емкость, насос, самопромывной фильтр механической очистки, электрофлотодеструкторы первой и второй ступени, емкость, насос, отстойник, перед которым в воду подается коагулянт раствор щёлочи и флокулянт. Нижняя часть остойника соединена с осадкоуплотнителем, который соединен с установкой вакуумного обезвоживания. Верхняя часть отстойника соединена с емкостью, с которой последовательно соединены насос, половолоконный ультрафильтрационный модуль, емкость, насос и обратноосмотический мембранный модуль первой ступени, перед которым в воду подается дехлорирующий агент, раствор для корректировки рН и ингибитор осадкообразования на мембране, далее насадочная колонна, после которой в пермеат добавляют сульфат-ионы, обратноосмотический модуль второй ступени 32, после которого в воду добавляют раствор щёлочи, два ионообменных фильтра для удаления сульфид-ионов и следов аммония и ультрафиолетовый стерилизатор. Способ очистки дренажных вод полигонов на этой установке включает следующие стадии: двухступенчатая электрохимическая очистка с выделением на аноде активного хлора и гидроксильных радикалов, отстаивание, ультрафильтрация, двухступенчатое по пермеату обратноосмотическое разделение, обработка воды ионообменными смолами и ультрафиолетовая стерилизация. Изобретение позволяет очищать дренажные воды полигонов твёрдых бытовых отходов со сложным составом органических включений до требований ПДК для воды рыбохозяйственных водоемов, однако не лишен недостатков:

1) высокие энергозатраты на стадии электрохимической очистки;

2) повышенное образование промывочных вод на стадии ионообмена, и как следствие невысокий гидравлический КПД;

3) отсутствует стадии снижения объёма образующегося концентрата.

Тем не менее, по своему назначению и наличию сходных признаков данная установка принята в качестве прототипа.

Технической проблемой, решаемой предложенным изобретением, является повышение степени очистки сточных, дренажных и надшламовых вод промышленных объектов и объектов размещения отходов производства и потребления, повышение общего гидравлического КПД и снижение общего объёма утилизируемого концентрата.

Техническая проблема решается установкой для очистки загрязненных промышленных вод, содержащей последовательно установленные приемную ёмкость-накопитель, устройство для очистки воды от механических примесей, электрофлотатор, блок ультрафильтрации, блок обессоливания, включающий обратноосмотический модуль первой ступени и обратноосмотический модуль второй ступени по пермеату, и фильтр очистки от ионов аммония, а также устройства подачи химических реагентов, в которой, согласно изобретению, между устройством для очистки воды от механических примесей и электрофлотатором установлен трубчатый коагулятор, а между электрофлотатором и блоком ультрафильтрации установлен блок озонирования, включающий две последовательно установленные лабиринтные колонны и генератор озона.

Технический результат изобретения, заключающийся в повышении степени очистки загрязненных вод, достигается за счет осуществления двухступенчатого озонирования очищаемой воды с увеличенной площадью взаимодействия с озоном в лабиринтных колоннах.

Дополнительно степень очистки повышается за счет использования засыпного фильтра с цеолитом в качестве фильтра очистки от ионов аммония. Использование засыпного фильтра с цеолитом вместо ионообменного фильтра позволяет также снизить образование промывочных вод и повысить общий гидравлический КПД.

Для снижения объема образующегося утилизируемого концентрата блок обессоливания дополнительно включает обратноосмотический модуль второй ступени по концентрату, установленный между выходом обратноосмотического модуля первой ступени и его входом.

Кроме того, для повышения степени первичной очистки воды от механических примесей устройство для очистки воды от механических примесей представляет собой гидроциклон.

Кроме того, между блоком озонирования и блоком ультрафильтрации установлен первый фильтр механической очистки, а перед блоком обессоливания последовательно установлены угольный фильтр и второй фильтр механической очистки.

Для снижения содержания воды в шламе выходы устройства для очистки воды от механических примесей и электрофлотатора для шлама и выход блока ультрафильтрации для промывных вод подсоединены к отстойнику, выход которого для воды соединен с приемной емкостью-накопителем.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 показана технологическая схема предложенной установки для очистки загрязненных вод.

На фиг. 2 – схема лабиринтных колонн блока озонирования.

