Способ очистки природных водоемов и сточных вод промышленных предприятий Российский патент 2024 года по МПК C02F3/32 

Изобретение относится к области экологии, а именно к технологии водоочистки, и может быть использовано для очистки природных и сточных вод промышленных предприятий. Известно, что зеленая водоросль Chlorella при добавлении в сточные воды через определенный промежуток времени становится доминирующим биологическим компонентом, насыщая окружающую среду кислородом удаляя при этом углекислый газ. Благодаря своему аминокислотному составу водоросль Chlorella нейтрализует и перерабатывает органические и неорганические вещества предотвращает «цветение» воды. При этом уничтожается вся патогенная микрофлора. Повышение уровня растворенного кислорода в воде способствует окислению тяжелых металлов и очищает воду от вредных примесей. Из уровня техники широко известно применение различных штаммов водоросли Chlorella для биологической очистки сточных вод.

Из патента RU 2683522, 28.03.2019 известен способ биологической очистки сточных вод, который включает обработку воды в аэротенках, причем перед вводом воду разбавляют очищенной водой 1:3, затем вводят микроводоросли Chlorella Vulgaris, смесь аэрируют, а процесс очистки интенсифицируют воздействием лучей света с длиной волны 450-650 нм и дозированием до 50 мл 2%-ного раствора сахарозы. Недостатками известного способа является необходимость разбавления сточной воды, принудительная аэрация и воздействие светом определенной длины волны, что значительно усложняет технологический процесс. При этом известный способ обеспечивает извлечение из сточной воды только азота аммонийного, ПАВ. Данный способ не применялся для очистки сточных вод от тяжелых металлов и токсичных элементов.

Известен способ биологической очистки сточных вод обработкой их штаммом Chlorella vulgaris БКМ-А-10 (SU 1560487, от 30.04.1990). По данному способу проводят очистку только от пестицидов.

Известен штамм микроводоросли Chlorella vulgaris IPPAS C-2015 (патент RU 2555519, 10.07.2015), предназначенный для очистки сточных вод сельскохозяйственных и спиртовых производств. Исследование по очистке модельной воды было проведено только по нитратам и аммонийному азоту.

Из патента RU 2703499, 17.10.2019 известен способ очистки сточных вод от нефтяных углеводородов, общего, аммонийного, нитратного азота, алюминия, хлоридов, общей серы, включающий добавление к сточной воде биомассы микроводорослей Chlorella vulgaris Beijer. f. globosa V. Andr., депонированный в Коллекции культур микроводорослей Института физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН под номером IPPAS C-2024. Однако отсутствуют данные о возможности использования данного способа для очистки сточных вод от таких токсичных соединений, как цианиды и мышьяк.

Задачей изобретения является упрощение процесса и комплексная очистка бытовых и промышленных сточных вод от вредных примесей различного происхождения, в том числе от токсичных веществ, таких как цианиды и мышьяк.

Для решения данной задачи предложен способ очистки сточных вод, включающий их обработку суспензией микроводоросли Chlorella vulgaris, отличающийся тем, что для очистки сточных вод используют суспензию штамма микроводоросли Chlorella vulgaris Beijer IPPAS C-1 с концентрацией 6*10⁷ - 6*10¹⁰ кл/л при соотношении объема суспензии микроводоросли к объему сточной воды, составляющем 1:10.

В результате исследований был выбран штамм Chlorella vulgaris Beijer IPPAS C-1, который показал наилучшие результаты по очистке сточных вод от различных загрязнений, в частности от тяжелых металлов и таких токсичных веществ как мышьяк и цианиды.

Для подтверждения эффективности заявленного способа были проведены исследования по очистке стоков золотоизвлекательной фабрики АО «Altyntau Kokshetau» при переработке руды Васильковского месторождения от загрязняющих веществ с использованием микроводорослей Chlorella vulgaris Beijer IPPAS C-1. В период с 18 декабря 2017 г. по апрель 2018 года, в исследовательской лаборатории ЗИФ АО «Altyntau Kokshetau» проведены лабораторные исследования по очистке осветленных сливов прудов хвостового хозяйства от загрязняющих веществ методом биологической очистки с использованием заявленного способа.

С 29 июля 2018 года по июнь 2019 года на золотоизвлекательной фабрике АО «Altyntau Kokshetau» проведены промышленные испытания по очистке осветленного слива хвостохранилища сорбции от загрязняющих веществ с использованием заявленного способа.

