Способ очистки хозяйственно-бытовых и коммунальных сточных вод Российский патент 2025 года по МПК C02F1/463 C02F1/50 C02F9/00 

Область применения

Изобретение относится к электрохимическим методам очистки хозяйственно-бытовых сточных вод и коммунальных стоков и может быть использовано для очистки хозяйственных и фекальных сточных вод, загрязненных различными хозяйственными отбросами, моющими средствами.

Уровень техники

Известен способ очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод (патент РФ №2547734, кл. МПК C02F 9/14, 9/02, дата публ. 20.10.2014), включающий усреднение потока воды и биологическую очистку с активным илом. Исходные сточные воды подают через самоочищающееся фильтрующее устройство для процеживания, а механически очищенные сточные воды сливают в резервуар-усреднитель и подают в емкость биологической очистки.

Известен способ очистки хозяйственно-бытовых сточных вод и станция для его осуществления (патент РФ №2757589, кл. МПК C02F 9/14, дата публ. 19.10.2021), последовательно осуществляют этапы механической очистки, усреднения расхода и состава сточных вод и их обработку подпитывающим раствором, подогрев, биологическую очистку активным илом в денитрификаторе, аэротенке-нитрификаторе, мембранном биореакторе, отделение очищенных сточных вод (пермеата) от активного ила и их откачку, дегазацию и обеззараживание пермеата, и его накопление в емкости очищенной воды.

Известен комплекс для очистки и обеззараживания промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод (патент РФ №165911, кл. МПК C02F 9/02, дата публ. 10.11.2016), содержащий модули механической, физико-химической, электронно-лучевой обработки, доочистки, снабженные очистным оборудованием и насосами, патрубками ввода и вывода очищаемой воды, соединительными трубопроводами с запорной арматурой. комплекс выполнен в корпусе модульного блок-бокса, дополнительно снабжен модулями удаления ионов аммония, обеззараживания и обезвоживания осадка, а также модулем онлайн-мониторинга качества очистки сточных вод, при этом модули соединены между собой. Очистка сточной воды основана на применении физико-химических методов: электрокоагуляции, электрофлотации, облучении импульсным электронным пучком, обеззараживания и обезвоживания. Предусмотрена промывка механических фильтров и регенерация ионообменных фильтров. Эксплуатация комплекса возможна в условиях резко континентального климата и повышает качество очищаемой сточной воды для последующего ее сброса в воды водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение.

Известен узел рециркуляции станции биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод (патент РФ №2819491, кл. МПК C02F 3/22, дата публ. 21.05.2024), содержащий насос, соединенный с разбрызгивателем, биофильтр и устройство для аэрирования. Устройство для аэрирования выполнено в виде эжектора.

Известен способ очистки коммунальных стоков и технологический комплекс для его осуществления (патент РФ № 2662529, кл. МПК C02F 1/463, дата публ. 27.08.2008). 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.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ очистки хозяйственно-бытовых и промфекальных сточных вод (патент РФ №2332360, кл. МПК C02F 1/463, дата публ. 27.08.2008), включающий усреднение потока, механическую очистку, электрокоагуляцию, фильтрацию. Перед электрокоагуляцией усредненный поток насыщают кислородом воздуха до значений 12-14 мг/л, обрабатывают реагентным коагулянтом и флокулянтом, а после электрокоагуляции осветляют и фильтруют через инертные, сорбционные и хемосорбционные материалы в указанной последовательности.

Недостатком данного способа является низкоэффективное насыщение воды кислородом за счет применения компрессора из-за малой площади контакта подаваемого воздуха с водой. Кроме того, применение реагентных коагулянтов приводит к росту стоимости очистки и необходимости реализации отдельной линии их приготовления. Применение железных электродов в процессе очистки хозяйственно-бытовых сточных вод приводит к увеличению содержания железа в воде. При этом взаимодействие оксихлорида алюминия и продуктов его гидролиза в воде с железным электролизером может привести к образованию растворимых железных солей.

Раскрытие сущности изобретения

Техническим результатом заявляемых вариантов способа очистки хозяйственно-бытовых и коммунальных сточных вод является обеспечение качества их очистки до нормативов предельно-допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного назначения.

