Способ и установка очистки сточных вод от кремниевой кислоты Российский патент 2025 года по МПК C02F1/463 C02F1/60 C02F9/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к технологии очистки воды электрокоагуляционным способом, и может быть использовано для очистки от соединений кремния в промышленных и бытовых системах очистки воды.

Уровень техники

Известна станция электрокоагуляционной подготовки питьевой воды (патент РФ №109132, кл. C02F 9/06, C02F 1/463, дата публ. 10.10.2011), содержащая бак исходной воды с эжектором, блок элекрокоагуляционной обработки воды, дегазатор, осветлитель, буферный бак, осветлительный фильтр, установку ультрафиолетового обеззараживания воды. Станция включает бак приготовления солевого раствора, снабженного насосом-дегазатором, и компрессор, подключенный к блоку электрокоагуляционной обработки воды, светлителю, к осветлительному фильтру посредством воздуховодной линии.

Известен способ обескремнивания воды на этапе ее предварительной очистки в осветлителе (патент РФ №2807643, кл. C01F 1/60, дата публ. 20.11.2023), включающий предварительный нагрев воды до температуры 27÷40°С. Затем осуществляют ввод едкого натра NaOH в воду с последующим перемешиванием с обеспечением рН полученного раствора в диапазоне 10,5÷1,5. Далее в полученный раствор вводят хлорид магния MgCl₂ в дозе 0,5÷2,0 мг-экв/дм³ с последующим перемешиванием. Затем в полученный раствор вводят сернокислый алюминий A1₂(SO₄)₃ в дозе 1,0 мг-экв/дм³ с обеспечением рН коагулированной воды в диапазоне значений 5,5÷7,5 с последующим перемешиванием. Полученный раствор поступает в отстойник, где осуществляется осаждение коагулированного осадка, отвод осветленной воды из отстойника и слив коагулированного осадка.

Известна установка для обескремнивания воды магнезиальным сорбентом, позволяющим сорбировать из водного раствора коллоидную и молекулярнодисперсную кремниевую кислоту [Николадзе Г.И. Технология очистки природных вод: Учеб. для вузов. - М.: Высшая школа, 1987, 479 с., с. 436]. Установка состоит из водоподогревателя, реагентного бака, напорного дозатора, насоса для рециркуляции осадка, осветлителя с каскадным подогревателем и фильтра. Очищаемая вода сначала поступает в водоподогреватель, где нагревается до 35-45°С. Затем в нее вводится при помощи напорного дозатора магнезиальный сорбент из реагентного бака. После чего вода поступает в осветлитель. При помощи насоса для рециркуляции осадок из осветлителя вновь подается к месту ввода магнезиального сорбента и используется повторно до полного заполнения сорбционной емкости сорбента. Вода из осветлителя поступает в фильтр, заполненный магнезиальным сорбентом, где происходит ее доочистка.

Известен способ подготовки кремнийсодержащих растворов к переработке (патент РФ №2497758, кл. C01F 1/60, дата публ. 10.11.2013), для осуществления которого поддерживают в растворе заданное избыточное содержание азотной кислоты, выдерживают раствор до образования геля кремниевой кислоты, отделяют осажденный гель от раствора. При этом избыточное содержание азотной кислоты поддерживают в интервале значений 1,0-2,5 моль/л. В раствор с гелем кремниевой кислоты добавляют малорастворимое в азотной кислоте порошкообразное вещество с диаметром частиц не более 0,06 мм. Осадок, содержащий гель и порошкообразное вещество, промывают и промывной раствор направляют на переработку. Промытый осадок обрабатывают раствором гидроксида натрия и полученное порошкообразное вещество повторно используют для подготовки кремнийсодержащих растворов к переработке.

