СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ И ПЛАСТОВЫХ ВОД Российский патент 2024 года по МПК C02F9/00 

Изобретение относится к способу очистки и обеззараживания сточных и пластовых вод от широкого спектра загрязнений с целью снижения класса опасности.

Известен способ обеззараживания и очистки жидких сред (патент RU 2585635, МПКC02F9/12, C02F1/34, опубл. 27.05.2016 г. ). Способ включает кавитационную обработку водной среды струйной кавитацией с эжектированием в кавитатор воздуха или кислородно-воздушной смеси, последующую обработку среды в гидродинамическом реакторе с вращающимся магнитным полем и ферромагнитными элементами в виде игл, отстаивание обработанной водной среды и отделение шлама.

Известен способ очистки сточной воды с использованием реактора вихревого электромагнитного слоя (патент RU 2687919, МПКC02F9/00). Способ включает ввод флокулянтов или коагулянтов. В способе нейтрализацию проводят в рабочей зоне аппарата с вращающимся электромагнитным полем с последующим отстаиванием и фильтрованием продуктов нейтрализации. Промышленные сточные воды обрабатывают в последовательно соединенных аппаратах со встречно направленным вращающимся электромагнитным полем. Флокулянты или коагулянты добавляют в промышленные сточные воды после их выхода из аппаратов с вращающимся электрическим полем.

Известен способ магнитно-реагентной очистки сточных вод (патент RU 2708607, МПКC02F1/48, C02F1/52, опубл. 09.12.2019 г.). Способ включает проведение магнитной обработки с помощью импульсного магнитного поля частотой 10-30 Гц, направленного вдоль потока обрабатываемой сточной воды, совместно с вводом реагентов.

Известен способ очистки сточных вод от органических примесей (патент RU2006483, МПКC02F1/58). В способе очистки, включающем обработку стоков магнитным полем в слое ферромагнитных частиц, пропускают сточную воду через магнитное поле с объемной скоростью 15-25 м³/ч при одновременном введении в поток смеси перекиси водорода с сернокислым алюминием, взятых при соотношении 15÷20/1, причем в сточную воду смесь добавляют в количестве 0,03 - 0,05 г/л.

Наиболее близким к заявляемому является способ очистки коммунальных стоков (патент RU 2662529, МПКC02F9/12, C02F1/78,опубл. 26.07.2018 г. ). Коммунальные стоки очищают от неспецифических включений в устройстве в виде сит, гомогенизируют и ощелачивают известковым молочком из расчета 0,1-1,0 г/дм³ до получения суспензии с рН 10,5-11,5. Суспензию дополнительно подвергают обработке комплексом энергетических воздействий - кавитацией, магнитострикцией и ультразвуком. Полученную суспензию обрабатывают озоном для дополнительного окисления и образования водонерастворимых солей с последующим их осаждением. Суспензию насыщают углекислым газом до получения рН, соответствующего нормам ПДК. Разделение фракций осуществляют гравитационно в тонкопленочном фильтре с получением густого осадка и воды. Воду дополнительно очищают в фильтрах тонкой доочистки.

Недостатком упомянутых способов обработки является то, что они не обеспечивают высокой производительности и эффективности очистки и не понижают класс опасности.

Техническая проблема заключается в устранении недостатков аналогов и создании эффективного способа очистки сточных и пластовых вод от широкого спектра загрязнений и снижении экологической нагрузки.

Технический результат заключается в повышении скорости очистки и обеззараживания жидких сред и увеличении эффективности за счет обеспечения ускорения окислительных реакций в аппарате вихревого слоя.

Техническая проблема изобретения решается тем, что в способе очистки сточных и пластовых вод, включающем очистку вод от неспецифических включений, гомогенизацию, ощелачивание, обработку кавитацией, вращающимся магнитным полем с ферромагнитными элементами до получения суспензии, озонирование, фильтрацию и разделение фракций, согласно решению, сточные и пластовые воды ощелачивают раствором гидрооксида кальция Ca(OH)₂ 5% раствор 500 мл на 1 м³ до получения суспензии, далее воду подают на сепаратор, для отделения твердых бытовых отходов, с последующим их удалением, затем осуществляют кавитационную обработку сточных вод в аппарате с вихревым слоем ферромагнитных элементов, затем воду подают на флотаторную установку, где осуществляют очистку воды до 85-95%, затем подают озон в окислительную емкость, далее вода поступает на напорный фильтр с сорбентом и напорный фильтр с угольной засыпкой для осветления очищенной сточной воды, после чего осуществляют фильтрацию и ультрафиолетовую обработку сточных вод, обеззараженную воду подвергают биологическому методу очистки путём слива в контактный водоём.

