СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНОЙ ВОДЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РВЭС ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD AND DEVICE FOR WASTEWATER TREATMENT USING A VELR FOR ITS IMPLEMENTATION

Группа изобретений относится к области очистки сточных вод и может быть использована, преимущественно, в очистных сооружениях промышленных предприятий, стоки которых содержат высокие концентрации загрязняющих веществ различного происхождения.
Известен способ очистки сточных вод по А.С. РФ № 1611886, МПК С02Р1/463, С02Р101:20, 1990), включающий введение предварительно в очищаемую воду пылевидного кокса и кислорода и подачу ее в герметичный сосуд, заполненный железной стружкой, внутри которого создается избыточное давление. Перемешиваемые потоком воды пылинки кокса создают с частицами железа гальванопару, в результате чего происходит анодная поляризация железа, переход его в раствор в виде двухвалентного иона, восстановление двухвалентным железом шестивалентного хрома до трехвалентного с переходом железа в трехвалентное, коагуляция диспергированных и растворенных примесей. Для обеспечения полноты выделения из воды гидроксидов металлов воду на выходе из гальванокоагулятора подщелачивают.
Недостатками данного способа являются существенные затраты на приготовление пылевидного кокса, его повышенный расход, связанный с тем, что часть пылевидного кокса проскакивает через слой железной стружки, не успевая вступить с ней в контакт и образовать гальванопару, повышение солесодержания после подщелачивания воды, а также нестабильность очистки вследствие накопления в гальванокоагуляторе осадков гидроксидов металлов и кокса, необходимость проведения процесса под давлением.
Известен также способ очистки промышленных сточных вод по патенту РФ № 2130433, МПК С02Р9/00, С02Р1/46, 1999 г., включающий подачу газов в сточные воды, обработку их в поле гальванической пары с последующим отделением твердой фазы, при этом в сточные воды под давлением вводят диоксид углерода и воздух, а после обработки в поле гальванической пары сточные воды пропускают через ультразвуковое поле и далее через магнитное поле, отделение твердой фазы проводят вначале в тонкослойном отстойнике, а затем на песчаном фильтре. Согласно способу, расход диоксида углерода и воздуха составляет 0,03-0,05 л/л сточной воды, гальваническую пару подвергают вибрации с частотой в 25-30 Гц, время контактирования сточной воды с гальванопарой 20-25 мин, частота ультразвукового поля 22-44 кГц, а напряженность магнитного поля в пределах 150-300 Э.
Этот способ недостаточно эффективен при обработке промышленных сточных вод, содержащих комбинацию из гальванических стоков и хозяйственно - фекальных вод, для которых помимо перечисленных выше приемов обработки требуется также каталитическая обработка стоков и увеличение продолжительности и интенсивности воздействия подаваемых на очистку реагентов, а также стерилизация сточных вод. Помимо перечисленных недостатков известных способ характеризуется высокой энергоемкостью.
3
3
Известен способ подготовки сточных вод животноводческих комплексов для сельскохозяйственного использования (пат. РФ 2136613, МПК С02Р 3/30, 1999), включающий последовательное введение щелочного коагулянта и подкисляющего реагента до рН 6,5-8,5 с выделением образующегося осадка, при этом подготовку осуществляют в два этапа в аппаратах вихревого слоя с подвижными ферромагнитными частицами при одновременной обработке щелочным коагулянтом до рН 10-11,5 в первом аппарате вихревого слоя с магнитной индукцией 0,1-0,13 Тл и подкисляющим реагентом во втором аппарате вихревого слоя с магнитной индукцией 0,17-0,25 Тл, при этом в качестве щелочного коагулянта используют 10% суспензию шлама карбида кальция в количестве 0,5-2,0 г/дм или 10% известковое молоко в количестве 0,1-1,0 г/дм , а в качестве подкисляющего реагента используют смесь суспензии дигидрата сульфата кальция с ортофосфорной кислотой.