Известен способ очистки сточных вод от соединений кремния (патент РФ №916419, кл. МПК C02F 1/46, дата публ.30.03.1982), при котором сточную воду, содержащую соединения кремния подают в проточный электролизер с анодами из железа при анодной плотности тока 0,2-0,5 А/дм, комнатной температуре и рН 9,7-11,0 с последующим отделением скоагулированного осадка фильтрацией.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ очистки оборотной воды флотацией с уменьшением содержания в ней ионов кремния и кальция (патент РФ №2814353, кл. МПК C01F 1/463, C01F 1/60, дата публ. 28.02.2024), который включает подготовку воды к электрокоагуляции и последующую электрокоагуляцию воды с электродами из железа. При подготовке воды к электрокоагуляции сначала осуществляют установление рН обрабатываемой воды в диапазон значения рН 7-8 путем подачи газообразной углекислоты в обрабатываемую воду с контролем значения рН. Далее осуществляют дозировку водного раствора хлористого кальция в обрабатываемую воду, исходя из удельного расхода хлористого кальция 0,5 грамм на литр. Электрокоагуляцию подготовленной воды осуществляют в течение 8-10 минут при плотности постоянного тока, равной 55-56 ампер на квадратный метр площади электродов. После электрокоагуляции подготовленной воды осуществляют ее осветление. Недостатком применения железных электродов является ухудшение качества флотации из-за значительного превышения плотности материала электродов над плотностью воды. Кроме того, использование значительного числа реагентов приводит к увеличению минерализации воды.

Раскрытие сущности изобретения

Техническим результатом установки и способа очистки сточных вод от кремниевой кислоты является снижение ее содержания в сточной воде до нормативных требований питьевой воды, а также в увеличении срока эксплуатации элементов установки, в частности, электролизера.

Указанный технический результат достигается благодаря тому, что установка включает входной бак исходной воды, содержащей кремниевую кислоту, с которым гидравлически связан блок подачи реагента, при этом, выход входного бака последовательно гидравлически связан с электролизером, один из выходов электролизера гидравлически связан с флотатором, а другой выход электролизера связан со входом сепарационного блока, при этом, один из выходов флотатора связан с входом блока фильтров, выход из которого гидравлически связан с входом бака очищенной воды, из которого осуществляют отвод чистой воды, очищенной от кремниевой кислоты, при этом другой выход флотатора гидравлически связан с баком отстоя пены, выход из которого связан с входом сепарационного блока, при этом, один из выходов сепарационного блока связан с входом бака накопления отходов, а другой выход сепарационного блока гидравлически связан с трубопроводом, соединяющим выход электролизера с входом флотатора, а также с входом в бак чистой воды.

Технический результат, заключающийся в увеличении срока эксплуатации электролизера, достигается благодаря тому, что электролизер связан воздуховодом с компрессором, который используют с целью удаления пассивации электродов солями жесткости.

Указанный технический результат реализуют благодаря тому, что исходную воду, содержащую кремниевую кислоту, обрабатывают в проточном непрерывном режиме в течение 2-3 минут до достижения значений кислотности рН 6,5-8, после чего производят электрокоагуляционную обработку с алюминиевыми электродами при силе тока 3А в течение 10-20 сек при температуре состава 10-70°С, при этом дестабилизированные загрязнения, полученные после электрокоагуляционной обработки, направляют на флотацию, фильтрацию и сепарацию в центробежном сепараторе, при этом дестабилизированные загрязнения, полученные после электрокоагуляционной обработки при температуре более 70°С, направляют после электролизера на сепарацию в нескольких центробежных сепараторах сепарационного блока.

Краткое описание чертежей

На Фиг. 1 представлена технологическая схема установки для осуществления способа очистки сточных вод от кремниевой кислоты.

Осуществление изобретения

Установка, с помощью которой реализуют способ очистки сточных вод от кремниевой кислоты, включает входной бак 1 исходной воды (Фиг. 1), с которым гидравлически связан блок дозирования реагента 2. Выход входного бака 1 гидравлически связан с электролизером 3, связанным воздуховодом с компрессором 4. Один из выходов электролизера 3 гидравлически трубопроводом 5 связан с флотатором 6, а другой выход электролизера 3 гидравлически трубопроводом 7 связан с центробежным сепаратором сепарационного блока 8.

Один из выходов флотатора 6 связан с входом блока фильтров 9, выход из которого гидравлически связан с входом бака очищенной воды 10, из которого по трубопроводу 11 осуществляют отвод чистой воды, очищенной от кремниевой кислоты.

Другой выход флотатора 6 гидравлически трубопроводом 12 связан с баком отстоя пены 13, выход из которого связан с входом одного из центробежных сепараторов сепарационного блока 8, количество сепараторов в котором зависит от объема и температуры очищаемой сточной воды.

Один из выходов центробежного сепаратора (или нескольких центробежных сепараторов) сепарационного блока 8 связан с входом бака накопления отходов 14, а другой выход центробежного сепаратора сепарационного блока 8 гидравлически трубопроводом 15, связан с трубопроводом 5, соединяющим выход электролизера 3 с входом флотатора 6, а также с баком чистой воды 10.

Дренажные выходы входного бака 1, электролизера 3, флотатора 6, блока фильтров 9, бака чистой воды 10 связаны гидравлически с дренажным трубопроводом 16. Технологическая схема снабжена необходимой трубопроводной арматурой, включающей систему байпасов, задвижки и обратные клапаны.

Способ очистки сточных вод от кремниевой кислоты с использованием установки осуществляют следующим образом: исходную воду, например, с содержанием кремниевой кислоты 60 +- 12 мг/л, направляют во входной бак 1, в который также подают реагент NaOH из блока дозирования реагентов 2, обрабатывая воду в проточном непрерывном режиме в течение 2-3 минут, доводя значения кислотности рН до значений 6,5-8, после чего ее направляют в электролизер 3 с алюминиевыми электродами. Для восстановления работы электролизера 3 используют компрессор 4 с целью удаления пассивации электродов солями жесткости, что позволяет повысить эффективность и долговечность их работы.

Электрокоагуляционную обработку состава в электролизере 3 осуществляют при силе тока 3А в течение 10-20 сек при температуре состава 10-70°С. Полученную после обработки исходную воду, содержащую дестабилизированные, за счет обработки электрическим током и объединение коагулянтом, загрязнения, подвергают флотации, направляя по трубопроводу 5 на вход флотатора 6.

Во флотаторе 6, функция которого заключается в непрерывном удалении дестабилизированных загрязнений путем их выноса в верхнюю часть флотатора 6 за счет разности плотностей дестабилизированных коагулировавших загрязняющих комплексов, их удаляют по трубопроводу 12 из флотатора 6 поверхностными скребками в бак отстоя пены 13. Поступившую из флотатора 6 воду фильтруют в блоке фильтров 9 и направляют далее в бак чистой воды 10, откуда по трубопроводу 11 ее выводят из технологической системы.

Загрязненные сточные воды из входного бака 1, электролизера 3, флотатора 6, блока фильтров 9, бака чистой воды 10 направляют по трубопроводам в дренажный трубопровод 16.

Из бака отстоя пены 12 дестабилизированные загрязнения направляют на сепарацию на вход одного из центробежных сепараторов, например, марки «АльфаЛаваль», сепарационного блока 8, после выхода из которого шлам направляют в бак накопления отходов 14, а отсепарированный осветленный состав направляют по трубопроводу 15 в трубопровод 5, связывающий выход электролизера 3 с входом флотатора 5 или далее, в бак чистой воды 10.

Результат очистки воды с содержанием кремниевой кислоты до и после обработки по описанному выше техпроцессу при температуре состава 10-70°С приведен в Таблице 1.

Таблица 1

Проба Содержание кремниевой кислоты (по кремнию), мг/л Требования к содержанию кремния для вод питьевого назначения (СанПиН 2.1.4.1074-01) 10 До обработки 60 После обработки 1,89

Таким образом, после очистки по предложенному способу, объемное содержание кремниевой кислоты в сточной воде снизилось более чем в 31 раз, удовлетворяя требованиям СанПиН.

Обработку состава, поступившего в электролизер 3 из входного бака 1 с кислотностью рН 6,5-8, температурой более 70°С, осуществляют следующим образом: состав с кремниевой кислотой, прошедший электрокоагуляционную обработку в электролизере 3 при силе тока 3А в течение 10-20 сек, температуре более 70°С, направляют на сепарацию по трубопроводу 7 на вход одного из центробежных сепараторов сепарационного блока 8, на выходе из которого сепарируемый состав направляют на вход следующего центробежного сепаратора сепарационного блока 8, проводя не менее одной ступени сепарации для очищаемого состава с температурой более 70°С. Количество сепараторов в сепарационном блоке 8, используемых в процессе очистки, зависит от объема очищаемой сточной воды.

Отходы, полученные после обработки состава в сепарационном блоке 8, собирают в баке 14 накопления отходов. Отсепарированный осветленный состав, полученный после обработки в сепарационном блоке 8, по трубопроводу 15, направляют в бак чистой воды 10, откуда по трубопроводу 11 очищенную от кремниевой кислоты воду выводят из системы.