Очистке подвергались следующие сливы из прудов хвостового хозяйства:

- оборотная вода на ЗИФ - выход с пруда-отстойника окислителя через БНС (№1);

- слив хвостохранилища флотации из водоприемного колодца ВК№3 (№2);

- слив хвостохранилища сорбции - пруд - испаритель (№3);

- и вода из реки Чаглинка (№4).

Данные по результатам испытаний представлены в таблицах 1-5.

Табл. 1. Сравнительные результаты химического анализа исходных сливов, прудов хвостового хозяйства и воды реки Чаглинка

№ п/п Наименование параметра Ед. изм. Слив хвостохранилища флотации (через НОВ на пруд-отстойник) пруд-отстойник сброс (№1) Оборотная вода на ЗИФ через БНС - пруд-отстойник вход (всас) выход с пруда-отстойника окислителя (№2) Слив хвостохранилища флотации - Водоприемный колодец ВК3 (№3) Слив хвостохранилища сорбции №4 р. Чаглинка №5 1 рН 7,83 7,9 8,14 8,64 8,58 2 Общая жесткость Σ[Ca2+Mg2+] ммоль/дм³ 6,4 7,34 5,78 4,43 6,0 3 Кальций (Са²⁺) мг/дм³ 48,09 48,09 42,08 64,12 64,12 4 Магний (Mg²⁺) мг/дм³ 48,73 58,3 42,56 9,81 34,09 5 общ. щелочность (HCO₃^-) ммоль/дм³ 4,9 4,9 4,5 9,23 4,1 6 Хлор (Cl^-) мг/дм³ 1069,9 1003,8 1034,3 1318,6 125,7 7 Взвешенный остаток мг/дм³ 148,9 < 2 93,1 221 < 2 8 Сухой остаток мг/дм³ 4358,9 4179,6 4441,5 8400,2 611,1 9 Медь (Cu) мг/дм³ < 0,05 < 0,05 < 0,05 8,03 0,44 10 Мышьяк (Asобщ.) мг/дм³ 5,53 5,88 4,93 17,21 0,91 11 Железо (Feобщ.) мг/дм³ 1,75 0,5 0,65 1,68 0,01 12 Сера общая (S_общ) мг/дм³ 433,7 384 432,76 1408,5 39,01 13 Сера сульфатная (S_{сульфат}) мг/дм³ 1301,68 1152,5 1298,90 4220,7 116,9 14 Цианиды общие (СN^-_общ) мг/дм³ < 0,01 < 0,01 < 0,01 200,68 0,02

Таблица 2. Результаты химического анализа очищенной оборотной воды (через БНС) (№1) с использованием заявленного способа с временем очистки от 10 до 90 суток

№ п/п Наименование загрязняющих в-в Ед. изм. Оборотная вода на ЗИФ (через БНС) -пруд-отстойник вход (всас) - выход с пруда окислителя (№1) Наименование лаборатории Леокон Время очистки, сутки 0 30 40 50 60 70 80 90 1 рН 7,9 7,63 7,59 7,46 7,39 7,39 7,4 7,4 2 Общая жесткость Σ[Ca2+Mg2+] ммоль/дм³ 7,34 7,12 7,05 7,03 6,65 6,46 6,3 6 3 Кальций (Са²⁺) мг/дм³ 48,09 17 15,58 14,76 13,96 13,56 13,23 12,81 4 Магний (Mg²⁺) мг/дм³ 58,3 53,25 51,7 50,45 47,42 46,38 45,3 43,89 5 общ. щелочность (HCO₃^-) ммоль/дм³ 4,9 4 3,84 3,21 3,15 3,03 2,87 2,76 6 Хлор (Cl^-) мг/дм³ 1003,8 712,05 673,59 634,52 607,23 583,53 557,27 530,52 7 Взвешенный остаток мг/дм³ <2,0 40,01 38,6 36,74 33,64 32,22 30,96 29,62 8 Сухой остаток мг/дм³ 4179,6 2059,3 1902,7 1824,6 1780,6 1684,5 1568,7 1507,4 9 Медь (Cu) мг/дм³ <0,05 0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,001 <0,001 <0,001 10 Мышьяк (Asобщ.) мг/дм³ 5,88 3,8 3,49 3,14 3 2,88 2,7 2,54 11 Железо (Feобщ.) мг/дм³ 0,5 <0,2 <0,1 <0,1 <0,01 н/о н/о н/о 12 Сера общая (S_общ) мг/дм³ 384 453,83 436,58 418,68 402,35 377,8 358,46 337,3 13 Сера сульфатная (S_{сульфат}) мг/дм³ 1152,5 589,,5 565,33 538,19 522,58 502,19 481,6 457,03 14 Цианиды общие (СN^-_общ) мг/дм³ <0,01 н/о н/о н/о н/о н/о н/о н/о