Удаление флотопены с поверхности воды осуществляют высокопрочным скребковым механизмом с электроприводом.

Ультрафиолетовую обработку сточных и пластовых вод проводят при помощи бактерицидной лампы с излучением в диапазоне длин волн 200-400 нм.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная гидравлическая схема станции очистки сточных и пластовых вод.

Позициями на чертеже обозначено:

1 - усреднительная емкость с гомогенизацией;

2 - измельчитель;

3 - дозатор;

4 - сепаратор;

5 - аппарат вихревого слоя;

6 - флотаторная установка;

7 - озонатор;

8 - фильтр механической очистки;

9 - сорбционный фильтр;

10 - установка УФ-обеззараживания.

Способ реализуется следующим образом.

Хозбытовые сточные воды, загрязненные веществами минерального, органического биологического и бактериологического происхождения, сливают в резервуар (ёмкость). Наибольшую опасность с санитарной точки зрения представляют органические загрязнения, так как при гниении они выделяют ядовитые газы (сероводород, аммиак, углекислый газ) и зарождаются микробы, вызывающие смертоносные заболевания. В ёмкости 1 для предотвращения заиливания расположен миксер - гомогенизатор. Из ёмкости 1 погружным насосом с измельчающим механизмом стоки подают на водоочистную станцию. Непосредственно в самой станции хозбытовые сточные воды подают на измельчитель 2 300 мкм, применяемый для механической переработки твердых включений и гомогенизации воды для непрерывной работы станции. Затем в стоки дозируют раствор гидрооксида кальция Ca(OH)₂ 5% раствор 500мл на 1 м³. Затем стоки поступают на сепаратор 4 для отделения твердых бытовых отходов и последующего их удаления в специальную ёмкость. После чего сточные воды поступают в аппарат с вихревым слоем 5 ферромагнитных элементов (АВС), предназначенный для интенсификации процессов окислительно-восстановительных реакций. Эффект интенсификации технологических процессов и химических реакций достигается за счет интенсивного перемешивания и диспергирования компонентов, которые обрабатываются, акустической и электромагнитной обработкой, высокого локального давления, электролиза. Применение аппарата с вихревым слоем 5 ферромагнитных частиц позволяет ускорить протекание реакций, сократить расход реагентов и электроэнергии. После дозирования гидрооксида кальция Ca(OH)₂ (известкового раствора), ускорение процессов окислительно-восстановительных реакций в установке достигает до 10 раз. Далее очищенная сточная вода поступает на флотаторную установку 6, основанную на физико-химическом процессе. Для исключения из стоков тонкоэмульгированных нефтепродуктов, жировых эмульсий, анионных поверхностно-активных веществ (АПАВ), а также части растворенных в воде органосоединений применяется напорная флотация с применением 10% раствора коагулянта 900 мл на 1 м³ и 1% раствора коагулянта 1000 мл на 1 м³. Процесс основан на молекулярном налипании взвешенных частиц к пузырькам воздуха и концентрации их на поверхности раздела фаз. Степень очистки достигает 85-95%. Удаление флотопены с поверхности воды проводится высокопрочным скребковым механизмом с электроприводом в приемный лоток, из которого флотошлам отводится самотёком в накопительную емкость и насосом подается на мешочный фильтр для отделения концентрированных взвешенных частиц. Далее сточная вода поступает в накопительную емкость, в которой происходит химический метод очистки воды путем ее окисления. Окисление применяют для обезвреживания от токсичных примесей - цианидов, комплексов меди и цинка, сульфидов и сероводорода. В озонаторной установке окислителем выступает непосредственно озон, так как является самым эффективным для данного метода очистки. Озонатор - аппарат, включающий в себя генератор озона и соединенный с ним источник электропитания. В озонаторе 7 имеется диэлектрический слой - барьер, который стабилизирует разрядный ток и придает разряду равномерный характер. Наличие диэлектрического барьера обуславливает питание озонатора переменным электрическим током. Электродами низкого напряжения являются цилиндры из нержавеющей стали, омываемые охлаждающей водой. Внутри каждого металлического цилиндра находится стеклянная трубка меньшего диаметра, на поверхность которой нанесен проводящий слой. При продувании воздуха или кислорода через разрядный промежуток, образованный металлическим электродом и диэлектриком, и при подаче к электродам переменного тока высокого напряжения возникает разряд и образуется озон. После чего из ёмкости с химической очисткой при помощи насоса стоки подаются на засыпной фильтр механической очистки 8 и засыпной фильтр с угольной засыпкой для осветления, сорбционный фильтр 9. Фильтрующий гранулированный порошок эффективно удаляет взвешенные частицы размером более 20-40 мкм. Активированный уголь в гранулах - абсорбирующий материал природного происхождения. Удаляет свободный хлор и хлорорганические соединения, улучшает органолептические свойства. После фильтрации сточные воды подвергаются ультрафиолетовой обработке для обеззараживания (дезактивации) болезнетворных микроорганизмов в установке УФ-обеззараживания 10. Обеззараживание ультрафиолетом происходит при помощи бактерицидного излучения (длина волны 200-400 нм), которое, проникая в структуру ДНК бактерии, разрушает ее способность к делению и размножению. Далее, обеззараженные стоки подвергают биологическому методу очистки путём слива в контактный водоём.