Результат очистки воды с содержанием кремниевой кислоты до и после обработки по описанному выше техпроцессу при температуре состава более 70°С приведен в Таблице 2.

Таблица 2

Проба Содержание кремниевой кислоты (по кремнию), мг/л Требования к содержанию кремния для вод питьевого назначения (СанПиН 2.1.4.1074-01) 10 До обработки 81,1 После обработки 0,2

Таким образом, после очистки по предложенному способу, объемное содержание кремниевой кислоты в сточной воде снизилось более чем в 400 раз, удовлетворяя требованиям СанПиН.

Изобретение относится к технологии очистки воды методом элекрокоагуляции и может быть использовано для очистки от соединений кремния в промышленных и бытовых системах очистки воды. Исходную воду, содержащую кремниевую кислоту, обрабатывают в баке 1 в проточном непрерывном режиме в течение 2-3 минут до достижения значений кислотности рН 6,5-8. Затем производят электрокоагуляционную обработку в электролизере 3 с алюминиевыми электродами при силе тока 3А в течение 10-20 сек при температуре состава 10-70°С. Дестабилизированные загрязнения, полученные после электрокоагуляционной обработки, направляют на флотацию во флотатор 6, фильтрацию на блоке фильтров 9 и сепарацию в блоке сепарации 8. Чистую воду выводят из технологической системы. Загрязнения из флотатора 6 удаляют в бак отстоя пены 13, откуда направляют на сепарацию в сепарационный блок 8. Далее шлам направляют в бак накопления отходов 14, а отсепарированный осветленный состав - по трубопроводу 15 в трубопровод 5, связывающий выход электролизера с входом флотатора или в бак чистой воды 10. Дестабилизированные загрязнения, полученные после электрокоагуляционной обработки при температуре состава более 70°С, направляют на сепарацию в сепарационный блок 8, содержащий, по меньшей мере, один центробежный сепаратор. Технический результат: снижение содержания кремниевой кислоты до нормативных значений, увеличение срока эксплуатации элементов установки, в частности электролизера. 2 н.п. ф-лы, 2 табл., 1 ил.

1. Способ очистки сточных вод от кремниевой кислоты, при котором исходную воду, содержащую кремниевую кислоту, обрабатывают до достижения значений кислотности рН 6,5-8, после чего производят электрокоагуляционную обработку, при этом дестабилизированные загрязнения, полученные после электрокоагуляционной обработки, направляют на флотацию, фильтрацию и сепарацию, а чистую воду выводят из технологической системы, отличающийся тем, что для достижения кислотности исходную воду обрабатывают в проточном непрерывном режиме в течение 2-3 минут, при этом электрокоагуляционную обработку производят в электролизере с алюминиевыми электродами при силе тока 3А в течение 10-20 сек при температуре состава 10-70°С, при этом дестабилизированные загрязнения, полученные после электрокоагуляционной обработки при температуре состава более 70°С, направляют на сепарацию в сепарационный блок, содержащий, по меньшей мере, один центробежный сепаратор; загрязнения из флотатора удаляют в бак отстоя пены, откуда направляют на сепарацию в сепарационный блок, из которого шлам направляют в бак накопления отходов, а отсепарированный осветленный состав - по трубопроводу в трубопровод, связывающий выход электролизера с входом флотатора или в бак чистой воды.

2. Установка очистки сточных вод от кремниевой кислоты, включающая входной бак исходной воды, с которым гидравлически связан блок подачи реагента, при этом выход входного бака последовательно гидравлически связан с электролизером, отличающаяся тем, что электролизер, содержащий алюминиевые электроды, связан воздуховодом с компрессором, при этом один из выходов электролизера гидравлически связан с флотатором, а другой выход электролизера связан с входом сепарационного блока, содержащего, по меньшей мере, один центробежный сепаратор, при этом один из выходов флотатора связан с входом блока фильтров, выход из которого гидравлически связан с входом бака очищенной воды, из которого осуществляют отвод воды, очищенной от кремниевой кислоты, при этом другой выход флотатора гидравлически связан с баком отстоя пены, выход из которого связан с входом сепарационного блока, при этом один выход сепарационного блока связан с входом бака накопления отходов, а другой выход сепарационного блока гидравлически связан с трубопроводом, соединяющим выход электролизера с входом флотатора, а также с входом в бак чистой воды.