Способ обработки сточных вод Российский патент 2021 года по МПК C02F3/00 C02F1/28 

Изобретение относится к области разделения гетерогенных сред, а именно суспензий, с выделением осадка в качестве целевого продукта и может быть использовано в угледобывающей, углехимической, горнорудной, пищевой, химической промышленности, при очистке сточных вод.

Известен (RU, патент 2719832, опубл. 23.04.2020) способ обработки кремнийсодержащих сточных вод. Способ включает следующие стадии: кремнийсодержащие сточные воды приводят в контакт с, по меньшей мере, одной кислотой или по меньшей мере одной щелочью, так что по меньшей мере часть элементов кремния в кремнийсодержащих сточных водах образует коллоид, с получением смеси, содержащей коллоид; смесь, содержащую коллоид, полученную ранее, подвергают разделению на твердую и жидкую фазы с образованием кремнийсодержащей твердой фазы и первой жидкой фазы; значение рН первой жидкой фазы доводят до 8 или более, и СО₃² и/или Са²⁺ вводят в первую жидкую фазу, так что, по меньшей мере, часть элементов металлов в первой жидкой фазе образует осадок; смесь, полученную ранее, подвергают разделению на твердую и жидкую фазы с образованием твердой фазы и второй жидкой фазы; по меньшей мере, часть второй жидкой фазы подвергают электродиализной обработке с образованием кислотного раствора, щелочного раствора и/или обессоленной воды, при этом указанный электродиализ представляет собой стандартный электродиализ и биполярный мембранный электродиализ в последовательном соединении.

Недостатком известного способа следует признать его узкую область применения.

Известен (RU, патент 2634022, опубл. 23.10.2017) способ очистки сточных вод от перхлората аммония, включающий пропускание загрязненной воды через адсорбер, выполненный в виде шести секций, 2-я и 3-я из которых заполнены ионообменной смолой марки КУ-1, причем 1-я секция заполнена активированным углем марки АГ-3, 4-я, 5-я и 6-я секции - ионообменной смолой марки АН-31, при этом очистку проводят при рН среды 6-7.

Недостатком известного способа следует признать его узкую область применения.

Известен (RU, патент 2515859, опубл. 20.05.2014) способ обработки заводских сточных вод, спускаемых с какого-либо химического завода, нефтеперерабатывающего завода и нефтехимического завода, содержащих органическое соединение, при этом данный способ включает: стадию предварительной обработки, на которой заводские сточные воды подают в бескислородный резервуар, в заводские сточные воды добавляют соединения, содержащие азот и фосфор, выполняют анаэробную биологическую обработку заводских сточных вод и выгружают обработанные таким образом заводские сточные воды как предварительно обработанную воду; стадию первичной обработки, на которой предварительно обработанную воду подают в резервуар анаэробной биологической очистки, выполняют анаэробную биологическую очистку предварительно обработанной воды, при этом органическое соединение разлагается на органические соединения с меньшими по размеру молекулами и газообразную смесь, содержащую метан и диоксид углерода, и выгружают обработанную таким образом воду как первично обработанную воду; стадию вторичной обработки, на которой первично обработанную воду подают в резервуар аэробной биологической очистки, выполняют аэробную биологическую очистку первично обработанной воды и выгружают обработанную таким образом воду через устройство разделения твердой и жидкой фаз как вторично обработанную воду; и стадию третичной обработки, на которой, по меньшей мере, часть вторично обработанной воды подают в сепаратор мембранного разделения способом обратного осмоса и разделяют часть вторично обработанной воды на проникающую через обратноосмотическую мембрану воду и концентрированный способом обратного осмоса рассол, где, по меньшей мере, часть концентрированного способом обратного осмоса рассола рециркулируют в бескислородный резервуар.

Недостатком известного способа следует признать его узкую область применения, а также сложность.

Известен (RU, патент 2482068, опубл. 20.05.2013) способ очистки воды. Согласно известному способу природный карбонат кальция с активированной поверхностью приводят в контакт с очищаемой водой, где природный карбонат кальция с активированной поверхностью является продуктом реакции природного карбоната кальция с кислотой и диоксидом углерода, образованным in situ при кислотной обработке и/или поступающим из внешнего источника, и природный карбонат кальция с активированной поверхностью, приготовлен в виде водной суспензии с рН больше 6,0, измеренным при 20°С, и к очищаемой воде добавляют полимерный флокулянт после добавления природного карбоната кальция с активированной поверхностью.

