Установка для очистки сточных вод от красителей

Заявленное техническое решение относится к устройствам для очистки сточных вод от красителей и может быть использовано в системах водоочистки текстильных, кожевенно-меховых, химических и др. предприятий.
Из существующего уровня техники известно, что для очистки сточных вод от трудноокисляемых органических соединений, в том числе от красителей, эффективно применять комбинированные методы, сочетающие в себе использование окислителей (пероксида водорода, озона и др.), катализаторов и физического воздействия. При этом удаётся достичь не только деструкции самого соединения, но и снижения содержания растворенного органического вещества, что свидетельствует о глубоком разрушении молекул и минимизирует риск формирования более токсичных соединений. [Кофман В. Я. Новые окислительные технологии очистки воды и сточных вод (часть 1) (обзор зарубежных изданий) //Водоснабжение и санитарная техника. 2013,  №10. – С.68-78; Кофман В. Я. Новые окислительные технологии очистки воды и сточных вод (часть 2) (обзор зарубежных изданий) //Водоснабжение и санитарная техника. 2013,  №11. – С.70-78; Giannakis S., Rtimi S., Pulgarin C. Light-Assisted Advanced Oxidation Processes for the Elimination of Chemical and Microbiological Pollution of Wastewaters in Developed and Developing Countries // Molecules. 2017,V.22, I.7. 1070].
Известна установка для очистки сточных вод от красителей, включающая последовательно расположенные по направлению движения обрабатываемой воды реактор-смеситель, устройство сухого дозирования окислителя, насос, гальванокоагулятор и блок для ультрафиолетового облучения воды в потоке, состоящий из  кварцевого трубчатого реактора, источника излучения – ртутной лампы низкого давления с максимумом излучения 254 нм, отражателя, выполненного в виде оболочки, в разрезе представляющей собой эллипс, при этом источник излучения и реактор размещены в зонах, соответствующих фокусам эллипса [Патент РФ № 145943, C02F9, 2014]. Недостатком устройств, включающих использование источников ртутных ламп является их низкий КПД преобразования электрической энергии в бактерицидное УФ-излучение (у лучших образцов не превышает 40 %), что приводит к существенным материальным затратам на очистку воды. Кроме того, использованные ртутные лампы относятся к отходам первого класса опасности, и это обуславливает необходимость организации специальных мест для их хранения и решения вопроса с утилизацией.
Вместе с тем непрерывно ведется разработка безртутных источников излучения. Одними из них являются эксилампы на эксимерных и эксиплексных молекулах, испускающих квазимонохроматический свет. По сравнению с традиционно используемыми они обладают большой энергией фотона, узкой полосой излучения и в них отсутствует ртуть.  [Бойченко А.М., Ломаев М.И., Панченко А.Н., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. Ультрафиолетовые и вакуумно-ультрафиолетовые эксилампы: физика, техника и применения. Томск: STT, 2011. 512 с.; Патент РФ № 156 915, C02F 1/32, C02F 1/78, 2015; Патент РФ № 2 574 584, H01J 11/00, 2014; Патент РФ № 2 592 538, H01J 61/06 , H01J 61/16, C02F 1/32, B01J 19/08, 2011].
Наиболее энергоэффективными являются установки, использующие возобновляемые источники энергии, в частности энергию солнца. Однако, на эффективность их работы большое влияние оказывает интенсивность солнечного излучения, особенно в коротковолновой области спектра (<300 нм), которое может изменяться как при смене сезонов, так и при атмосферных явлениях природного (туманы, облачность и т.п.) и техногенного (задымленность, смог и т.п.) происхождения. Поэтому в установках для очистки воды необходимо предусмотреть резервный источник излучения.