Таблица 3. Результаты химического анализа слива хвостохранилища флотации из водоприемного колодца (№2) с использованием заявленного способа с временем очистки от 10 до 90 суток

№ п/п Наименование з-щих в-в Ед. изм. Слив хвостохранилища флотации - ВК3 (№2) Наименование лаборатории Леокон Расход Хлореллы, мл/л 100 Время очистки, сутки 0 30 40 50 60 70 80 90 1 рН 8,14 7,89 7,64 7,58 7,42 7,38 7,37 7,32 2 Общая жесткость Σ[Ca2+Mg2+] ммоль/дм³ 5,78 5,32 5,3 5,22 4,86 4,67 4,49 4,34 3 Кальций (Са²⁺) мг/дм³ 42,08 21,03 20,25 19,62 18,28 17,58 17,03 16,48 4 Магний (Mg²⁺) мг/дм³ 42,56 39,4 37,9 36,53 34,04 32,74 31,72 30,7 5 общ. щелочность (HCO₃^-) ммоль/дм³ 4,5 3,21 3,11 2,99 2,85 2,77 2,71 2,61 6 Хлор (Cl^-) мг/дм³ 1034,3 683,1 657,8 630,84 599,92 577,12 557,49 535,74 7 Взвешенный остаток мг/дм³ 93,2 61,1 59,69 58,25 56,26 54,34 52,43 50,54 8 Сухой остаток мг/дм³ 4441,5 1801,5 1754,6 1705,4 1652,5 1588,1 1522,95 1458,9 9 Медь (Cu) мг/дм³ <0,05 0,02 <0,01 <0,01 <0,01 <0,001 <0,001 н/о 10 Мышьяк (Asобщ.) мг/дм³ 4,93 2,8 2,59 2,41 2,29 2,19 2,06 1,95 11 Железо (Feобщ.) мг/дм³ 0,65 <0,3 <0,1 <0,1 <0,01 н/о н/о н/о 12 Сера общая (S_общ) мг/дм³ - 502,15 487,62 472,5 444,62 422,8 398/70 378,36 13 Сера сульфатная (S_{сульфат}) мг/дм³ - 663,9 630,04 589,71 565,53 537,81 511,99 485,87 14 Цианиды общие (СN^-_общ) мг/дм³ <0,01 н/о н/о н/о н/о н/о н/о н/о

Таблица 4. Результаты химического анализа слива хвостохранилища сорбции (№3) с использованием заявленного способа с временем очистки от 10 до 90 суток

№ п/п Наименование з-щих в-в Ед. изм. Слив хвостохранилища сорбции №3 Наименование лаборатории Леокон Расход Хлореллы, мл/л 100 Время очистки, сутки 0 30 40 50 60 70 80 90 1 рН - 8,64 8,52 8,31 8,06 7,95 7,91 7,83 7,62 2 Общая жесткость Σ[Ca2+Mg2+] ммоль/дм³ 4,43 4,08 4,01 3,89 3,80 3,73 3,68 3,63 3 Кальций (Са²⁺) мг/дм³ 64,12 20,09 19,66 19,2 18,79 18,47 18,24 18,02 4 Магний (Mg²⁺) мг/дм³ 9,81 8,12 7,96 7,77 7,60 7,47 7,38 7,29 5 общ. щелочность (HCO₃^-) ммоль/дм³ 9,23 4,03 3,91 3,84 3,82 3,73 3,68 3,63 6 Хлор (Cl^-) мг/дм³ 1318,6 600,3 579,8 557,7 536,50 519,86 504,78 487,61 7 Взвешенный остаток мг/дм³ 221 173,4 168,3 164 157,93 151,85 146,68 140,66 8 Сухой остаток мг/дм³ 8400,2 3815,7 3571,4 3365,2 3250,0 3126,5 3004,57 2875,4 9 Медь (Cu) мг/дм³ 8,03 0,44 0,35 0,21 0,20 0,20 0,19 0,18 10 Мышьяк (Asобщ.) мг/дм³ 17,21 9,12 8,32 7,5 7,10 6,82 6,48 5,89 11 Железо (Feобщ.) мг/дм³ 1,68 1,03 0,43 0,21 0,17 0,11 н/о н/о 12 Сера общая (S_общ) мг/дм³ 1408,5 1621,4 1538,7 1472,5 1403,3 1307,9 1204,53 1094,9 13 Сера сульфатная (S_{сульфат}) мг/дм³ 4220,7 1420,7 1366,7 1299,1 1251,0 1137,2 1035,94 935,45 14 Цианиды общие (СN^-_общ) мг/дм³ 200,68 13,8 6,07 3,1 1,40 0,028 н/о н/о