Недостатком известного способа следует признать его сложность.

Техническая проблема, решаемая с использованием разработанного способа, состоит в оптимизации процесса очистки муниципальных сточных вод.

Технический результат, достигаемый при реализации разработанного способа, состоит в повышении эффективности процесса очистки муниципальных сточных вод от загрязнений и повышения качества осадка, образующегося в процессе водоочистки, для его последующей обработки, утилизации и возможного дальнейшего применения в различных областях народного хозяйства.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанный способ обработки сточных вод. Разработанный способ включает взаимодействие очищаемых сточных вод с карбонатом щелочно-земельного металла, причем в сточные воды после стадии первичного отстаивания сточных вод вводят измельченный природный карбонат щелочно-земельного металла, затем проводят биологическую очистку и стадию вторичного отстаивания с получением осадка,

В предпочтительном варианте реализации разработанного способа измельченный до размера не свыше 20 мкм природный карбонат щелочно-земельного металла вводят в количестве 10-70 г/м³ сточных вод, причем обычно используют карбонат кальция, хотя можно использовать также карбонат магния.

Также в предпочтительном варианте реализации разработанного способа в полученный осадок дополнительно вводят измельченный оксид щелочно-земельного металла. Обычно используют оксид кальция.

Апробацию разработанного способа проводили в МУП "Водоканал" г. Подольска. МУП "Водоканал" предоставил для испытаний одну линию очистных сооружений (линия 3) состоящую из аэротенков и вторичных отстойников. Реагент - измельченный карбонат кальция применяли на этой линии в течение четырех недель путем внесения в трубопровод, ведущий от первичных отстойников в выделенный аэротенк биологической очистки. Три другие линии очистки и отстаивания (№№1, 2 и 4) функционировали в обычном режиме. Исходя из производительности линии водоочистки около 26 тыс.м³/сутки и рекомендуемой дозы применения реагента 50 г/м³, всего 37 тонн реагента было внесено с периодичностью по 2 тонны в каждый рабочий день. Выгрузку производили непосредственно из биг-бега в открытое отверстие трубопровода со скоростью около 1 тонны за 30 минут.

Согласно установленному расписанию, персонал Водоканала проводил регулярный мониторинг и анализ состояния воды и активного ила (включая отбор проб и проведение анализов) в выделенной линии водоочистки и в линиях, не используемых для испытаний.

Значения рН в сточных водах во время испытания были нейтральные, около 7-7.5, что исключало проявление буферного эффекта. Соответственно, наблюдалась стабильно высокая щелочность вод на всех линиях водоочистки. Таким образом, степень растворения продукта ожидаемо оказалась довольно низкой - около 10% реагента было растворено. Это подтверждается данными результатов анализов на растворенный кальций (использовали пламенный фотометр JENWAY), которые свидетельствуют о том, что концентрация Са²⁺ в сточных водах отстойников увеличилась на 5-10 мг/л по сравнению с концентрацией в воде на входе в очистные сооружения.

Стоит отметить, что незначительное понижение концентрации кальция в воде отстойников 3-й и 4-й линий в течение периода испытаний может быть связано с повышением температуры воды с 18 до 21°С ведущим к снижению растворимости карбоната кальция.

Немаловажно также, что водоснабжение города Подольска происходит из известнякового водоносного горизонта, поэтому, вероятно, сточные воды также близки к насыщению по отношению к карбонату кальция.

Наиболее существенные улучшения были отмечены в физических качествах очищаемой воды и активного ила.

Так количество взвешенных веществ в отстойниках линии 3 значительно уменьшилось с 18 мг/л до 6 мг/л уже после первой недели испытаний и далее поддерживалось ниже предельно-допустимых норм (12 мг/л) в отличие от линий, в которых не использовался карбонат кальция.

Иловый индекс в аэротенке экспериментальной линии 3 значительно снизился при применении реагента карбонат кальция с обычных 200-250 мл/г до 119 мл/г. Также уменьшился иловый индекс и других, необработанных реагентом линий, поскольку, в итоге продукт поступил во взвеси с водой, возвращенной из процесса обезвоживания осадка. Таким образом, иловый индекс в линии 3 был, по меньшей мере, на 26% ниже, чем в необработанных линиях, как и предполагалось целью эксперимента.

Зольность ила в аэротенке линии 3 заметно выросла по сравнению с другими линиями в течение испытательного периода. Этот эффект был вполне ожидаемым, хотя и более высокие значения могли предполагаться при столь незначительном количестве растворенного карбоната кальция (около 10%).

Дополнительно, можно отметить, что добавление реагента - измельченного карбоната кальция позволило остановить биофлотацию - образование шубки плотной пены на поверхности аноксидной зоны аэротенка связанной с прикреплением легких взвесей ила к всплывающим пузырькам газа. Так в линии 3, обработанной реагентом, наблюдалась только легкая пенка, в отличие от соседних аэротенков покрытых шубкой ила в результате биофлотации, сопутствующей процессу денитрификации. По этому визуальному эффекту можно судить о заметном улучшении нормализации процессов биологической очистки в аэротенке с опытным реагентом.

Испытание по использованию реагента - и змельченого арбоната кальция в очистке коммунальных сточных вод прошло стабильно, и никаких побочных и нежелательных эффектов не было замечено.

Невысокие содержания аммонийного азота в сточных водах, высокая щелочность и около нейтральные значения рН воды обусловили малое растворение продукта. Тем не менее, выявлено что применение измельченного карбоната кальция способствовало улучшению процесса биологической очистки в аэротенке за счет подавления биофлотации ила. Продукт может способствовать нормализации работы аэротенка особенно в зимний период, когда процесс нитрификации менее эффективен, а также весной и осенью, при высоких гидравлических нагрузках и риске перелива шубки плотной пены.

Основной эффект наблюдался в процессе осаждения хлопьев ила во вторичных отстойниках. Понижение илового индекса в аэротенке способствовало снижению выноса взвешенных веществ на выходе из вторичных отстойников в часы максимального притока. Утяжеление ила во вторичном отстойнике приводит к снижению мутности и количества взвесей, ускоренному осаждению, более эффективному удалению и, в результате, удержанию необходимой дозы активного ила в аэротенках, что в свою очередь, приводит к повышению надежности работы биологического блока в стрессовые периоды высокой гидравлической нагрузки. Это также приведет к снижению БПК за счет дозы активного ила, и следовательно, снижению платы за негативное воздействие недоочищенных стоков. Экономия возможна на использовании флокулянта, что может быть видно из заметного снижения влажности забираемого осадка вторичных отстойников на стадии обезвоживания при илоуплотнении. Качество перемешивания и осаждения смеси ила с осадком тоже улучшается, так как предотвращается образование водяных линз в илоуплотнителях. Влажность осадка снизилась до 96-97%, что привело к минимизации количества взвешенных веществ в возвращаемой воде. Дополнительно, при более плотном осадке, повышается эффективность его удаления скребками из отстойников.

Изобретение относится к области разделения гетерогенных сред, а именно суспензий, с выделением осадка в качестве целевого продукта и может быть использовано в угледобывающей, углехимической, горнорудной, пищевой, химической промышленности, при очистке сточных вод. В сточные воды после стадии первичного отстаивания вводят измельченный до размера не свыше 20 мкм природный карбонат кальция в количестве 10-70 г/м³. Затем проводят биологическую очистку и вторичное отстаивание с получением осадка. Способ обеспечивает повышении эффективности процесса очистки муниципальных сточных вод от загрязнений и повышение качества осадка, образующегося в процессе водоочистки, для его последующей обработки, утилизации и возможного дальнейшего применения в различных областях народного хозяйства. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ обработки сточных вод, включающий их взаимодействие с карбонатом кальция, последующую биологическую очистку сточных вод, первичное и вторичное отстаивание, отличающийся тем, что после стадии первичного отстаивания в сточные воды вводят измельченный до размера не свыше 20 мкм природный карбонат кальция в количестве 10-70 г/м³, затем проводят биологическую очистку и вторичное отстаивание с получением осадка.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в полученный осадок дополнительно вводят измельченный оксид кальция.