Недостатками известного способа является недостаточная универсальность способа для применения при очистке различных видов сточных вод и необходимость в двойной системе управления аппаратами вихревого слоя.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому является способ нейтрализации промышленных стоков, содержащих нефтепродукты и органические компоненты по пат РФ 2185336, МПК С02Р1/66, С02Р9/04, С02Р101/32, 2002г. Способ включает добавку флокулянтов или коагулянтов, флотацию и отстаивание продуктов нейтрализации, причем нейтрализацию проводят в рабочей зоне аппарата с вращающимся электромагнитным полем, флокулянты или коагулянты добавляют в промышленные стоки после их выхода из аппарата с вращающимся электрическим полем. В полученный шлам после отстоя добавляют отработанные масла или другие нефтепродукты с таким расчетом, чтобы содержание воды в полученной смеси составляло от 5 до 30%. Полученную смесь перерабатывают в жидкое печное топливо в рабочей зоне аппарата с вращающимся электромагнитным полем.
Такой способ обеспечивает перевод многоступенчатой технологической линии в одноступенчатую, однако характеризуется значительными энергозатратами, связанными с необходимостью проведения процессов нейтрализации, коагулирования и образования флоккул при оптимальной температуре. Такой способ требует дополнительных энергозатрат на флотацию всего объема стоков и обработку флотошлама и при низком содержании в промышленных стоках нефтепродуктов и органических компонент выход печного топлива не покрывает энергозатрат на его приготовление.
Известна установка для очистки сточных вод, содержащая приемную емкость, эжектор, водяной насос, гальванокоагулятор и блок сепарации твердой фазы. Кроме того, установка дополнительно содержит ультразвуковой генератор и электромагнит, при этом ультразвуковой генератор установлен между гальванокоагулятором и электромагнитом, а эжектор установлен между приемной емкостью и водяным насосом и соединен с линией сжатого воздуха и баллоном с диоксидом углерода, блок сепарации твердой фазы выполнен в виде тонкослойного отстойника и песчаного фильтра, установленных последовательно (патент РФ № 2130433, МПК С02Р 9/00, С02Р1/46, 1999).
Установка обладает существенными недостатками: если по тяжелым металлам степень очистки близка к идеальной, то очищенные сточные воды требуют дополнительной очистки от взвешенных частиц, нефтепродуктов и, особенно, СПАВов. Эти недостатки присущи выбранному техническому решению, так как при вибрации гальванокоагулятора происходит не только очистка загружаемых в него материалов, но и диспергирование твердых частиц с получением тонких взвесей, которые песчаные фильтры уловить не могут. Помимо перечисленных недостатков установка характеризуется высокой энергоемкостью.
Известно устройство по патенту РФ № 2243459, МПК Р25В29/00, ВО 1Р13/08, 2004, которое содержит вихревую трубу, к выходу которой подключена труба из немагнитного материала, вставленная внутрь электромагнитного индуктора, создающего вращение помещенных внутри трубы ферромагнитных элементов, например иголок, причем направление вращения устанавливается противоположным направлению вращения в вихревой трубе.
В этой установке жидкость насосом подается в инжекторную улитку, в которой жидкость раскручивается и передается в вихревую трубу. Из вихревой трубы жидкость переходит в немагнитную трубу и в ней, за счет вращающихся в обратном направлении ферромагнитных иголок, приобретает также обратное направление вращения. Таким образом, в трубах жидкость приобретает вихревращательное движение. По мнению заявителя, за счет этого в жидкости происходят процессы на молекулярном и атомном уровне, что ведет к нагреванию жидкости и преобразованию растворимых соединений в нерастворимые частицы, которые при выходе из устройства собираются в простом отстойнике. У такой установки по тяжелым металлам степень очистки близка к идеальной, а для очистки от взвешенных частиц, нефтепродуктов и, особенно, СПАВов, требуется дополнительная очистка.
Известна также установка (патент РФ № 2198140, МПК С02Р1/48, С02Р 103:02, 2003 г.) в которой для активации физико-химических и механико-физических процессов используется принцип бегущего или вращающегося электромагнитного поля, а для разделения фаз применяют аппараты центробежного типа. Установка содержит расчетное количество модулей, установленных соосно и сдвинутых по отношению к вышележащему на 20-30°, каждый из которых имеет кольцевой раздаточный коллектор в виде тороида, подсоединенного к общей подводящей магистрали, сливной патрубок, отводящую трубу, систему фильтров, баки для добавок, подсоединенных к общей магистрали, шламоприемник и раму. Внутри корпуса модуля установлены индукторы вращающегося магнитного поля, закрепленные на реакционных трубчатых камерах с ферромагнитными частицами. Коллекторы всех модулей соединены с магистралью при помощи патрубков и фланцев. Установка снабжена также штуцером для ввода охлаждающего агента и штуцером для его отвода. Для обеспечения кольцевого движения хладагента в каждом модуле между штуцерами установлена глухая перегородка.