Указанный технический результат достигается благодаря тому, что доводят кислотность исходной обрабатываемой воды до рН 9-9,5 дозированием раствора гидроксида натрия NaOH, производят дезинфекцию и окисление органических соединений в обрабатываемой воде с использованием гипохлорит натрия NaOCl в объеме 0,5-0,9 мл/л или, с целью очистки воды от соединений аммонийного азота перед вакуумно-эжекционной обработкой, в обрабатываемую воду дозированно подают: 0,07-1 г/л сульфата магния, или стехиометрическое количество хлорида магния и 0,03-0,3 мл/л ортофосфорной кислоты, или стехиометрическое количество другой соли ортофосфорной кислоты, например, фосфат натрия или тринатрийфосфат, после чего раствор перемешивают и ожидают прохождения реакции в течение 30-120 минут, при этом после дезинфекции или очистки воды от соединений аммонийного азота производят вакуумно-эжекционную обработку путем пропускания очищаемой воды с расходом порядка 25 мл/мин через сопло Лаваля при атмосферном давлении Р=1 атм с насыщением воды кислородом воздуха при Т=20-25°С в течение 20 минут, после чего удаляют окисленные компоненты и загрязнения путем электрокоагуляционной обработки с использованием растворимых электродов из алюминия при силе тока 3 А в течение 3 минут, после чего производят доочистку воды фильтрованием с использованием фильтра, например, наполненного смолой КУ-2-8.

Осуществление изобретения

Хозяйственно-бытовые сточные воды поступают в водоотводящую сеть от жилых домов, бытовых помещений промышленных предприятий, комбинатов общественного питания и лечебных учреждений. В составе таких вод различают фекальные сточные воды и хозяйственные, загрязненные различными хозяйственными отбросами, моющими средствами. Хозяйственно-бытовые сточные воды всегда содержат большое количество микроорганизмов, которые являются продуктами жизнедеятельности человека. Среди них могут быть и патогенные. Особенностью хозяйственно-бытовых сточных вод является относительное постоянство их состава. Основная часть органических загрязнений таких вод представлена белками, жирами, углеводами и продуктами их разложения. Неорганические примеси составляют частицы кварцевого песка, глины, соли, образующиеся в процессе жизнедеятельности человека. К последним относят фосфат, гидрокарбонаты, аммонийные соли (продукт гидролиза мочевины). Из общей массы загрязнений бытовых сточных вод на долю органических веществ приходится 45-58%.

Состав хозбытовых стоков по всему миру примерно одинаков. При работе руководствовались «Методическими рекомендациями МДК 3-01.2001, утверждёнными приказом Госстроя России от 06.04.2001 №75» (https://files.stroyinf.ru/Data2/1/4294847/4294847723.htm, Приложение 6), где указаны усреднённые характеристики качества бытового стока, отводимого абонентами жилищного фонда населенных пунктов.

Способ очистки хозяйственно-бытовых сточных вод с химическим составом, соответствующим усредненным характеристикам качества бытового стока, среднестатистической кислотностью рН 6-8, отводимого абонентами жилищного фонда населенных пунктов, реализуют одним из следующих вариантов:

Вариант 1: определяют начальную кислотность обрабатываемой сточной воды, после чего кислотность обрабатываемой воды доводят, например, с 6-8 до рН 9-9,5 дозированием раствора гидроксида натрия NaOH.

С целью дезинфекции обрабатываемой воды и окисления органических соединений в обрабатываемую воду дозированно подают 0,5-0,9 мл/л активного окислителя гипохлорита натрия NaOCl, например, марки А (ГОСТ 11086-76).

С целью удаления растворенных газов и перемешивания гипохлорита натрия производят вакуумно-эжекционную обработку воды с полученной кислотностью 9-9,5 путем пропускания воды с расходом порядка 25 мл/мин через сопло Лаваля при атмосферном давлении Р=1 атм с насыщением воды кислородом воздуха при Т=20-25°С в течение 20 минут.

С целью удаления окисленных компонентов, а также для очистки воды от других загрязнений после вакуумно-эжекционной обработки воду подвергают электрокоагуляционной обработке с использованием растворимых электродов из алюминия при силе тока 3 А в течение 3 минут.

