APPARATUS FOR PURIFYING AQUEOUS MEDIA FROM ARSENIC-CONTAINING COMPOUNDS USING MAGNETOACTIVE SORBENT
УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДНЫХ СРЕД ОТ МЫШЬЯКСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МАГНИТОАКТИВНОГО СОРБЕНТА

Изобретение относится к устройствам очистки техногенных загрязненных вод с высоким содержанием мышьяксодержащих соединений, в частности, к технике сорбции водных сред с применением магнитной сепарации, и может быть использована в области экологии окружающей среды.
Известно о возможности применения магнетита в составе сорбента, позволяющее извлечения загрязнителей из воды, методом магнитной сепарации. Известно применение средств магнитной сепарации при очистке гальванических сточных вод от тяжелых металлов, адсорбированных магнетиком [KR №20020080521]. Изучалась очистка воды от тяжелых металлов путем поглощения загрязнителя магнетиком и последующим удалением с применением магнитного поля [US №2005189294]. Для улучшения качества очистки сточных вод рассматривался способ магнитного отделения осадка адсорбированных магнетитом веществ [JP №52056758].
Основными недостатками вышеприведенных технологий очистки воды являются затраты, связанные с получением высококачественного магнетита.
Предложен комплекс сорбционной очистки загрязненных вод [Евразийское патентное ведомство №019906 В1], состоящий из последовательно соединенных между собой трубопроводом от забора загрязненной воды до резервуара чистой воды по потоку очищаемой воды: водяного насоса; гальванокоагулятора; ультразвукового генератора; электромагнита; тонкослойного отстойника и песчаного фильтра. Загрязненная вода подвергается химической обработке водной суспензией магнетита, получаемого в гальваноаккумуляторе из железного скрапа, с последующим ультразвуковым активированием, после чего сорбированные магнетитом загрязнения в виде суспензии направляются в осветлительный фильтр, гидроциклон и далее - в резервуар чистой воды.
Указанные способ и устройство для его осуществления обладают существенными недостатками: зарастание элементов комплекса отложениями загрязненных вод; значительные затраты электроэнергии, и они не предназначены для очистки мышьяксодержащих соединений.
Обеспечение высокого качества воды при относительно невысоких энергозатратах возможно только при использовании комплексного подхода, сочетающего применение безреагентных технологий и современных методов магнитной сепарации.
Такой подход реализован в использовании композиционного сорбента с магнитными свойствами, содержащего высокодисперсный магнетит, синтезированный в матрице природного полимерного связующего в виде гуминовых кислот, что позволяет уменьшить содержание мышьяка в водной среде [Патент RU №2676984 от 14.01.2019 г.].
Технический результат достигается применением предложенного устройства, которое включает три взаимосвязанных блока: сорбционного концентрирования мышьяксодержащих соединений из водных сред; магнитной сепарации; фильтрации. Достоинством предлагаемого устройства является использование процессов сорбции и магнитной сепарации при простом аппаратурном оформлении.
Технической задачей настоящей полезной модели является разработка безопасного и эффективного устройства для очистки водных сред, загрязненных мышьяксодержащими соединениями с применением магнитной сепарации.
Решение поставленной задачи достигается тем, что установка для очистки водных сред от мышьяксодержащих соединений с использованием магнитоактивного сорбента содержит резервуар-накопитель с плавающей крышкой, оборудованный питающим и выходящим патрубками, насос-дозатор, сорбционную колонну периодического действия, оборудованную питающим и выходящим патрубками, люком для загрузки и выгрузки сорбента, смеситель с мешалкой, входящими патрубками, люком для загрузки магнитоактивного сорбента и выходящим патрубком, насос-дозатор, магнитный сепаратор с питающими и выходным патрубками, насос загрузочный, нутч-фильтр разъемной конструкции, обеспечивающий выгрузку осадка и замену фильтрующих элементов, снабженный входящим и сливным патрубками; причем резервуар-накопитель подсоединен выходящим патрубком к насосу-дозатору и входящим патрубком к сорбционной колонне, насос-дозатор соединен питающими патрубками с сорбционной колонной и смесителем, смеситель подсоединен к выходящим патрубкам сорбционной колонны и магнитного сепаратора и входящему патрубку насоса-дозатора, насос-дозатор подсоединен к питающему патрубку магнитного сепаратора, насос загрузочный подсоединен к всасывающему и выходящему патрубкам магнитного сепаратора и питающему патрубку нутч-фильтра, нутч-фильтр соединен с выходящим патрубком загрузочного насоса и сливным патрубком в пруд-накопитель.
На фиг. 1 представлена технологическая установка для очистки водных сред от мышьяксодержащих соединений с использованием магнитного сорбента.