Этому техническому решению присущ ряд недостатков:
Тороидный подвод жидкости может приводить к неравномерности скоростей потоков в модулях, что отрицательно влияет на работу реакционных камер;
Устройство сложно по конструкции, сложно при сборке и разборке; проблематичен отвод тепла от индукторов.
Задачей изобретения является повышение производительности и эффективности разделения фаз.
Техническим результатом изобретения является снижение затрат и повышение эффективности очистки сточных вод.
Технический результат по объекту способу достигается тем, что согласно способу очистки промышленных сточных вод, включающему добавку флокулянтов или коагулянтов и отстаивание продуктов нейтрализации, причем нейтрализацию проводят в рабочей зоне аппарата с вращающимся электромагнитным полем, флокулянты или коагулянты добавляют в промышленные сточные воды после их выхода из аппарата с вращающимся электрическим полем, промышленные сточные воды обрабатывают в последовательно соединенных аппаратах с встречно направленным вращающимся электромагнитным полем, флокулянты или коагулянты добавляют в промышленные сточные воды после их выхода из аппаратов с вращающимся электрическим полем.
В сточные воды перед их подачей в аппараты с встречно направленным вращающимся электромагнитным полем под давлением вводят диоксид углерода и воздух, содержащий озон.
Расход диоксида углерода и воздуха составляет 0,05-012 л/л сточной
воды.
Технический результат заявляемого изобретения - устройства заключается в выполнении установки для очистки промышленных сточных вод, содержащей установленные соосно модули с реакционными трубчатыми камерами с ферромагнитными частицами, внутри корпуса каждого модуля установлен индуктор вращающегося магнитного поля, причем вход модуля подсоединен к подводящей магистрали, а выход - к отводящей трубе, соединенной с системой фильтров, с подводящей трубой соединены баки для добавок, а на выходе системы фильтров установлен шламоприемник, и каждый модуль снабжен штуцерами для ввода и для отвода охлаждающего агента, трубчатые реакционные камеры соединены между собой последовательно, причем направление вращения электромагнитного поля соседних камер сдвинуто на 180° относительно друг друга, а выход последней реакционной камеры соединен с подводящей магистралью.
Трубчатые реакционные камеры соединены с дозаторами ферромагнитных частиц.
Дозаторы флокулянтов и коагулянтов установлены на входе и выходе аппаратов с вращающимся электромагнитным полем.
Отличием предлагаемого способа от известного является обработка промышленных сточных воды в последовательно соединенных аппаратах с встречно направленным вращающимся электромагнитным полем. Это обеспечивает интенсификацию процессов на молекулярном и атомном уровне, особенно в переходных зонах, в которых происходит изменение направления вращения обрабатываемой жидкости на противоположное. Это ведет к нагреванию жидкости и преобразованию растворимых соединений в нерастворимые частицы, которые при выходе из аппаратов можно отстаивать и удалять, используя известные устройства фильтрации и отстаивания. Обычно флокулянты или коагулянты добавляют в промышленные сточные воды перед подачей в аппараты с вращающимся электрическим полем. Так как согласно предлагаемому способу часть обработанной в аппаратах с вращающимся магнитным полем жидкости подают на повторную обработку, достигается интенсификация процессов коагуляции и образования флоккул, после первой обработки жидкости в ней образуются также не полностью прореагировавшие вещества, которые в процессе последующей обработки выполняют функции затравки, т.е. центров образования флоккул, что обеспечивает интенсификацию процессов нейтрализации стоков.
Введение под давлением диоксида углерода и воздуха, содержащего озон, в сточные воды перед их подачей в аппараты с встречно направленным вращающимся электромагнитным полем обеспечивает стерилизацию стоков атомарным кислородом за счет разложения озона и повышение эффективности обработки за счет изменения рН раствора, что способствует более эффективной обработке щелочной составляющей стоков.
Увеличение расхода диоксида углерода и воздуха до величины 0,05-0,12 л/л сточной воды обеспечивает интенсификацию обработки стоков. Возможность увеличения введения в сточные воды газообразных веществ является следствием двукратного пропускания стоков через аппараты дозирования. При этом не происходит ухудшения работы гидравлических насосов, так как газы первого дозирования успевают либо прореагировать с жидкостью, либо с большей частью обработанных стоков поступить в фильтр -отстойник, откуда удаляются в атмосферу.
Отличием предлагаемого устройства от известного является соединение трубчатых реакционных камер между собой последовательно, причем направление вращения электромагнитного поля соседних камер сдвинуто на 180° относительно друг друга, и соединение выхода последней реакционной камеры с подводящей магистралью. Это обеспечивает нагревание жидкости и преобразование растворимых соединений в нерастворимые частицы, которые при выходе из аппаратов можно отстаивать и удалять, используя известные устройства фильтрации и отстаивания. Так как часть обработанной в аппаратах с вращающимся магнитным полем жидкости подается на повторную обработку, достигается интенсификация процессов коагуляции и образования флоккул, так как в после первой обработки жидкости в ней образуются также не полностью прореагировавшие вещества, которые в процессе последующей обработки выполняют функции затравки, т.е. центров образования флоккул, что обеспечивает повышение производительности за счет интенсификации процессов обработки.
Соединение трубчатых реакционных камер с дозаторами ферромагнитных частиц обеспечивает непрерывность работы реакционных камер за счет компенсации износа ферромагнитных частиц в процессе работы реакционных камер.
Установка дозаторов флокулянтов и коагулянтов на входе и выходе аппаратов с вращающимся электромагнитным полем обеспечивает более эффективное использование реагентов в процессе обработки промышленных сточных вод, что обеспечивает увеличение производительности очистки.
Изобретение поясняется чертежом, на котором показана аппаратурно-технологическая схема очистки промышленных сточных вод.
Перечень позиций.
1. усредняющая ёмкость;
2. насос перекачивающий;
3. контактная камера озонирования;
4. аппарат каталитического разложения озона;
5. блок реакторов РВЭС;
6. радиатор;
7. вентилятор;
8. блок дозирования диоксида углерода;
9. блок дозирования воздуха; 10.блок дозирования коагулянта;
1. батарея отстойников со встроенной камерой хлопьеобразования;
2. блок дозирования флокулянтов;
3. ротаметр;
4. вентиль регулирующий;
5. шламоприемник;
6. насос;
7. насос;
8. шламовый насос;
9. шл амосборник; 20.блок фильтров;
1. блок анализаторов;
2. насос выходной;
3. реактор РВЭС;
4. индуктор вращающегося электромагнитного поля.
5. дозатор ферромагнитных частиц
Способ реализуется следующим образом.
Промышленные сточные воды подают в усредняющую емкость 1, из которой перекачивающим насосом 2 подают через контактную камеру озонирования 3 на вход блока реакторов вихревого электромагнитного слоя (РВЭС) 5, в котором в рабочей зоне реакторов РВЭС 23 с вращающимся электромагнитным полем проводят нейтрализацию с последующим отстаиванием и фильтрованием продуктов нейтрализации. Сточные воды обрабатывают в последовательно соединенных реакторах встречно направленным вращающимся электромагнитным полем, часть сточных вод после их обработки в реакторах через ротаметр 13 и регулирующий вентиль 14 направляют на вход перекачивающего насоса 2, предварительно добавив флокулянты или коагулянты. В сточные воды перед их подачей в реакторы РВЭС под давлением вводят диоксид углерода и воздух, содержащий озон с последующим его каталитическим разложением. Расход диоксида углерода и воздуха составляет 0,05-0,12 л/л сточной воды.
Пример 1
На очистку подавали сточные воды гальванического производства-промывную воду с концентрацией никеля 50 мг/л. Из усредняющей емкости подавали в лабораторную установку на базе РВЭС. Перед подачей в РВЭС в сточные воды дозировали диоксид углерода 0,08 л/л и известковое молоко с удельным весом 1,045 - 1,060, что соответствует содержанию извести СаО 56 - 75 г в 1 л известкового молока. При достижении концентрации никеля в очищенной воде <1,0 мг/л (ГОСТ 9,314-90 для промывных вод гальванических производств) процесс очистки прекращали и отправляли стоки в шламоприемник. Очищенная вода может быть использована повторно в технологическом процессе.
Пример 2.
По предлагаемому способу сточную воду гальванического производства, имеющую в своем составе катионы меди, никеля, олова, свинца, анион хлора, сульфат- и нитрат-ионы и рН = 6,5 в усредняющую емкость, из которой перекачивающим насосом подавали на вход блока из трех реакторов РВЭС- 5 с предварительной подачей в усредненные сточные воды диоксида углерода с расходом 0,06 л/л сточной воды. Добавки: 10% раствор хлорной извести и 10% раствор сернокислого алюминия и компрессорный воздух. При достижении концентрации никеля в очищенной воде <1,0 мг/л (ГОСТ 9,314-90 для промывных вод гальванических производств) процесс очистки прекращали и отправляли стоки в шламоприемник. Очищенная вода может быть использована повторно в технологическом процессе.
Пример 3.
На очистку подавали сточные воды ГСМ «Комиавиатранс» г. Сыктывкар. Главная задача - очистка сточных вод от нефтепродуктов.
По предлагаемому способу сточную воду подавали из усредняющей емкости в лабораторную установку на базе РВЭС.
Установка для очистки промышленных сточных вод работала стабильно. Анализ сточной воды производили до обработки и после нее.
Результаты анализов:
Содержание нефтепродуктов в усреднительной емкости
№ п/п
Наименование показателей
Ед. изм
Значение показателей
Примечание
1
2
1
Величина рН
-
7,2
12,2
2
Нефтепродукты
мг/дм <sup>3</sup>
224
0,016
Точки отбора проб: 1. ГСМ исходная вода, усреднительная емкость.
2. Линия сброса очищенной воды.
Из таблицы следует, что по предлагаемому способу достигается эффективная очистка сточной воды от нефтепродуктов.
Пример 4.
На очистку подавали сточные воды на линии вытяжки в цехе производства ПЭТФ волокна. Главная задача - очистка сточных вод от анионных ПАВ (АПАВ): производные карбоновых и ациламинокарбоновых кислот (карбоксилаты), например, смачиватели СВ-133, СВ-1226, и др. Токсическое действие АПАВ определяется, главным образом, неполярной частью молекулы, при этом оно более выражено при наличии в последней ароматического кольца. В первую очередь оно зависит от способности ПАВ нарушать проницаемость биологических мембран.
По предлагаемому способу сточную воду подавали из усредняющей емкости в лабораторную установку на базе РВЭС.
Установка для очистки промышленных сточных вод работала стабильно. Анализ сточной воды производили до обработки и после нее.
Результаты анализов:
1. Содержание нефтепродуктов в усреднительной емкости
№ п/п
Наименование показателей
Ед. изм
Значение показателей
Примечание
1
2
1
Величина рН
-
6,0
6,5-8,5
2
Хлориды
мг/дм <sup>3</sup>
10,82
150
3
АПАВ
мг/дм<sup>3</sup>
52,5
2,5
2
ХПК
мг/дм<sup>3</sup>
1454,4
-
Точки отбора проб: 1. ГСМ исходная вода, усреднительная емкость.
2. Линия сброса очищенной воды.
Из таблицы следует, что по предлагаемому способу достигается эффективная очистка сточной воды от анионных поверхностно активных веществ и достигается эффективное снижение ХПК. Нормативы на ХПК в воде водоемов: для питьевой воды - 5,0 мг О/л (для перманганатной окисляемости), ХПН - 15 мг О/л; КБН - 30 мг О/л (для бихроматной окисляемости).
Установка содержит усредняющую ёмкость 1, соединённую перекачивающим насосом 2 через контактную камеру озонирования 3, снабженную аппаратом каталитического разложения озона 4, с блоком реакторов РВЭС 5. Блок реакторов РВЭС 5 трубопроводами соединен с радиатором 6, снабженным вентилятором 7. Трубопровод от перекачивающего насоса 2 до контактной камеры озонирования 3 соединен с блоком дозирования диоксида углерода 8, блоком дозирования воздуха 9 и блоком дозирования коагулянта 10. Блок реакторов РВЭС 5 на выходе соединен с батареей отстойников со встроенной камерой хлопьеобразования 11, на входе в которую установлен блок дозирования флокулянтов 12, и через ротаметр 13 и вентиль регулирующий 14 с входом насоса перекачивающего 2. Батарея отстойников со встроенной камерой хлопьеобразования 11 через запорную аппаратуру соединена с шламоприемником 15. На выходе батареи отстойников со встроенной камерой хлопьеобразования 11 установлен насос 16, а на выходе шламоприемника 15 - насос 17 и шламовый насос 18. Шламовый насос 18 соединен со шламосборником 19. Насосы 16 и 17 соединены с блоком фильтров 20, на выходе которого через блок анализаторов 21 установлен насос выходной 22. В блоке реакторов РВЭС 5 средний реактор 23 подключен к системе электропитания (условно не показана) так, что направление вращения магнитного поля, создаваемого индуктором вращающегося магнитного поля 24 направлено в противоположную сторону относительно соседних реакторов. Каждый реактор РВЭС 23 соединен с дозатором 25 ферромагнитных частиц 26, выполненным в виде дозатора, снабженного шлюзовым устройством
Установка работает следующим образом.
Загрязненные стоки перекачивающим насосом 2 подаются из усредняющей емкости 1 в блок реакторов РВЭС 5. Перед подачей стоков в блок реакторов РВЭС 5 в стоки из блока дозирования 10 подается коагулянт, из блока дозирования 8 - диоксид углерода и из блока дозирования 9 - воздух. Стоки вместе с добавленными реагентами проходят через контактную камеру озонирования 3, в которой происходит стерилизация стоков за счет взаимодействия с атомарным кислородом при разложении озона, непрореагировавший озон каталитически разлагается в аппарате каталитического разложения озона 4 и сбрасывается в атмосферу. Сточные воды последовательно проходят через реакторы РВЭС 23, в немагнитных трубах которых приобретает вихревращательное движение за счет взаимодействия с вращающимися под действием вращения магнитного поля, создаваемого индукторам вращающегося магнитного поля 24, ферромагнитных частиц, причем в среднем реакторе из-за движущихся в обратном направлении ферромагнитных частиц, приобретает также обратное направление вращения. За счет этого в жидкости происходят процессы на молекулярном и атомном уровне, что ведет к нагреванию жидкости и преобразованию растворимых соединений в нерастворимые частицы. При работе реакторов РВЭС 23 происходит разогрев индукторов вращающегося магнитного поля 24. Нагреваемая ими жидкость отводится в радиатор 6, охлаждаемый вентилятором 7. Из блока реакторов РВЭС 5 обрабатываемые сточные воды поступают в батарею отстойников со встроенной камерой хлопьеобразования 11, на входе которой производится дополнительное дозирование реагентов из блоков дозирования флокулянтов 12. При этом часть отводимых из блока реакторов РВЭС 5 сточных вод через вентиль регулировочный подается на вход насоса перекачивающего 2. Расход жидкости регулируется вентилем регулирующим 14 и измеряется ротаметром 13. Из батареи отстойников со встроенной камерой хлопьеобразования 11 стоки поступают в шламоприемник 15, из которого шламовая составляющая шламовым насосом 18 перекачивается в шламосборник 19. Жидкостная составляющая стоков из батареи отстойников со встроенной камерой хлопьеобразования 11 и шламоприемника 15 насосами 16 и 17 подается в блок фильтров 20 из которого через блок анализаторов 21 удаляется из установки выходным насосом 22.
В процессе работы реакторов РВЭС износ ферромагнитных частиц 26 приводит к снижению производительности и чрезмерному нагреву индукторов 24, поэтому при снижении потребляемой мощности производится включение дозаторов 25 ферромагнитных частиц 26.
Предлагаемое техническое решение обеспечивает повышение производительности и эффективности разделения фаз, а также снижение затрат и повышение эффективности очистки сточных вод.