Установка для очистки сточных, дренажных и надшламовых вод объектов и объектов размещения отходов производства и потребления (фиг.1) содержит последовательно соединенный приемную ёмкость-накопитель 1, центробежный насос 2, устройство первичной очистки воды от механических примесей, которое представляет собой гидроциклон 3, трубчатый коагулятор 8. К трубопроводу перед трубчатым коагулятором посредством насосов-дозаторов 4 и 6 подсоединены ёмкость 5 с раствором коагулянта и ёмкость 7 раствора гидроксида натрия для выравнивания рН соответственно. Трубчатый коагулятор 8 соединен с электрофлотатором 14 посредством трубопровода, к которому посредством насоса-дозатора 9 подсоединена ёмкость 10 с раствором флокулянта. Электрофлотатор 14 соединен с источником 16 постоянного тока (ИПТ). Выход электрофлотатора 14 посредством центробежного насоса 16 соединен с входом блока озонирования, который включает две последовательно установленные лабиринтные колонны 17, 18 озонирования (фиг. 1, 2). К каждой колонне 17 (18) подсоединен циркуляционный контур, включающий циркуляционный насос 19 (21) и эжектор 20 (22). Генератор озона 46 подсоединен к всасывающему патрубку эжектора 22 второй по потоку воды колонны 18, которая свой верхней частью подсоединена к всасывающему патрубку эжектора 20 первой колонны 17.

Лабиринтные колонны 17, 18 озонирования могут быть прямоточными или противоточными. На данной схеме (фиг. 1, 2) первая по потоку воды колонна 17 является противоточной, а вторая колонна 18 – прямоточной. Каждая лабиринтная колонна 17, 18 (фиг. 2) включает вертикальный корпус 46, внутри которого расположены горизонтальные лабиринтные перегородки 47 и барбатёр 48, выходные отверстия которого для выхода озоно-кислородной смеси расположены в нижней части корпуса 46. В корпусе 46 образован переливной сборный карман 49 для обработанной воды, которая поступает далее на ультрафильтрацию. В первой по потоку колонне 17 вода выводится из нижней части корпуса 46 и вводится в нижнюю часть корпуса 46 второй колонны 18.

Выход второй колонны 18 озонирования посредством центробежного насоса 23 (фиг. 1) через первый контрольный картриджный фильтр 24 механической очистки соединен с блоком 25 ультрафильтрации, который включает один или несколько ультрафильтрационных модулей мембранной очистки воды. С выходом блока 25 ультрафильтрации последовательно соединены промежуточная емкость 26, центробежный насос 27, угольный фильтр 28, второй контрольный картриджный фильтр 35 механической очистки, насос 36 высокого давления, блок обессоливания, промежуточную емкость 42, центробежный насос 3 и фильтр очистки от ионов аммония, который представляет собой засыпной фильтр 44 с цеолитом.

Выходы гидроциклона 3 и электрофлотатора 14 для шлама и выход блока 25 ультрафильтрации для промывных вод подсоединены через промежуточную емкость 11 и шламовый насос 12 к тонкослойному ламельному проточному отстойнику 13, выход которого для воды соединен с приемной емкостью-накопителем 1.

К трубопроводу между угольным фильтром 28 и фильтром 35 механической очистки посредством насосов-дозаторов 29, 31 и 33 подсоединены емкости 30, 32 и 34 с антискалантом, раствором серной кислоты и бисульфитом натрия соответственно.

Блок обессоливания включает последовательно соединенные посредством насоса высокого давления 38 обратноосмотический модуль 37 первой ступени и обратноосмотический модуль 39 второй ступени по пермеату, а также обратноосмотический модуль 41 второй ступени по концентрату. При этом выход обратноосмотического модуля 37 первой ступени для концентрата соединен посредством насоса 40 высокого давления с входом обратноосмотического модуля 41 второй ступени по концентрату, выход которого соединен с входом насоса 36 высокого давления.

Установка очистки загрязненных вод работает следующим образом.

