Способ доочистки сточных вод от примесей и устройство для его осуществления Советский патент 1988 года по МПК C02F1/66 C02F1/66 C02F101/10 C02F103/02 

I u ttnpatfuji -- . fyoHtf/jfa

Способ доочистки сточных вод заключается в следующем, В биохимически окисленную сточную воду с рН ,0 вводят биогаз, образующийся при биологической очистке и содержащий до 2-3% углекислого газа. Газоводное отношение устанавливают в пределах (80:1,0)-(100:1,0). Предлагаемый способ реализуется в устройстве, состоя- |Щем из корпуса 1, разделенного пере- 1городкой 2 на камеру 3 карбонизации I и-фильтровальную камеру 4 с загрузкой 21. Устройство содержит трубопроводы 47 и 48 подачи исходной воды и биогаза и трубопровод 45 отвода обработанной воды, а также гидрозатворы и сифоны 7, 18, 24 и 36, Исходная жидкость в камере 3 смешивается с биогазом и по трубе 43 через распределительное устройство 41 поступает в камеру 4, прохо;:ит через слой загрузки и выводится из установки. В устройстве предусмотрена промывка загрузки. 1 ил. 2 табл.

Изобретение относится к технологии доочистки бытовых и производственных сточных вод от примесей перед использованием их в качестве подпи- точной воды систем оборотного водоснабжения и сбросом в приемники сточных вод. Цель изобретения - снижение эксш1уата|1.нонных затрат путем сокращения количества диоксида углерода и уменьшения энергетических затрат. (Л 47 4 ОО 00 ел 4:: «f.

1

Изобретение OTHOCI TC;I к технологии доочистки бытовых и производственных сточных вод от примесей, в частности от фосфора, перед использованием их в качестве подпиточнрй воды систем оборотного водоснабжения и сбросом в приемники сточных вод.

Цель изобретения - снижение эксплуатационных затрат путем сокращения количества диоксида углерода и умень шения энергетических затрат.

Способ осуществляется следующим образом.

В биохимически окисленную, производственную и отстоенную сточную воду с рН около 11,0 вводят бйогаз, образующийся в сооружениях биологической очистки и содержащий до 2-3% углекислого газа по объему. При этом газоводное отношение устанавливают в пределах от 80:1 до 100:1, что обеспечивает снижение рН до 9,3, ниже которого существенно .ускоряется ре.

акция нейтрализации и протекает при

минимальных потерях диоксида углерода даже в слое воды толщиной 40-50 см. Поэтому дальнейшая нейтрализация воды производится по известному способу, т.е. с одним диоксидом углерода, что позволяет обеспечить высокую точность осуществления процесса нейтрализации и привести воду в стабильное состояние при нашичии колебаний содержания COi в биогазе. Бйогаз подают под давлением 4-5 КПа, что поз- воляет практически полностью извлекать из него диоксид углерода в слое воды 40-50 см и использовать для

5

10

15

20

25

30

35

подачи биогаза высокопроизводительные и малоэнергоемкие центробежные вентиляторы.

Основной причиной большого КПД использования биогаза в таком достаточно тонком слое воды является интенсификация массопереноса взаимодействующих веществ из-за высокого газоводного отношения и продувки большого количества не участвуюпц1х в реакции нейтрализации газов,, интенсивно турбулИзирующих газоводную среду.

Пример 1. При комнатной температуре через 50-сантиметровый слой биохимически окисленной, известкованной и прошедшей отстойники сточной воды, содержащей остаточные концентрации фосфора, имеющей рН 11,1, бар- ботируют бйогаз, содержащий 2% COj по объему. Интенсивность барботажа при площади аэрации 0,45 м такова, что обеспечивает газоводное отношение равным 70:1. По рН, прошедшей аэрацию воды, КПД использования COj биогаза составляет 92%, а буферная емкость воды 1,5 мг-экв/л-jiH. Требуемая дополнительно для полной нейтрализации воды (до рН 8,1) доза диоксида углерода составляет 12 мг/л СО вводится за барботером по известному способу. Суммарные удельные энергозатраты на компр емирование поданного через барботер биогаза (под давлением ,4 КПа) и дополнительно введенного СО (40 КПа) равны 18 кВт -ч/м ,

Пример 2. На тех же барбо- тере и воде, что в примере 1, газоводное отношение равно 80:1, КПД использования СО биогаза определен равным 89%, доза СО по известному способу 13 мг/л, буоерная емкость 1,1 мг-экв/Л;рН и удельные энергозатраты 9 кВтич/м .