С целью доочистки, после проведения обработки и отделения осадка, обрабатываемую воду фильтруют, пропуская через фильтр, например, наполненный смолой КУ-2-8.

Вариант 2: определяют начальную кислотность обрабатываемой сточной воды. Дозированием раствора гидроксида натрия NaOH изменяют кислотность исходной обрабатываемой воды с 6-8 до рН 9-9,5. С целью очистки воды от соединений аммонийного азота перед вакуумно-эжекционной обработкой в обрабатываемую воду дозированно подают: 0,07-1 г/л сульфата магния, или стехиометрическое количество хлорида магния и 0,03-0,3 мл/л ортофосфорной кислоты, или стехиометрическое количество другой соли ортофосфорной кислоты, например, фосфат натрия или тринатрийфосфат. После этого производят вакуумно-эжекционную обработку воды путем пропускания воды с расходом порядка 25 мл/мин через сопло Лаваля при атмосферном давлении Ратм=1 атм с насыщением воды кислородом воздуха при Т=20-25°С в течение 20 минут, после чего ожидают прохождения реакции в течение 30-120 минут. В результате реакции в воде формируется полезный побочный компонент – струвит (удобрение пролонгированного действия).

С целью удаления окисленных компонентов, а также для очистки воды от других загрязнений, образовавшихся после вакуумно-эжекционной обработки, воду подвергают электрокоагуляционной обработке с использованием растворимых электродов из алюминия при силе тока 3 А в течение 3 минут.

С целью доочистки, после проведения обработки и отделения осадка, обрабатываемую воду фильтруют, пропуская через фильтр, например, наполненный смолой КУ-2-8.

Пример использования способа по варианту 1: при начальной кислотности рН=6 исходной очищаемой воды, доводят кислотность обрабатываемой сточной воды до 9 дозированием раствора 0,1 г/л – 0,2 г/л гидроксида натрия NaOH, дезинфицируют воду подачей 0,5 мл/л гипохлорида натрия NaOCl. Вакуумно-эжекционной обработкой удаляют растворенные газы при атмосферном давлении Р=1 атм с насыщением воды кислородом воздуха при Т=25°С в течение 20 минут, производят электрокоагуляционную обработку воды с использованием растворимых электродов из алюминия при силе тока 3 А в течение 3 минут. Обработанную воду фильтруют через фильтр, наполненный смолой КУ-2-8.

В результате, при исходной кислотности очищаемой воды рН=6 и доведения до рН=9, содержании аммония 136 мг/л мл, ХПК=237 мгО2/л, АПАВ=0,72 мг/л, БПК=60 мг/л, после проведения очистки предложенным способом содержание аммония снижено до значений ПДК (0,5 мг/л мл), содержание нитрат-ионов, нитрит-ионов и фосфат-ионов не превышает значений ПДК, величина АПАВ на порядок ниже допустимого по ПДК, значение БПК в 3 раза меньше допустимого по ПДК. Химическое потребление кислорода (ХПК) не превышает ПДК для вод Камского бассейна.

Пример использования способа по варианту 2: при начальной кислотности рН=6 исходной очищаемой воды доводят кислотность обрабатываемой сточной воды до 9 дозированием раствора 0,1 г/л – 0,2 г/л гидроксида натрия NaOH. После этого дозируют в воду раствор хлорида магния 0,07 г/л (по Магнию), дозируют в воду три натрия фосфата или ортофосфорной кислоты 0,08 г/л (по PO4). Вакуумно-эжекционной обработкой удаляют растворенные газы при атмосферном давлении Р=1 атм с насыщением воды кислородом воздуха при Т=25°С в течение 20 минут, после чего воду отстаивают в течение 60-120 минут. В результате в воде формируется 1,1 грамма осадка, являющегося удобрением – струвитом.

Далее производят электрокоагуляционную обработку воды с использованием растворимых электродов из алюминия при силе тока 3 А в течение 3 минут и окончательно фильтруют через фильтр, наполненный смолой КУ-2-8.

Результаты реализации двух вариантов способа очистки хозяйственно-бытовых и коммунальных сточных вод приведены в Таблице 1.