Сточные, дренажные или надшламовые воды промышленных объектов и объектов размещения отходов производства и потребления подаются в приёмную ёмкость-накопитель 1, далее насосом 2 на первичную очистку в гидроциклон 3. Гидроциклон 3 позволяет очистить воду от механических примесей размером до 10 мкм. Из обрабатываемого потока воды под действием центробежных сил более тяжелые механические примеси движутся к нижней части конуса аппарата и в виде шлама в объёме не более 10% от основного потока отводятся в промежуточную ёмкость 11 и далее насосом 12 в тонкослойный ламельный проточный отстойник 13, разделение воды и осадка организовано по противоточной схеме. Осветленная вода поступает обратно в приёмную ёмкость-накопитель 1, а уплотненный шлам на утилизацию. После первичной очистки на гидроциклоне 3 в поток очищаемой воды вводится раствор коагулянта насосом-дозатором 4 из ёмкости 5 и для выравнивания рН раствор гидроксида натрия насосом-дозатором 6 из ёмкости 7. Для увеличения времени контакта обрабатываемая вода проходит через трубчатый коагулятор 8, после которого для интенсификации процесса очистки в поток воды дозируется флокулянт насосом-дозатором 9 из ёмкости 10.

Далее поток очищаемой воды направляется на электрофлотатор 14 для извлечения тяжелых металлов, снижения ХПК (химическое потребление кислорода), БПК (биохимическое потребление кислорода) и количества взвешенных частиц. Очищаемая вода поступает в нижнюю часть электрофлотатора 14, после заполнения установки жидкостью включают источник постоянного тока 15 и подают напряжение на электроды. В результате электролиза воды на поверхности электродов идёт выделение газовых пузырьков, которые, поднимаясь вверх, взаимодействуют с дисперсными частицами загрязнений с образованием флотокомплексов «частица-пузырьки газа». Плотность образующихся флотокомплексов меньше плотности воды, что обуславливает их подъём на поверхность воды и образование пенного слоя - флотошлама. Флотошлам периодически удаляется с поверхности воды скребковым транспортером. Удаление флотошлама происходит в объёме 2% от входящего в электрофлотатор 14 потока в промежуточную ёмкость 11 и далее насосом 12 в тонкослойный ламельный проточный отстойник 13, разделение воды и осадка организовано по противоточной схеме. Осветленная вода поступает обратно в приёмную ёмкость-накопитель 1, а уплотненный шлам на утилизацию.

Далее очищаемая вода подвергается двойному озонированию в установленных последовательно двух лабиринтных колоннах 17, 18. Озоно-кислородная смесь синтезируется из концентрированного кислорода и поступает от генератора озона 45 в эжектор 22 второй колонны 18, где смешивается с потоком очищаемой воды. Непрореагировавший во второй колонне 18 озон подается в эжектор 20 первой колонны 17, где смешивается со «свежей» порцией очищаемой воды. Для достижения необходимого перемешивания потока с озоно-кислородной смесью очищаемая вода в режиме циркуляции подается на эжектор 20 посредством насоса 19 на эжектор 22 посредством насоса 21. Отработанная озоно-кислородная смесь (воздушная смесь) поступает на деструктор (условно не показан) и далее в атмосферу. Из лабиринтных колонн 17, 18 очищаемая вода насосом 23 отводится на контрольный картриджный фильтр 24 механической очистки, который применяется для очистки потока жидкости от нерастворимых механических примесей перед блоком 25 ультрафильтрации. Удаление дренажа происходит в объеме 0,5 % от входящего потока на фильтр 24 в отстойник 13 через промежуточную ёмкость 11.