ПримерЗ, На тех же барботе- ре и воде, что в примере 1, газоводное отношение равно 95:1, КПД использования СО 2 биогаза определен равным 88%, доза СО - 11 мг/л, буферная емкость 1,0 МГ-ЭКВ/ЛарН и

удельные энергозатраты 8 кВтсч/м.

Пример 7. Через те же, что в примере 1 барботер и воду, при газо водном отношении 95: 1 лр -хпускают био- газ под давлением 4 кПа. Высота слоя воды принята равной 39 см, КПД исполь

Пример 4. На тех же барботе- 5 зования биогаза, подаваемого центроре и воде, что в примере 1, газоводное отношение равно 100:1 , КПД использования CO/J биогаза определен равным 88%, зода СО Ю мг/л, буферная емкость 1,0 мг-экв/л.рН и удельные энергозатраты 9 кВт -ч/м .

Пример 5. На тех же барботе- ре и воде, что в примере 1, газоводное отношение равно 120:1 , КПД использования СО биогаза определен равным 80%, доза COj 10 мг/л, буферная емкость 0,9 мг-экв/л рН и удельные энергозатраты 12 кВт -ч/м .

В табл. 1 полученные в примерах 1-5 опытные данные сопоставлены с данными испытаний по известному способу.

Из данных табл. 1 следует, что минимальных значений удельные энергозатраты и доза диоксида углерода достигают только в предлагаемом диапазоне газоводного отношения. При уменьшении, этого отношения до запредельных значений резко возрастает буферная емкость воды, а вместе с ней необходимая доза диоксида углерода, сжатие которой по известному I способу требует больших энергозатрат. При росте газоводного отношения за предлагаемый диапазон заметно падает КПД использования СО биогаза, и требуемая доза СО не снижается в широком диапазоне уменьшения газоводного отношения. Рост удельных энергозатрат в этом случае обуславливается относительным увеличением объема компремируемого биогаза на 1 м обрабатываемой воды.

Пример 6. Через те же, что в примере 1 барботер и воду, при газоводном отношении 95:1 пропускают биогаз под давлением 3 кПа. Исходя из необходимости обеспечения наибольшей производительности барботера при ог20

25

30

35

40

45

50

55

бежнйм вентилятором, определено равны 88%, доза СО 2 - 11 мг/л и удельные энергозатраты 8 кВт ч/м- .

Пример 8. Через те же, что в примере 1 барботер и поду,, при газоводном отношении 95:1 пропускают биогаз под давлением 4,5 кПа. Высота слоя воды принята равной 44 см. КПД использования СО/2 биогаза, подаваемого центробежным вентилятором, определено равным 89%, доза СО 2 Ю мг/л и удельные энергозатраты 7 кВт -ч/м.

Пример 9. Через те же, что в примере 1 барботер и воду при газоводном отношении 95:1 пропускают биогаз, подаваемый центробежным вентилятором, под давлением 5 кПа. Высота слоя яоды принята равной 49 см КПД использования СО биогаза определен равным 90%, доза СО-2 9 мг/л и удельные энергозатраты 6 кВт -ч/м.

Пример 10. Через те же, что в примере 1, барботер и воду, при газоводном отношении 95:1 пропускают биогаз под давлением 6 кПа с помощью воздуходувки. Высота слоя воды принята равной 59 см. КПД использования СО биогаза определен равным 92%, доза СО 7 мг/л и удельные энергозатраты 10 кВт.ч/м.

В табл. 2 полученные в примерах 6-10 опытные данные сопоставлены с данными испытаний по известному способу.