Наиболее близким техническим решением по количеству близких признаков к заявляемой полезной модели является установка для очистки сточных вод от трудноокисляемых органических соединений, включающая последовательно расположенные по направлению движения обрабатываемой воды реактор-смеситель, устройство сухого дозирования окислителя, насос, гальванокоагулятор и блок для облучения воды естественным солнечным светом, состоящий из объединенных между собой кварцевых приемников излучения, каждый из которых помещен в фокус составного параболо-цилиндрического концентратора [Патент РФ № 167563, C02F9, C02F 1/463, B01F 3/12, 2016]. Недостатком устройств, включающих использование естественного солнечного излучения, является значительная зависимость эффективности их работы от природных факторов, не поддающихся управлению и коррекции, таких как погодные условия (облачность, дождь, туман) и техногенных явлений (задымленность, смог).
Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, заключается в обеспечении бесперебойной работы установки для очистки сточных вод от красителей независимо от природных факторов.
Для решения поставленной задачи в установке для очистки сточных вод от трудноокисляемых органических соединений - красителей, содержащей реактор-смеситель, устройство сухого дозирования окислителя, насос, гальванокоагулятор, параллельно блоку для облучения воды естественным солнечным светом, установлен блок для облучения воды в потоке, снабженный эксиплексной KrCl лампой с максимумом излучения 222 нм. Направление очищаемой воды в тот или иной блок осуществляется автоматически, датчиком, регистрирующим интенсивность УФ-излучения.
Загрузка в гальванокоагуляторе, состоящая из чугунной стружки и кокса, может быдь заменена на металлическое железо, в виде гранул размером 1-5 мм.  При добавлении к обрабатываемой воде персульфата рН снижается до 3.0 – 3.5, этого достаточно для того чтобы происходило химическое растворение (коррозия) Fe(0) и поступление в раствор ионов Fe(II) и Fe(III).
Техническим результатом приведенной совокупности признаков является обеспечение бесперебойной работы установки для очистки сточных вод от красителей независимо от внешних природных факторов за счёт установки дополнительного блока, содержащего KrCl-эксилампу с максимумом излучения 222 нм и устройства для направления потоков, снабженного датчиком, регистрирующим интенсивность УФ-излучения.
Полезная модель иллюстрируется чертежом, на котором изображена схема установки для очистки сточных вод от красителей, включающей реактор-смеситель 1, устройство сухого дозирования окислителя 2, насос 3, гальванокоагулятор 4, автоматическое устройство 5, обеспечивающее выбор направления потока, снабженное датчиком, регистрирующим интенсивность УФ-излучения, блок для облучения воды естественным солнечным светом 6, блок для облучения воды с эксилампой 7, отстойник для очищенной воды 8 (фиг. 1).
Установка работает следующим образом: очищаемая вода подается в реактор-смеситель с перемешивающим устройством, в который дозируется в сухом виде необходимое количество персульфата калия. Далее при помощи насоса очищаемая вода направляется в гальванокоагулятор. Во время контактирования очищаемой воды, содержащей персульфат калия, с загрузкой железо растворяется в виде Fe(II) и Fe(III). В зависимости от интенсивности солнечного излучения дальнейшая очистка происходит либо в блоке для облучения воды естественным солнечным светом, либо в блоке для облучения воды эксилампой в потоке.
Сравнительные примеры по деструкции и минерализации красителя метилового оранжевого, а также по обесцвечиванию его растворов в предлагаемом устройстве и в наиболее близком к предлагаемой модели представлены ниже:
Установка с блоками
облучения эксилампой(предлагаемое устройство)
облучения солнечным светом (прототип)
Загрузка чугун-кокс
Эффективность очистки, %по обесцвечиванию раствора
100
100
по конверсии красителя
100
100
по изменению содержания общего органического углерода
64
56
Загрузка металлическое железо
Эффективность очистки, %по обесцвечиванию раствора
99
99
по конверсии красителя
100
100
по изменению содержания общего органического углерода
67
59
Исходная концентрация красителя метилового оранжевого в водном растворе составляла 31 мкмоль/л, концентрация окислителя 390 мкмоль/л.