Таблица 5. Результаты химического анализа воды реки Чаглинка с использованием заявленного способа с временем очистки от 10 до 90 суток

№ п/п Наименование загр-щих в-в Ед. изм. Вода из реки Чаглинка №4 Наименование лаборатории Леокон Расход Хлореллы, мл/л 100 Время очистки, сутки 0 30 40 50 60 70 80 90 1 Рн. - 8,58 8,31 8,09 7,94 7,83 7,65 7,58 7,48 2 общ.жестк. Σ[Ca2+Mg2+] ммоль/дм³ 6 5,32 5,3 5,3 5,28 5,27 5,25 5,25 3 Са²⁺ мг/дм³ 64,12 14,95 14,68 14,53 14,52 14,5 14,5 14,45 4 Mg²⁺ мг/дм³ 34,09 32,56 32,13 31,7 31,58 31,56 31,52 31,43 5 общ. щелоч. HCO₃^- ммоль/дм³ 4,1 2,1 2,1 2,03 2,03 2 1,75 1,58 6 Cl^- мг/дм³ 125,7 38,1 37,33 36,84 36,72 - - - 7 Взвеш. остаток мг/дм³ 45 8,58 8,4 8,23 8,21 8,1 7,98 7,86 8 Сухой остаток мг/дм³ 611,1 321,41 310,4 299,8 276,9 271,91 268,87 265,37 9 Cu мг/дм³ 0,44 0,16 <0.01 <0,01 н/о н/о н/о н/о 10 As мг/дм³ 0,91 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,001 н/о н/о 11 Fe мг/дм³ 0,73 0,12 0,09 0,05 0,0409 <0,001 н/о н/о 12 S общ мг/дм³ 39,01 36,7 35,4 34,05 33,9 33,08 31,16 29,57 13 S сульфат мг/дм³ 116,9 31,68 30,47 29,28 27,56 26,37 24,15 22,19 14 СN^-общ мг/дм³ 0,02 н/о н/о н/о н/о н/о н/о н/о

Представленные данные подтверждают высокое качество очистки воды от тяжелых металлов и токсичных веществ (мышьяк, цианиды) при использовании заявленного способа.

Изобретение относится к области экологии, а именно к технологии водоочистки, и может быть использовано для очистки природных и сточных вод промышленных предприятий, в частности сточных вод горнообогатительных и золотодобывающих предприятий. Способ очистки сточных вод включает их обработку суспензией штамма микроводоросли Chlorella vulgaris Beijer IPPAS C-1 с концентрацией 6*10⁷ - 6*10¹⁰ кл/л при соотношении объема суспензии микроводоросли к объему сточной воды, составляющем 1:10. Время очистки составляет от 30 до 90 суток. Технический результат: повышение качества очистки сточных вод, в частности, от тяжелых металлов и таких токсичных веществ, как мышьяк и цианиды. 5 табл.

Способ очистки сточных вод, включающий их обработку суспензией микроводоросли Chlorella vulgaris, отличающийся тем, что для очистки сточных вод используют суспензию штамма микроводоросли Chlorella vulgaris Beijer IPPAS C-1 с концентрацией 6*10⁷ - 6*10¹⁰ кл/л при соотношении объема суспензии микроводоросли к объему сточной воды, составляющем 1:10, и времени очистки от 30 до 90 суток.