Из данных табл. 2 следует,, что при предлагаемом диапазоне изменения давления биогаза удельные энергозатраты минимальны. При уменьшении давле ния до запредельных значений заметно возрастает потребность в дозе диоксида углерода из-за резкого снижения КПД использования СО биогаза в тонком слое воды, и как следствие, уве- личиваются удельные энергозатраты на

раниченной его площади аэрации, максимальная высота слоя воды в нем должна составлять 29 см. Тогда КПД использования С07 биогаза, подаваемого центробежным вентилятором, составляет 76%, доза СО2 по известному способу 16 мг/л и удельные энергозат- раты 15 кВт-ч/м .

Пример 7. Через те же, что в примере 1 барботер и воду, при газо водном отношении 95: 1 лр -хпускают био- газ под давлением 4 кПа. Высота слоя воды принята равной 39 см, КПД использования биогаза, подаваемого центро0

5

0

5

0

5

0

5

бежнйм вентилятором, определено равны 88%, доза СО 2 - 11 мг/л и удельные энергозатраты 8 кВт ч/м- .

Пример 8. Через те же, что в примере 1 барботер и поду,, при газоводном отношении 95:1 пропускают биогаз под давлением 4,5 кПа. Высота слоя воды принята равной 44 см. КПД использования СО/2 биогаза, подаваемого центробежным вентилятором, определено равным 89%, доза СО 2 Ю мг/л и удельные энергозатраты 7 кВт -ч/м.

Пример 9. Через те же, что в примере 1 барботер и воду при газоводном отношении 95:1 пропускают биогаз, подаваемый центробежным вентилятором, под давлением 5 кПа. Высота слоя яоды принята равной 49 см, КПД использования СО биогаза определен равным 90%, доза СО-2 9 мг/л и удельные энергозатраты 6 кВт -ч/м.

Пример 10. Через те же, что в примере 1, барботер и воду, при газоводном отношении 95:1 пропускают биогаз под давлением 6 кПа с помощью воздуходувки. Высота слоя воды принята равной 59 см. КПД использования СО биогаза определен равным 92%, доза СО 7 мг/л и удельные энергозатраты 10 кВт.ч/м.

В табл. 2 полученные в примерах 6-10 опытные данные сопоставлены с данными испытаний по известному способу.

Из данных табл. 2 следует,, что при предлагаемом диапазоне изменения давления биогаза удельные энергозатраты минимальны. При уменьшении давления до запредельных значений заметно возрастает потребность в дозе диоксида углерода из-за резкого снижения КПД использования СО биогаза в тонком слое воды, и как следствие, уве- личиваются удельные энергозатраты на

Г

IH

роцесс нейтрализации, а имеете с ними и на процесс доочистки воды в целом. С увеличением давления за предельное значение КПД использования СО биогаза повьпиается, поэтому доза диоксида углерода уменьшается, но :резко возрастают удельные энергозат- :раты из-за .необходимости перехода от центробежных вентиляторов к более :мощным воздуходувкам.

Предлагаемый сопоб доочистки сточ- ньгх вод от примесей может быть реализован в устройстве, представленном на чертеже.

Устройство состоит из корпуса, 1, разделенного наклонной перегородкой :2 на камеру 3 карбонизации и фильтровальную камеру 4, имеющую в нижней части дренажную решетку 5. Карбонизационная, камера 3 в центральной части имеет углубление 6, в котором I расположена емкость в виде опрокину- {того стакана 7, лоток 8 в виде периферического кольца, примь каюш,его кромкой 9 с зубьями 10 в верхней части к стенке корпуса, трубчатую распределительную систему 11 с отверстиями 12 для подачи биогаза и воздушный патрубок 13. Емкость 7 имеет воздушную трубку 14, гидравлический затвор 15 в виде изогнутой трубки, верхний открытый конец 16, который сообщен с атмосферой. Углубление 6 в перегородке 2 соединено трубой 17 с сифоном 18, представляющим собой устройство по типу труба в трубе. Фильтровальная камера 4 содержит периферийный лоток.19, соединенный с патрубком 20 для отвода промывной воды, зернистую загрузку 21, расположенную на решетке 5, отверстие 22, выполненное в корпусе фильтра вьш1е загрузки и сообщающееся с карманом 23. В нем размещен гидрозатвор 24 напорного сосуда, разделенного перегородкой 25 на камеры 26 и 27, сообщающиеся в нижней части. В днище 28 сосуда выполнен поплавковый кран 29 Камера 26 соединена трубкой 30 с воронкой 31 и трубкой 32 с углублением 6 перегородки. Камера 27 соединена трубкой 33 и трубкой, 34 с сифоном 18 и трубками 33 и 35 с гидрозатвором

36,Кроме того, фильтровальная каме- ее напором в гильзу 40 (при этом воздух ра 4 ниже дренажной решетки 5 имеет из нее вытесняется по трубке 42), из дырчатую распределительную систему которой при помощи распределитель37,соединенную центральной трубой; ного устройства 41 разбрызгивается ,

38,имеющей открытый конец 39. над поверхностью загрузки 21. Загруз

с емкостью 7. В средней части трубы 38 размещена гильза 40 в виде гидрозатвора, сообщающегося с распредели- тельной системой 41, и при помощи трубки 42 - с трубой гидрозатвора 15, а также сообщающаяся при помощи перепускной трубы 43 с сифоном 18, фильтровальная камера 4 в нижней части 44 соединена при помощи трубы 45 с гидрозатвором 36, который связан трубой 46 с резервуаром градирен системы оборотного водоснабжения промьш- ленного предприятия или приемником

5 сточных вод (на чертеже не показаны).

Устройство снабжено трубопроводом 47 для подачи обрабатываемой воды и трубой 48 для подачи биогаза из сооружений биохимической очистки

0 сточных вод.

Устройство работает следующим образом.

Обрабатываемая вода по трубопроводу 47 непрерывно поступает в лоток 8,

5 и одновременно по трубе 48 - биогаз. При помощи зубьев 10 на кромке лотка 8 вода равномерно распределяется по площади камеры 3 и постепенно заполняет ее. В рабочем режиме уровень воды в камере 3 поддерживается ниже днища лотка 8. При этом, за счет наличия гидрозатвора 15, в емкости 7 уровень воды не . достигает верхнего открытого конца 39 трубы 38, за счет чего в емкости 7 создается давление воздуха выще атмосферного. Гидравлическая система отрегулирована таким образом, чтобы рабочий уровень воды в камере 3 бьш постоянен при

0 рабочем режиме эксплуатации устройства и обеспечивал толщину слоя воды, равную 40-50 см. При этом слое и экспериментально подобранном оптимальном соотношении объема биогаза

5 к объему обрабатываемой воды в пределах от 80:1 до 100:1, достигается максимально возможная степень нейтрализации щелочности воды при минимальных затратах на доочистку.

Нейтрализованная вода по трубе 17 поступа;ет на сифон 18, полностью заполняет его (при этом воздух вытесняется по трубкам 34 и 33 и гидрозатвор 24) и по трубе 43 поступает под

0

5

0

ка работает в режиме ции. достигаемой за

сухой фильтра- счет соответствующей ориентации расположения гидрозатвора 36 относительно дренажной системы 5.

Вода сверху вниз протекает в толще зернистой загрузки 21, в которой задерживаются взвешенные вещества и образующиеся в процессе обработки частицы карбоната кальция, за счет чего вода полностью освобождается от взвешенных частиц и карбоната кальция. Очищенная вода, пройдя загрузку

21, поступает по трубе 45 в гидрозат- камере 3 при промывке добавляют кисвор 36, заполненный водой, (воздух излоту ТХ-ля снятия слоя карбонатных отнего вытесняется по трубкам 35 и 33)ложений в загрузке.

и по трубе 46 сливается в резервуар При понижении уровня воды в камере

градирни или приемник сточных вод.3 давление воздуха в сифоне 18 и гидВ процессе обработки воды зернис- 2орозатворе 36 постепенно снижается

