способ комплексной очистки промышленных сточных вод и устройство для его реализации

Формула изобретения

1. Способ очистки сточных вод, характеризуемый предварительной очисткой сточных вод в реакторе коагуляционно активным железосодержащим осадком пульпы гальванокоагулятора, полученным при последующей очистке сточных вод, и флокулянтом, дальнейшим отстаиванием предварительно очищенных сточных вод в отстойнике и последующей очисткой их осветленной части в гальванокоагуляторе с загрузкой железа и кокса, и глубокой доочисткой этих сточных вод методом шпинельной ферритизации за счет подщелачивания получаемой пульпы гальванокоагулятора до pH 8,5÷9,0 с отстаиванием и направлением осадка пульпы на предварительную очистку, а полученной жидкой фазы - на фильтрацию.

2. Устройство для очистки сточных вод, характеризуемое наличием последовательно соединенных реактора предварительной очистки, первичного отстойника, гальванокоагулятора, реактора-ферритизатора, вторичного отстойника и механического фильтра, при этом к выходу по осадку первичного отстойника подключены последовательно соединенные накопитель осадка и фильтр-пресс, выход по осадку гальванокоагулятора через реактор-ферритизатор подключен к реактору предварительной очистки, а к реактору предварительной очистки и реактору-ферритизатору подведены магистрали подачи воздуха.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что выход механического фильтра соединен со средством для доочистки воды сорбционными или ионообменными материалами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к очистке промышленных сточных вод от ионов тяжелых металлов, цианидов, токсичных органических веществ, красителей, ПАВ и т.д., с одновременным снижением солесодержания очищенных стоков до уровня качества воды оборотного водоснабжения и получением при очистке стоков реально утилизируемого осадка, и может быть использовано в качестве локальных очистных сооружений различных областей производства.

Известен (RU патент 2161137, С02F 1/463, 2000) способ очистки промышленных сточных вод, включающий гальванокоагуляцию с использованием гальванопар и разделение твердой и жидкой фаз. Согласно известному способу перед гальванокоагуляцией проводят предварительную очистку сточных вод в усреднительной емкости, в которую направляют осадок после гальванокоагуляции, образовавшуюся смесь подвергают магнитоакустическому резонансному воздействию, а гальванокоагуляцию предварительно очищенной жидкой фазы осуществляют последовательно в два этапа, причем на первом этапе гальванопара образована из частиц кокса и железа, а на втором - из частиц кокса и алюминия, после отделения очищенных сточных вод от осадка его направляют в усреднительную емкость. Предпочтительно магнитоакустическое резонансное воздействие осуществляют в звуковом диапазоне частот с мощностью излучения 15-20 мВт один раз в сутки в течение 50-60 мин.

Известен (RU патент 2221757, С02F 9/06, 2004) способ очистки сточных вод, заключающийся в гальванокоагуляционной очистке сточных вод в вертикально расположенном барабане путем перемешивания гальваномассы и сточных вод при помощи шнека с увеличивающимся снизу вверх шагом винта с одновременной подачей снизу в барабан потока воздуха, причем в барабан подают поток воздуха, обогащенного кислородом, а после гальванокоагуляционной очистки сточные воды подвергают флокуляционной очистке с использованием в качестве флокулянта полидиметилдиаллиламмонийбромида с концентрацией 0,8-1,2 мг/дм³.

Известен (RU патент 2074125, С02F 1/463, 1997) способ очистки сточных вод гальванокоагуляцией с использованием гальванопары, образованной железным анодом и углеродным катодом в присутствии инертного материала с диэлектрическими свойствами.

Известен коагулятор барабанный (Коагулятор барабанный. Техническое описание КК 234.00.000 ТО. "Казмеханобр". Алма-Ата, 1985), содержащий помещенную во вращающийся барабан гальваническую пару двух металлов или металла и графита для внесения ионов железа с целью связывания фосфатов в нерастворимое вещество - фосфат железа.

Известна (RU патент 2183592, С 02 F 1/463, 2002) установка для биохимической очистки сточных вод, включающая резервуар, разделенный перегородками на секции и отсеки многоступенчатых биореакторов, системы коммуникаций для подвода, распределения и отвода сточных вод, рециркуляции иловых смесей, подвода воздуха, устройство для разделения разбавленных иловых смесей на иловую воду и сгущенный ил, устройство для приготовления и внесения в очищаемую воду реагентов, волокнистую насадку для удерживания иммобилизированных гидробионтов и приспособления для ее фиксации в объеме биореакторов, причем каждая секция многоступенчатых биореакторов на первой ступени выполнена двукоридорным аэротенком со свободноплавающим активным илом для создания режима вытеснения, разделена по длине коридоров на не менее 5-6 отсеков негерметичными поперечными перегородками, снабжена на входе стоков в первый коридор аэротенка водосливными водоизмерительными приспособлениями, а на выходе стоков из второго коридора аэротенка - пульсационными илоотделителями; перед ступенями биореакторов, работающими с иммобилизированными на волокнистой насадке гидробионтами, каждая секция биореакторов снабжена гальванокоагулятором с анодами из железной стружки (скрапа) и медными или графитовыми катодами, трубопровод осветленной от активного ила первой ступени биореакторов сточной жидкости сообщает илоразделитель и гальванокоагулятор секции посредством водосливного и измерительного приспособления, гальванокоагулятор помещен в лоток очищенной сточной жидкости, направляющий ее во вторую ступень биореакторов, насадка из волокнистых полимерных элементов, например ершей, закреплена на капроновых канатах, зафиксированных в объеме коридоров секций и отсеков распорками из пластмассовых труб или других профилированных элементов, обладающих устойчивостью на продольное сжатие.

Известна (SU авторское свидетельство 1142452, С02F 1/46, 1985) установка электрохимической очистки сточных вод, содержащая последовательно установленные соединенные с резервуаром-усреднителем электрокоагулятор, отстойник с блоком параллельных пластин и узел обезвоживания осадка. Также установка содержит соединенные последовательно смеситель и водоворотную камеру хлопьеобразования, установленные между электрокоагулятором и отстойником, при этом смеситель соединен с верхней частью отстойника эрлифтным трубопроводом.

Недостатком всех вышеприведенных решений следует признать неполноту удаления ионов тяжелых (цветных) металлов.

Техническая задача, реализуемая посредством предлагаемого технического решения, состоит в усовершенствовании способа очистки сточных вод.

Технический результат, получаемый при реализации предлагаемого технического решения, состоит в снижении общего солесодержания очищенных стоков до уровня качества воды оборотного водоснабжения и получение при очистке стоков реально утилизируемого осадка.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать комплексную технологию глубокой очистки промышленных сточных вод (КТГО ПСВ), при реализации которого предварительно (1-ая ступень очистки) осуществляют очистку исходных сточных вод в реакторе, куда постоянно дозировано подают магнитовосприимчивый железосодержащий осадок отстоявшейся пульпы гальванокоагулятора с загрузкой в качестве элементов, образующих в процессе работы гальванопару, железо и кокс, используемого на второй ступени очистки. Для активации сорбционных и коагуляционных реакций осадка пульпы и загрязнений очищаемых стоков в реактор постоянной подают воздух путем мелкодисперсной аэрации. Для флокуляции мелкодисперсных взвешенных частиц, предварительно очищенных действием магнитовосприимчивого железосодержащего осадка отстоявшейся пульпы гальванокоагулятора стоков, предпочтительно используют флокулянт ВПК-402 с концентрацией 1,0-1,2 мг/дм³. После отстаивания осветленные предварительно очищенные стоки проходят основную очистку в гальванокоагуляторах с загрузкой железо и кокс (II-ая ступень очистки). Глубокую доочистку стоков от ионов тяжелых металлов, излишнего количества ионов железа гальванокоагуляции и остаточных количеств органических веществ (красителей, животных и растительных жиров, масло-нефтепродуктов) осуществляют (III-я ступень очистки) методом шпинельной ферритизации (III-я ступень очистки). Этот метод основан на образовании из магнитовосприимчивых частиц железа пульпы гальванокоагулятора при подщелачивании ее до pH 8,0-9,0 ферромагнитных частиц железа и на их основе ферритов тяжелых и цветных металлов. При этом в качестве щелочного раствора можно использовать щелочные отработанные растворы гальванопокрытий, промывные сточные воды процессов обезжиривания шубно-меховых и кожевенных производств, и т.п., которые также в процессе очистки сточных вод необходимо индивидуально нейтрализовать. В финальной стадии этой ступени очистки проводят отстаивание ферритизированной пульпы и фильтрацию осветленных растворов. Для доведения качества очищенной воды до уровня требований сброса в водные объекты рыбохозяйственного назначения необходимо выполнить доочистку остаточных загрязнений сорбционными и ионообменными материалами (IV-ая ступень очистки).

Коагуляционные и сорбционные свойства пульпы гальванокоагулятора были подтверждены рентгеноструктурными и радиоспектрометрическими методами анализа, а также результатами лабораторных исследований и практического внедрения. При этом было выявлено, что электрохимически полученная пульпа гальванокоагулятора с электродами железо и кокс представлена в основном гидроксидами и магнитовосприимчивыми формами железа типа -Fe₂O₃, Fe ₃O₄, - и -FeOOH в виде лепидокрокита и магнетита. Эта пульпа находится в более далеком от термодинамического равновесия состоянии, чем подобные реагенты, полученные химическим путем, и имеют в связи с этим более высокую внутреннюю и поверхностную энергию, а следовательно, и сорбционную и ионообменную способность.

Для реализации способа заявителем был разработан метод «шпинельной ферритизации» - глубокой доочистки сточных вод, при котором в качестве железосодержащего реагента используют ферромагнитные частицы осадка пульпы очищаемых растворов после гальванокоагулятора с железным и угольным (коксовым) электродами.

Наиболее полно, с образованием кристаллов сорбционных форм железа и ферритов тяжелых металлов, процесс проходит в щелочной среде с рН 8,5÷9,5.

Интенсификацию окисления Fe²⁺ в Fe³⁺ , процессов образования магнитовосприимчивых форм железа, а также на их основе ферритов тяжелых и цветных металлов производят в дополнительном реакторе-«ферритизаторе», где пульпу подщелачивают любым щелочным раствором и насыщают кислородом, предпочтительно, за счет мелкодисперсной аэрации сжатого воздуха. Твердую фазу пульпы осаждают в отстойниках.

В образовании ферритов тяжелых металлов участвуют только магнитные оксидные и гидроксидные формы железа, имеющие кубическую кристаллическую структуру типа шпинели. При шпинельной ферритизации в этих соединениях происходит замещение атома железа ионом тяжелого (цветного) металла. В частности, могут происходить следующие процессы: Cr³⁺ FeO·Cr₂O₃ , Ni²⁺ NiO·Fe₂O₃ , и т.п.

При реализации способа обычно осуществляют ряд последовательных технологических операций по очистке от различных загрязнений:

- разделение (при возможности) стоков на кислые с ионами цветных и тяжелых металлов, в том числе с шестивалентного хрома, с pH 4 и щелочные стоки, с pH 10;

- предварительная очистка исходных сточных вод от ионов тяжелых и цветных металлов и различных органических веществ ферромагнитными частицами осадка пульпы гальванокоагулятора с последующей в нем их очистке (1-ая ступень очистки);

- флокуляция скоагулированных ферромагнитными частицами осадка пульпы гальванокоагулятора загрязнений предпочтительно с использованием в качестве флокулянта «Проестол» с концентрацией 1,0-1,2 мг/дм ³;

- отстаивание предварительно очищенных и обработанных флокулянтом стоков от взвешенных веществ, в том числе скоагулированных ферромагнитными частицами органических веществ, в скоростных отстойниках;

- основная очистка осветленных предварительно очищенных стоков от ионов тяжелых и цветных металлов методом гальванокоагуляции с загрузкой гальванокоагуляторов гальванопарой Fe и С (II-ая ступень очистки);

- глубокая доочистка полученных растворов II-ой ступени очистки и очистка щелочных стоков от различных загрязнений методом "шпинельной ферритизации" за счет сорбционных и ионообменных свойств ферромагнитных частиц пульпы гальванокоагулятора (III-я ступень очистки);

- дальнейшая очистка стоков от взвешенных ферритов и деструктированных органических веществ отстаиванием и фильтрацией;

- в необходимых случаях последующая очистка стоков от остаточных органических загрязнений сорбционными материалами, а остаточных концентраций ионов тяжелых металлов ионообменными материалами (ионообменными смолами и неткаными материалами типа ВИОН, углеродными материалами типа "Бусофит", специальными цеолитами и т.п.).

При реализации способа используют устройство, содержащее последовательно соединенные реактор предварительной очистки с использованием аэрации и флокуляции, первичный отстойник, гальванокоагулятор, ферритизатор с системой подщелачивания и аэрации, вторичный отстойник и механический фильтр, при этом к выходу по осадку первичного отстойника подключены последовательно соединенные накопитель осадка и фильтр-пресс, выход по осадку гальванокоагулятора подключен к реактору предварительной очистки стоков, а к реактору предварительной очистки и реактору - ферритизатору подведены магистрали подачи сжатого воздуха. В предпочтительном варианте реализации выход механического фильтра соединен со средством доочистки воды сорбционными или ионообменными материалами.

Реактор предварительной очистки представляет собой емкость, в которую дозировано подают флокулянт и обычно через мелкодисперсные аэраторы - сжатый воздух; скоростные трубчатые отстойники, которые представляют собой цилиндрические (в плане) емкости с конусным дном для накопления осадка и блоком полиэтиленовых труб, установленных в цилиндрической части отстойников под углом 60° к горизонту; реактор - ферритизатор, аналогичный реактору предварительной очистки, но с вводом к аэраторам щелочных растворов.

При реализации предлагаемого способа используют стандартные гальванокоагулятор, механический фильтр, накопитель осадка, фильтр-пресс и, при необходимости, системы сорбционной и ионообменной доочистки воды.

На чертеже приведена блок-схема базовой установки, реализующей предлагаемый способ, при этом использованы следующие обозначения: усреднитель - реактор предварительной очистки 1, первичный скоростной отстойник 2, гальванокоагулятор 3, реактор-ферритизатор 4, вторичный скоростной отстойник 5, механический фильтр 6, средство доочистки 7 с сорбционными и ионообменными материалами, накопитель осадка 8 и фильтр-пресс 9.

В базовом варианте способ реализуют следующим образом.

По возможности проводят разделение сточных вод на кислые с ионами цветных и тяжелых металлов, в том числе шестивалентного хрома с рН<4 и щелочные стоки с рН>10. Затем проводят первую стадию очистки, включающую предварительную очистку исходных сточных вод ферромагнитными частицами осадка пульпы гальванокоагулятора и флокулянтом ВПК-401 при одновременной мелкодисперсной аэрацией объема сточных вод кислородом воздухом, с последующим отстаиванием взвешенных ферромагнитных частиц и загрязнений, в скоростных трубчатых отстойниках (I-ая ступень очистки). Затем проводят вторую стадию очистки предварительно очищенных сточных вод от ионов тяжелых (цветных) металлов и органических веществ в гальванокоагуляторе (II-ая ступень очистки), в который предварительно помещена загрузка в виде железного скрапа и кокса (II-ая ступень очистки).

Продукт обработки стоков (пульпа) направляют в реактор-ферритизатор на третью стадию очистки, куда также подают воздух для аэрации и щелочные растворы (III-я ступень очистки), а затем в отстойник. Из отстойника осадок пульпы направляют в реактор предварительной очистки стоков, а жидкую (осветленную) фазу - на механический фильтр. На третьей ступени очистки максимально удаляют ионы тяжелых и цветных металлов и органические загрязнения.

Затем, при необходимости, проводят четвертую стадию очистки, где действием сорбционных и ионообменных материалов (ионообменные смолы и материалы типа ВИОН, углеродные материалы типа "Бусофит", цеолиты и т.п.) получают воду, качество которой соответствует требованиям сброса ее в водоемы рыбохозяйственного назначения.

При очистке сточных вод гальванического производства ОАО «Каскад» г.Черкесска способом Комплексной технологии глубокой очистки были получены следующие результаты:

Таблица 1
Показатели	Ед. измерения	Количественная характеристика:
		До очистки	После очистки
РН		3,5	8,5
Си2+	мг/л	10,0	0,001
Zn2+	мг/л	4,8	0,01
Ni2+	мг/л	30,0	0,001
Sn2+	мг/л	20,0	нет
Wi2+	мг/л	0,2	нет
CN-	мг/л	2,4	нет
R	мг/л	45,2	2,2
Fe2+	мг/л	-	0,25

Результаты очистки хромсодержащих сточных вод шубного производства ООО «Лермонтовский меховой комбинат» приведены в табл.2.

Общие результаты очистки сточных вод ОАО ПКФ «Глория-Джинс» «Комплексной технологией глубокой очистки ПСВ» Таблица 4
Стоки	Наименование и концентрации загрязнений, мг/л
	рН	Прозрачность, см	Цвет	ХПК, мгО2/л	Взвешен. вещества	Cu2++Cr6+
Исходные	7,8	0	Синий	900	700	0,094
После очистки	7,6	30	Нет	20,3	4,2	Отсутствие

Таким образом, при реализации вышеприведенного технического решения происходит снижение общего солесодержания очищенных стоков до уровня качества воды оборотного водоснабжения и получение при очистке стоков реально утилизируемого осадка.