Блок I предназначен для приема загрязненных вод из водоема (пруда-накопителя) и осуществления сорбции мышьяка из загрязненных водных сред. Предлагаемый блок включает в себя сорбционную колонну 2 периодического действия, оборудованную питающими и выходящими патрубками, а также люком для загрузки и выгрузки сорбента, насос-дозатор 5, соединенный трубопроводом с питающим патрубком колонного аппарата, и смеситель 3 с мешалкой блока II и выходящим патрубком резервуара-накопителя 1, резервуар-накопитель 1 с плавающей крышкой, оборудованный питающими и выходящими патрубками.
Блок II предназначен для осуществления контакта магнитоактивного сорбента с загрязненной водой и удаления загрязнителя из воды под воздействием магнитного поля, создаваемого электромагнитом сепаратора. Он включает в себя смеситель 3 с мешалкой, входящими и выходящими патрубками, а также люком для загрузки магнитоактивного сорбента, насос-дозатор 6, соединенный трубопроводом с питающим патрубком магнитного сепаратора 4 и всасывающим патрубком смесителя 3, магнитный сепаратор 4, оборудованный входящими и выходящими патрубками, соединенный питающими патрубками насоса-дозатора 6 и насоса загрузочного 7 блока III с выходным патрубком, а также соединенный питающим патрубком смесителя 3 с всасывающим патрубком насоса загрузочного 7 блока III.
Блок III предназначен для фильтрации воды после очистки от механических примесей, а также для периодического отделения отработанного магнитоактивного сорбента. Блок III включает насос загрузочный 7, соединенный трубопроводом с питающим патрубком нутч-фильтра 8 и всасывающим патрубком магнитного сепаратора 4 модуля II, нутч-фильтр 8 разъемной конструкции, обеспечивающий выгрузку отработанного магнитоактивного сорбента в виде осадка и замену фильтрующих элементов, снабженный входящим и сливным патрубками, соединенный с выходным патрубком реактора 8 и насосом-дозатором 5 модуля II.
Устройство работает следующим образом.
В сорбционную колонну 2 периодического действия блока I через загрузочный люк загружают гетероцепный мышьякактивный сорбент. Затем через выходной патрубок резервуара-накопителя 1 насосом-дозатором 5 загрязненную мышьяксодержащими веществами воду подают через питательный патрубок в сорбционную колонну 2 и производят циркуляцию загрязненной воды насосом 5 через сорбент сорбционной колонны 2 блока I. В смеситель 3 блока II через загрузочный люк загружают композиционный магнитоактивный сорбент для смешения загрязненной воды и формирования смеси связанной формы «сорбент - загрязнитель», затем насосом-дозатором 6 водную смесь «сорбент - загрязнитель» подают через питательный патрубок в магнитный сепаратор 4, где осуществляется вертикальное разделение конгломерата «сорбент - загрязнитель» (нижняя зона) и очищенной воды (верхняя зона) под воздействием электромагнитного и гравиметрического полей. Из верхней части магнитного сепаратора 4 блока II очищенную воду насосом загрузочным 7 блока III через всасывающий патрубок отбирают и подают через питающий патрубок на нутч-фильтр 8 блока III, а образовавшийся в магнитном сепараторе осадок конгломерата «сорбент - загрязнитель» направляют через питающий патрубок в смеситель на регенерацию. На нутч-фильтре 8 осадок отделяют от жидкой фазы, и очищенная вода, с содержанием мышьяка менее 0,05 мг/л выводится в пруд-накопитель очищенной воды. Осадок (отработанный магнитоактивный сорбент) выгружают с нутч-фильтра 8 и направляют на регенерацию или утилизацию.
Блок №1 функционирует в нескольких режимах:
- режим частичной очистки от загрязнителя, при этом загрязненные воды направляются на циркуляцию по схеме 1-5-2-1;
- режим подачи загрязненных вод для осуществления их глубокой очистки от загрязнителя в блоке №2 по схемам 1-5-2-3 или 1-5-3.
Устойчивость работы установки очистки вод, техногенно-загрязненных мышьяком, достигается балансом подачи загрязненной воды насосом 5 в смеситель 3, подачи смеси «вода-сорбент» насосом 6 и частичной ее циркуляцией из магнитного сепаратора 4 в смеситель 3, а также сбросом очищенной воды на рельеф насосом 7. Конструкционные особенности магнитного сепаратора 4 (объем, соотношение высоты и диаметра, места отбора очищенной воды) должны обеспечивать необходимое время пребывания очищаемой воды в нем.
Таким образом, заявляемое устройство позволяет надежно и эффективно очищать различные по составу загрязненные мышьяксодержащими веществами сточные воды от анионов мышьяка магнитной сепарацией конгломерата «сорбент - загрязнитель».