Таким образом, поступающие из резервуара хозбытовые сточные воды очищаются от веществ минерального, органического биологического и бактериологического происхождения до показателей, не превышающих установленных нормативов.

Работа станции очистки воды осуществляется в автоматическом режиме в соответствии с заданными параметрами по каждому элементу. Необходимо контролировать наличие расходных материалов.

В таблице 1 приведены результаты лабораторного исследования показателей сточной воды на трех технологических этапах работы станции. На первом этапе произведен забор образца из усреднительной емкости с гомогенизацией (поз. 1 чертежа). Второй этап отбор промежуточного результата после прохождения аппарата вихревого слоя (поз. 5 чертежа). Третий этап отбор очищенной воды на выходе со станции.

Таблица 1 Показатели Исходная сточная вода Кран после аппарата вихревого слоя Очищенный сток АПАВ мг/дм³ 0,78 0,57 0,02 БПК5 мгО2/ дм³ Более 1000 372 168 рН 7,9 7,6 7,3 Взвешенные вещества мг/дм³ Более 5000 2956 217 Нефтепродукты мг/дм³ 1,10 0,06 Менее 0,01 ХПК мгО/дм³ 3564 707 329

Общее время цикла очистки составляет 6 минут на 1 м³ сточной воды.

В таблице 2 приведены временные показатели прохождения этапов технологического процесса очистки воды.

Таблица 2 Наименование режима Время режима минут Время всего минут Измельчитель 0 минут 10 секунд 0 минут 10 секунд Дозация гидроксида кальция 0 минут 36 секунд 0 минут 46 секунд Сепаратор 0 минут 40 секунд 1 минут 26 секунд Аппарат вихревого слоя 0 минут 30 секунд 1 минут 56 секунд Флотатор 1 минута 30 секунд 3 минут 26 секунд Мешочный фильтр 0 минут 10 секунд 4 минут 36 секунд Емкость окислитель с подачей озона 0 минут 36 секунд 5 минут 12 секунд Засыпной фильтр сорбент 0 минут 19 секунд 5 минут 31 секунд Засыпной фильтр угольный 0 минут 19 секунд 5 минут 50 секунд Ультрафиолетовая обработка 0 минут 10 секунд 6 минут 00 секунд

По результатам объективных сравнительных методов оценки получен результат снижения: химического потребления кислорода в 11 раз; биологического потребления кислорода более чем в 6 раз. Снижение количества взвешенных веществ более чем в 23 раза.

Насосная станция оснащена частотными преобразователями, которые уменьшают потребление электроэнергии при уменьшении водопотребления. Все оборудование комплекса водоочистки работает в автоматическом режиме. Расход реагентов дозируется в концентрации 5% раствор 500мл на 1 м³, настроенной при пусконаладочных работах, и корректируется исходя из результатов.

Заявляемое техническое решение обеспечивает снижение экологической нагрузки и повышение производительности процесса. Техническая проблема способа изобретения решается тем, что применяется щадящий 5% раствор известковый раствор в сочетании с аппаратом вихревого слоя с хаотично двигающимися ферромагнитными частицами и последовательными окислительными реакциями за счет инжектирования озона с последующей подачей.

Первичная дозация известкового раствора происходит на этапе подачи сточных вод на аппарат вихревого слоя, через озонирование смеси. С последующей флотацией и коагуляцией без введения дополнительных реагентов. Что приводит к концентрации и осаждению иловых осадков с последующим их удалением.

В части снижения экологической составляющей эффект достигается за счет использования природных щелочных материалов в виде раствора извести, и малым использованием химических реагентов (флокулянтов и коагулянтов) в технологическом процессе.

В части повышения производительности процесса очистки сточных и пластовых вод эффект достигается за счет ускорения протекания окислительно-восстановительных реакций.

Заявляемый способ реализуется с учетом ликвидации отрицательного воздействия на окружающую среду. Данная система очистки сточных вод является технологически чистой. Вредные выбросы в атмосферу отсутствуют. Загрязненные промывные воды с фильтров сливаются в общую канализацию. Замена наполнителя фильтров производится по мере необходимости вручную, отработанный наполнитель образует отход, относящийся к 4 классу опасности: нетоксичен, не взрывоопасен, не обладает высокой реакционной способностью. Отработавшие фильтрующие элементы фильтров относятся к мусору промышленному. Мусор промышленный относится к 4 классу опасности. Основные свойства отхода: малотоксичен, не обладает высокой реакционной способностью. Отработавшие материалы на полигон ТБО по размещению отходов 3-5 класса опасности.

Изобретение относится к способу очистки и обеззараживания сточных и пластовых вод от широкого спектра загрязнений с целью снижения класса опасности. Способ включает механическую очистку вод от твердых включений, гомогенизацию, ощелачивание, обработку кавитацией, вращающимся магнитным полем с ферромагнитными элементами до получения суспензии, озонирование, фильтрацию и разделение фракций. Сточные и пластовые воды ощелачивают раствором гидрооксида кальция Ca(OH)₂ 5% раствор 500 мл на 1 м³ до получения суспензии. Далее воду подают на сепаратор для отделения твердых бытовых отходов с последующим их удалением. Затем осуществляют кавитационную обработку сточных вод в аппарате с вихревым слоем ферромагнитных элементов. Затем воду подают на флотаторную установку, где осуществляют очистку воды до 85-95%. Затем подают озон в накопительную емкость с химической очисткой путем окисления. Далее вода поступает на засыпной фильтр механической очистки и засыпной фильтр с угольной засыпкой для осветления очищенной сточной воды. После осуществляют фильтрацию на сорбционном фильтре и ультрафиолетовую обработку сточных вод. Обеззараженную воду подвергают биологическому методу очистки путём слива в контактный водоём. Технический результат: повышение скорости очистки и обеззараживания жидких сред и увеличение эффективности. 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 ил.

1. Способ очистки сточных и пластовых вод, включающий механическую очистку вод от твердых включений, гомогенизацию, ощелачивание, обработку кавитацией, вращающимся магнитным полем с ферромагнитными элементами до получения суспензии, озонирование, фильтрацию и разделение фракций, отличающийся тем, что сточные и пластовые воды ощелачивают раствором гидрооксида кальция Ca(OH)₂ 5% раствор 500 мл на 1 м³ до получения суспензии, далее воду подают на сепаратор для отделения твердых бытовых отходов с последующим их удалением, затем осуществляют кавитационную обработку сточных вод в аппарате с вихревым слоем ферромагнитных элементов, затем воду подают на флотаторную установку, где осуществляют очистку воды до 85-95%, затем подают озон в накопительную емкость с химической очисткой путем окисления, далее вода поступает на засыпной фильтр механической очистки и засыпной фильтр с угольной засыпкой для осветления очищенной сточной воды, после чего осуществляют фильтрацию на сорбционном фильтре и ультрафиолетовую обработку сточных вод, обеззараженную воду подвергают биологическому методу очистки путём слива в контактный водоём.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что удаление флотопены с поверхности воды осуществляют скребковым механизмом с электроприводом.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ультрафиолетовую обработку сточных и пластовых вод проводят при помощи бактерицидной лампы с излучением в диапазоне длин волн 200-400 нм.