Для гарантированного удаления из потока очищаемой воды органических примесей и мелких частиц применяются ультрафильтрационные модули блока 25 ультрафильтрации. Ультрафильтрационные мембраны работают по принципу «изнутри-наружу», это означает, что подаваемый поток воды в режиме фильтрации течет изнутри капилляров наружу, а в режиме промывки обратной струей вода течет в обратном направлении, то есть снаружи внутрь капилляров. Модули работают в тангенциальном режиме для предотвращения чрезмерного роста отложений на поверхности мембраны. Высокие скорости тангенциального потока создают турбулентности в канале подачи воды, обеспечивая высокую эффективность очистки поверхности от накопленных загрязнений, что особенно эффективно для воды с высоким содержанием нерастворимых взвесей. Для поддержания высокой скорости потока часть образующегося концентрата возвращается на подачу в модули ультрафильтрации (рециркуляция) и смешивается с основным потоком очищаемой воды. Оставшийся концентрат в объеме 20% от входящего потока на ультрафильтрационные модули отводится в отстойник 13 через промежуточную ёмкость 11. Для поддержания производительности ультрафильтрационные модули в процессе работы подвергаются коротким импульсным промывкам с чередованием кислотных и щелочных фаз. Промывные воды с блока 25 ультрафильтрации направляются в отстойник 13. Очищенная от основных загрязнений вода собирается в промежуточной ёмкости 26, откуда насосом 27 подается на угольный фильтр 28 для удаления летучих фенолов и возможных остатков нефтепродуктов. Далее очищаемая вода через контрольный картриджный фильтр 35 механической очистки насосом 36 подается в блок обессоливания на обратноосмотический модуль 37 первой ступени. Перед поступлением на обратноосмотические мембраны в поток очищаемой воды насосами-дозаторами 29, 31, 33 дозируется антискалант, раствор серной кислоты и бисульфит натрия (антиоксидант). Растворы химических реагентов приготавливаются в емкостях 30, 32, 34. На обратноосмотических мембранах очищаемая вода разделяется на два потока: пермеат – обессоленная чистая вода и концентрат – вода содержащая растворенные соли. Разделение на пермеат и концентрат на обратноосмотическом модуле 37 первой ступени производится в соотношении 75/25 в процентном отношении от входящего потока. Пермеат первой ступени подается насосом 38 на обратноосмотический модуль 39 второй ступени по пермеату, где разделяется на пермеат второй ступени и концентрат второй ступени в соотношении 80/20 в процентном отношении. Концентрат первой ступени, образующийся на обратноосмотическом модуле 37, для увеличения степени извлечения пермеата, подается насосом 40 на обратноосмотический модуль 41, где повторно разделяется на пермеат и концентрат в соотношении 60/40. Пермеат из обратноосмотического модуля 41 поступает на вход насоса 36, а концентрат на утилизацию. Концентрат второй ступени, образующийся на мембранах обратноосмотического модуля 39, частично подается на вход насоса 38 и частично на вход насоса 36. Пермеат после второй ступени обратноосмотической очистки поступает в промежуточную ёмкость 42, откуда насосом 43 подается на завершающую ступень очистки – очистку от ионов аммония. Очистка от ионов аммония осуществляется в засыпном фильтре 44. Наполнителем для фильтра является природный цеолит – клиноптилолит. Суммарный гидравлический КПД очистки по предложенной схеме составляет не менее 85 % от поступающей на очистку загрязненной воды.

Далее пермеат, соответствующий требованиям к воде объектов рыбохозяйственного назначения, поступает в открытые водные объекты.

Изобретение описывает установку для очистки загрязненных промышленных вод, которая содержит последовательно установленные приемную ёмкость-накопитель, устройство для очистки воды от механических примесей, электрофлотатор, блок ультрафильтрации, блок обессоливания, включающий обратноосмотический модуль первой ступени и обратноосмотический модуль второй ступени по пермеату, и фильтр очистки от ионов аммония, а также устройства подачи химических реагентов, при этом между устройством для очистки от механических примесей и электрофлотатором установлен трубчатый коагулятор, а между электрофлотатором и блоком ультрафильтрации установлен блок озонирования, включающий две последовательно установленные лабиринтные колонны и генератор озона. Технический результат заключается в повышении общего гидравлического КПД, повышении степени очистки загрязненных вод и снижении общего объема утилизируемого концентрата. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Установка для очистки загрязненных промышленных вод, содержащая последовательно установленные приемную ёмкость-накопитель, устройство для очистки воды от механических примесей, электрофлотатор, блок ультрафильтрации, блок обессоливания, включающий обратноосмотический модуль первой ступени и обратноосмотический модуль второй ступени по пермеату, и фильтр очистки от ионов аммония, а также устройства подачи химических реагентов, отличающаяся тем, что между устройством для очистки воды от механических примесей и электрофлотатором установлен трубчатый коагулятор, а между электрофлотатором и блоком ультрафильтрации установлен блок озонирования, включающий две последовательно установленные лабиринтные колонны и генератор озона.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что фильтр очистки от ионов аммония представляет собой засыпной фильтр с цеолитом.

3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что блок обессоливания дополнительно включает обратноосмотический модуль второй ступени по концентрату, установленный между выходом обратноосмотического модуля первой ступени и его входом.

4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что устройство для очистки воды от механических примесей представляет собой гидроциклон.

5. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что между блоком озонирования и блоком ульрафильтрации установлен первый фильтр механической очистки, а перед блоком обессоливания последовательно установлены угольный фильтр и второй фильтр механической очистки.

6. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что выходы устройства для очистки воды от механических примесей и электрофлотатора для шлама и выход блока ультрафильтрации для промывных вод подсоединены к отстойнику, выход которого для воды соединен с приемной емкостью-накопителем.