Таблица 1

№ показателя Показатель Значение до очистки (рН=6-8) Значение после очистки (вариант 1) (рН=9-9,5) Значение после очистки (вариант 2) (рН=9-9,5) ПДК для вод рыбохоз.назначения (Приказ Минсельхоза России 13.12.2016 №552) 1 Аммоний, мг/л мл 136 0,5 0,5 0,5 2 Нитрат-ион, мг/л 0,2 4,58 3,69 40 3 Нитрит-ион, мг/л 0,02 0,0217 0,0426 0,08 4 Фосфат-ион, мг/л 18,1 0,05 0,5 0,61 (0,2 по Р) 5 ХПК, мгО2/л 237 20 20 25 (для рыбохозяйственных вод Камского бассейна) 6 АПАВ, мг/л 0,72 0,01 0,01 0,1 7 БПК, мг/л 60 1(2) 1 3(4)

где

ХПК – химическое потребление кислорода – показатель содержания органических веществ в воде,

БПК – кислородный эквивалент степени загрязненности сточных вод биохимически окисляемыми органическими веществами,

АПАВ – анионные поверхностно-активные вещества.

Таким образом, в результате использования обоих вариантов очистки хозяйственно-бытовых стоков показатели очищенной воды, приведенные в Таблице 1, удовлетворяют требования ПДК для вод рыбохозяйственного назначения.

Изобретение относится к электрохимическим методам очистки хозяйственно-бытовых сточных вод и коммунальных стоков. В способе очистки сточных вод доводят кислотность обрабатываемой воды до рН 9-9,5 раствором NaOH. Затем проводят дезинфекцию и окисление органических соединений с использованием NaOCl в объеме 0,5-0,9 мл/л или подают 0,07-1 г/л сульфата магния, или стехиометрическое количество хлорида магния и 0,03-0,3 мл/л ортофосфорной кислоты, или стехиометрическое количество фосфата натрия или тринатрийфосфата. После раствор перемешивают и ожидают прохождения реакции 30-120 минут. Затем проводят вакуумно-эжекционную обработку путем пропускания очищаемой воды с расходом 25 мл/мин через сопло Лаваля при атмосферном давлении Р=1 атм с насыщением воды кислородом воздуха при Т=20-25°С в течение 20 минут. После этого проводят электрокоагуляционную обработку с использованием растворимых электродов из алюминия при силе тока 3 А в течение 3 минут. Доочистку воды производят фильтрованием с использованием фильтра, например, наполненного смолой КУ-2-8. Обеспечивается качество очистки хозяйственно-бытовых сточных вод и коммунальных стоков до нормативов предельно-допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного назначения. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 пр.

1. Способ очистки хозяйственно-бытовых и коммунальных сточных вод, осуществляемый благодаря тому, что доводят кислотность исходной обрабатываемой воды до рН 9-9,5 дозированием раствора гидроксида натрия NaOH, после чего производят дезинфекцию и окисление органических соединений в обрабатываемой воде или очищают воду от соединений аммонийного азота перед вакуумно-эжекционной обработкой, при этом, после дезинфекции или очистки воды от соединений аммонийного азота, производят вакуумно-эжекционную обработку, после чего удаляют окисленные компоненты и загрязнения путем электрокоагуляционной обработки и далее производят доочистку обрабатываемой воды, отличающийся тем, что дезинфекцию и окисление органических соединений в обрабатываемой воде производят с использованием гипохлорита натрия NaOCl в объеме 0,5-0,9 мл/л, при этом очистку воды от соединений аммонийного азота производят путем дозированной подачи 0,07-1 г/л сульфата магния или стехиометрического количества хлорида магния и 0,03-0,3 мл/л ортофосфорной кислоты, или стехиометрического количества фосфата натрия или тринатрийфосфата, после чего раствор перемешивают и ожидают прохождения реакции в течение 30-120 минут, при этом вакуумно-эжекционную обработку производят путем пропускания очищаемой воды с расходом порядка 25 мл/мин через сопло Лаваля при атмосферном давлении Р=1 атм с насыщением воды кислородом воздуха при Т=20-25°С в течение 20 минут, при этом электрокоагуляционную обработку производят с использованием растворимых электродов из алюминия при силе тока 3 А в течение 3 минут.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что доочистку воды производят с использованием фильтра, наполненного смолой КУ-2-8.