способ очистки сточных вод

Формула изобретения

1. Способ очистки сточных вод от взвешенных, неорганических, органических веществ, включающий флотацию, коагуляцию, флокуляцию, фильтрацию, озонирование и отделение осадка, отличающийся тем, что процессы флотации, коагуляции, флокуляции, озонирования, фильтрации и отделение осадка осуществляются в одном аппарате, а остаточный озон подается вместе с воздушной смесью на стадию флотации.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве коагулянта используется сульфат железа (II) в количестве 10 - 12 мг/л, а в качестве флокулянта 0,1%-ный раствор карбоксиметилцеллюлозы в расчете 0,01 л 0,1%-ного раствора карбоксиметилцеллюлозы на 1 л очищаемой воды.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс озонирования проводится с концентрацией озона 15 - 18 мг/л в озоновоздушной смеси при избыточном давлении 0,2 - 0,3 атм. в течение 15 мин.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что остаточный озон в количестве 0,75 - 0,9 мг/л подается вместе с воздушной смесью на стадию флотации.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в аппарате для очистки сточных вод озоновоздушной смесью осуществляется деление камер флокуляции и фильтров перегородкой на две части.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что процессы коагуляции, флокуляции, озонирования полностью автоматизированы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к комплексной обработке сточных вод, обеспечивающей одновременно ее очистку, обеззараживание и дезодорацию, в частности к обработке бытовых и промышленных стоков.

Известен способ очистки бытовых сточных вод, включающий их усреднение, коагуляцию, озонирование, фильтрацию, отделение осадка и его обработку, удаление очищенной воды, отличающийся тем, что сточные воды подвергают электрокоагуляции, которую проводят в две стадии с промежуточным отделением осадка и четырехступенчатой фильтрацией, при этом электрокоагуляцию на первой стадии ведут одновременно с электроокислением в электролизере, снабженном блоками нерастворимых и растворимых электродов, а четырехступенчатую фильтрацию осуществляют при озонировании в фильтрах второй и четвертой ступеней, сорбции и демицелизации при озонировании в фильтрах второй и четвертой ступеней, причем фильтры I и IV ступеней загружены нейтральным зернистым материалом, а II и III - активированным углем, непрерывно регенерируемым при озонировании в теле фильтра (Патент РФ N 2104968, 6 C 02 F 9/00, 1998).

К причинам, препятствующим достижению технического результата относятся: многостадийность процесса очистки, длительность процесса в его исполнении, значительный расход в качестве фильтра активированного угля и металла для ежегодного изготовления электродов, процесс энергоемкий и трудоемкий.

Наиболее близким является способ очистки стоков, включающий озонирование с последующей коагуляцией и флотацией и отделением жидкости от твердого осадка, отличающийся тем, что озонирование осуществляют в циркуляционном контуре, а также в этом контуре на стоки осуществляют взаимодействие ультразвуком и стоки далее смешивают с сорбентом на основе цеалита, и/или золы от сжигания торфа, и/или сланцев, и/или пыли, являющейся отходом при производстве цемента, после чего полученную жидкую фракцию гомогенизируют с изменением pH до не менее 3, подают сорбент и увеличивают pH жидкой фракции до не менее 10, смешивают с коагулянтом и/или флокулянтом, после чего ее отстаивают с коррекцией pH до нормальной величины, далее жидкость насыщают воздухом и воздействуют ультразвуком в режиме кавитации и далее воздействуют ультрафиолетовым излучением в непрерывном или импульсном режиме с частотой импульса 1-10 Гц и плотностью мощности не менее 20 кВт/м² (Патент РФ N 2116264 6 C 02 F 9/00, 1/32, 1/24, 1/28, 1/36, 1/52, 1/66, 1/78, 1998).

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в предлагаемом способе очистки сточных вод от взвешенных, неорганических и органических веществ, включающем флотацию, коагуляцию, флокуляцию, озонирование, фильтрацию и отделение осадка, все эти процессы очистки осуществляются в одном аппарате, а остаточный озон подается вместе с воздушной смесью вновь на стадию флотации.

Во флотаторе макромолекулы адсорбируются на поверхности твердых или жидких коллоидных частиц, как бы прилипают к мелким пузырькам воздуха, образуя флотоагрегаты. Плотность флотоагрегатов меньше плотности воды, и они всплывают, образуя на поверхности флотационную пену, включающую загрязнители, в частности жиры, нефтепродукты, взвешенные вещества и т.д.

При дальнейшей обработке частично очищенных во флотаторе сточных вод коагулянтом сульфатом железа (II) образуется мелкодисперсный осадок. Для его укрупнения добавляется флокулянт 0,1% раствор, карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ), который способствует образованию прочных и легко отщепляемых от воды хлопьев. Применение флокулянта облегчает последующую очистку сточных вод на фильтре. После очистки сточных вод методами флотации, коагуляции, флокуляции и фильтрования в них остается 28-30% загрязнителей (органических и неорганических веществ).

К причинам, препятствующим достижению технического результата относятся: многостадийность процесса очистки, длительность в его исполнении, значительный расход реагентов при многократном изменении pH, привязанность к определенному производству (сорбент - отходы при производстве цемента) или месторождению (торф, сланцы), вырабатываемое под действием поля УЗ количество озона мало и недостаточно для очистки стоков, процесс энергоемкий и трудоемкий.