тая загрузка 21 постепенно загряз-и при достижении уровня воды до рабоняется вз-весью и карбонатными отложениями, в результате чего ее сопротивление возрастает и уровень воды в камере 4 постепенно поднимается. При этом, вода через отверстия 22 заполняет карман 23, поплавок 29 постепенно всплывает, закрывая тем самым кран и прекращает выход из гидрозатвора 24 воды и воздуха. С этого момента устройство автоматически включается в режим промывки. Уровень воды в камере 26 гидрозатвора 24 повышается и водой заполняется вся трубка 30 до воронки 31, через которую избыточная вода, : стекающая по трубке 32, сливается на поверхность загрузки. Под напооом. павным оазнос- ти уровней между воронкой 31 и днищем 28 гидрозатвора 24, воздух в его камере 27 сжимается, вытесняя при этом воду из гидрозатвора 36 и одновременно из сифона 18. Отвод из устройства оч-и- ще-нной воды прекращается и поступление обрабатываемой воды из лсамеры 3 в камеру 4 также прекращается. За счет непрерывного пос упления по трубопроводу 47 обрабатываемой воды в устройство, ее уровень в камере 3 постепенно повьш1ается относительно ра- |бочего уровня. При достижении кромки сливного лотка 8 уровень воды в емкости 7 также повышается, при этом из нее через гидрозатвор 15 вытесняется сначала вода повьш1ающимся давле- gg отношении в пределах от 80:1,0 до нием воздуха, а затем воздух, который- 100:1,0 и давлении 4-5 КПа. выбрасывается наружу через открытый конец 16. В этот момент давление в емкости 7 резко снижается до атмос2. Устройство для доочистки сто ных вод от примесей, содержащее корпус, карбонизационную камеру.

1437354

ферного и вода под напором мгновенно заполняет ее, поступает по трубе 38 в распределительную систему 37 и снизу вверх проходит через толщу зернистой загрузки 21, разрыхляя ее и отмывая от загрязнений. Промывная вода, достигнув уровня лотка 19, сливается в него и по патрубку 20 отводится в голову узла доочистки сточных . вод. Промывка длится до тех пор пока уровень воды в камере ,3 не понизится до рабочего уровня. .Периодически, не чаще одного раза в год, в воду в

чей отметки это давленУ1е уменьшается до такой величины, что вода поступает в сифон 18 и гидрозатвор 36, т.е.

фильтр автоматически переводится в режим фильтрации; при этом уровень воды в камере 4 понижается, поплавок крана 29 опускается вниз, открывая этим выход воды и воздуха из гидрозатвора 24.

Применение способа доочистки сточных вод от примесей и реализукицего его устройства по сравнению с известным позволяет снизить потребность в диоксиде углерода с 60-80 г/м до 9-13 г/м, уменьшить удельные энергозатраты с 100-150 кВт.ч/м до 6-9 кВт-ч/м и снизить эксплуатационные затраты на доочистку в целом

на 30-35%.

Формула изобретения

отношении в пределах от 80:1,0 до 100:1,0 и давлении 4-5 КПа.

расположенную под ней фильтровальную камеру с зернистой загрузкой, сообщающиеся между собой при помощи перепускной .трубы с гидрозатвором на нижнем выходном конце и промывной трубы, верхний входной конец которой размещен в воздушном колпаке под Уровнем воды, поданяций и отводной трубопроводы, отличаю щееся тем, что, с целью снижения эксплуата- 1р1ионных затрат путем сокращения ко- JjIИчecтвa диоксида углерода и уменьше- йия энергетических затрат, карбонизационная камера снабжена трубопро- бодом подачи компремированного биоПоказатель

Газоводное отношение в предлагаемом способе

120:1 I 100:1 | 95:1 1 80:1 1 70:1

Удельные энергозатраты, кВт -ч/м

Доза диоксида углерода, мг/л

КПД использования СО биогаза, %

Буферная емкость обработанной биогазом воды, мг-экв/л.рН

газа, расположенным на перепускной трубе сифоном, отводной трубопровод снабжен гидрозатвором, а фильтровальная камера - гидрокомпрессором, выполненным в виде вертикальной емкости с поплавковым краном в нижней части, разделенной перегородкой на две секции, одна из которых соединен напорной трубкой с карбонизационной камерой, а другая - воздущной трубкой с сифоном на перепускной трубе и с гидрозатвором на отводном трубопроводе, при этом нижний выходной конец промывной трубы расположен ниже слоя зернистой загрузки.

Таблица 1

Известный способ

918

1316

8992

110

80

1,01,11,5

40

Таблица 2