Задача: разработка технологически выгодного способа очистки бытовых и промышленных сточных вод от взвешенных, неорганических и органических веществ, исключение выброса экологически вредных загрязнителей в окружающую среду, использование очищенных стоков в водообороте.

При осуществлении изобретения может быть получен следующий технический результат: снижение временного фактора и повышение степени очистки за счет проведения процессов флотации, коагуляции, флокуляции, озонирования, фильтрации и отделение осадка в одном аппарате, отсутствие образования при процессе озонирования вредных веществ для жизнедеятельности человека, использование стандартного оборудования, непрерывность и автоматизация процесса очистки, использование остаточного озона для ускорения процесса очистки, протекающего на стадии флотации.

Далее оставшиеся загрязнители окисляются озоном. Действие озона в процессе окисления может происходить в трех различных направлениях: непосредственное окисление с участием одного атома кислорода, присоединение целой молекулы озона к окисляемому веществу с образованием неустойчивых озонидов, каталитическое усиление окисляющего воздействия кислорода, присутствующего в озонируемом воздухе. В результате окислительного воздействия озона на загрязнители образуются либо малорастворимые осадки, либо нетоксичные вещества, что позволяет окончательно очистить стоки до норм ПДК. Проведение процессов предварительной очистки сточных вод до озонирования сокращает расход озона и электроэнергии.

Таким образом, процесс очистки сточных вод от взвешенных, неорганических, органических веществ методами флотации, коагуляции, фильтрации, озонирования с отделением осадка проводится в одном аппарате, что значительно сокращает капиталовложения при строительстве очистных сооружений, позволяет получать стоки высокой степени очистки, а также сказывается на снижении эксплутационных расходов, снижении материальных затрат.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научным источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существующим признакам заявленного изобретения, а определение из перечисленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналогов, позволил выявить совокупность существующих по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте изложены в формуле изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизны" по действующему законодательству. Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию изобретательский уровень по действующему законодательству.

На чертеже представлена схема аппарата /1/ для реализации способа очистки сточных вод. В предложенном способе сточные воды с pH 7,6-7,9, содержащие взвешенные, неорганические, органические вещества из приемной емкости, подают на механическую очистку. Пройдя предварительно через эжектор и сатуратор, сточные воды в виде водовоздушной смеси поступают во флотатор /2/. Во флотаторе за счет интенсивного выделения мелких пузырьков ранее растворенного воздуха осуществляется захват загрязнителей, и они выносятся в верхний слой воды в виде пены, которая сбрасывается в пеносборную емкость /3/. Продолжительность процесса флотации 4-6 мин. Из флотатора /2/ сточные воды поступают в камеру коагуляции /4/, куда дозируется сухой коагулянт сульфат железа (II) в количестве 10-12 мг/л. При тщательном перемешивании в течение 3-4 мин образуется мелкодисперсный осадок. Из камеры коагуляции /4/ сточные воды с мелкодисперсным осадком проходят в камеру флокуляции /5/. Сюда же дозируется 0,1% раствор флокулянта КМЦ в расчете 0,01 л 0,1% раствора КМЦ на 1 л очищаемой воды. В течение 6-8 мин происходит укрупнение осадка с образованием хлопьев. Из камеры флокуляции /5/ сточные воды поступают на фильтр - первый каскад /6/. Камера флокуляции /5/, фильтр /6/ и накопитель фильтрованной воды /7/ разделены перегородкой на две части, что позволяет эксплуатировать их поочередно и обеспечивать, тем самым, непрерывность процесса. Из накопителя /7/ фильтрат проходит в камеру озонирования /8/. Озоновоздушная смесь (ОВС) с концентрацией озона 15-18 мг/л подается противотоком с избыточным давлением 0,2-0,3 атм и контактирует со сточными водами в течение 15 мин. После озонирования сточные воды с образовавшимся осадком поступают на второй каскад фильтрации - фильтр /9/, где осадок задерживается. Второй каскад фильтрации также поделен на две части для обеспечения непрерывности процесса очистки. Озоновоздушная смесь, прошедшая камеру озонирования и содержащая остаточный озон 0,75-0,9 мг/л, подается в камеру флотации по трубе /10/.

Очищенная вода с pH 6,9-7,1 выводится в накопительную емкость по трубе /11/, которая обеспечивает гидрозатвор до флотатора. Продолжительность полной очистки сточных вод составляет 0,8-0,9 ч.

При концентрации озона в ОВС ниже 15 мг/л наблюдается снижение БПК_полн., а увеличение концентрации озона в ОВС свыше 18 мг/л сказывается незначительно на эффективности окисления БПК_полн.

При добавлении коагулянта сульфата железа (II) менее 10 мг/л наблюдается незначительное выпадение осадка и требуется больше времени для его образования. Внесение коагулянта свыше 12 мг/л не вызывает более интенсивного выпадения осадка.

В таблицах 1 и 2 приведены результаты очистки бытовых и промышленных сточных вод предлагаемым способом.

Предлагаемый способ очистки сточных вод позволяет по сравнению с прототипом:

- провести весь процесс очистки сточных вод - флотацию, коагуляцию, флокуляцию, фильтрацию, озонирование, обеззараживание, дезодорацию и отделение осадка в одном аппарате;

- сэкономить расход электроэнергии, повысить производительность очистки воды за счет сокращения времени проведения процесса;

- получить сточные воды высокой степени очистки;

- использовать очищенные сточные воды в замкнутом цикле;

- сократить занимаемые под строительство площади.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству.