СПОСОБ ОЧИСТКИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД.
METHOD FOR PURIFICATION OF INDUSTRIAL WASTE WATER.

Изобретение относится к области физико-химической очистки природных и сточных вод и может быть использовано при очистке и обезвреживании производственных сточных вод от бассейна предварительного замачивания сырья (древесины). Производственные сточные воды образуются в результате обработки древесины в варочной емкости (бассейне), являющейся частью поточной технологической линии по производству фанеры. Стволы деревьев перед лущением замачивают в воде при температуре 40-45°С. Сырье движется по бассейну с помощью цепного транспортера. В целях придания древесине необходимых для дальнейшей обработки свойств (размягчения), для повышения температуры вод и интенсификации процесса размягчения, древесину обрабатывают паром. Бассейн имеет бетонный корпус и укрытие из композитных материалов. В результате обработки древесины образуется загрязнение вод. Предлагаемый способ позволяет максимально очистить производственные сточные воды от загрязнений с возможностью как повторного использования очищенных вод, так и безопасного выпуска их в природные водные объекты.
Из уровня техники известны следующие технические решения.
Известен способ очистки сточных вод (патент РФ №2156749, опубликован 27.09.2000), включающий фильтрацию, флотацию с сорбентом и отстаивание, при этом в сток, прошедший решетку и жироловку, в качестве сорбента вводят растительный сорбент, смесь подвергают пневматической флотации или электрофлотации, фильтруют через сорбционную загрузку и направляют в усреднитель и далее в блок многоступенчатой биологической очистки сообществами прикрепленных и свободноплавающих микроорганизмов; образующиеся осадки, выделенные на всех стадиях очистки воды, флотоконцентрат, регенерационные воды, использованную фильтрационную загрузку направляют в блок утилизации осадков, где после анаэробноаэробной обработки, сгущения, а направляют переработанную твердую составляющую на дальнейшее использование, например, в сельском хозяйстве.
Недостатками способа являются: использование сорбентов и сложность и многостадийность процесса очистки, что требует привлечения трудоемкого ручного труда, с учетом небольших объемов производства - это сказывается на стабильности работы очистной установки, в схеме очистки задействованы процессы и устройства, требующие высокой квалификации обслуживающего персонала.
Также известен способ очистки сточных вод (патент РФ №2214972, опубликован 27.10.2003), заключающийся в том, что в очищаемую воду вводят коагулянт с флокулянтом и активирующую добавку при массовом соотношении активирующей добавки к коагулянту с флокулянтом, равном 0-500 мас.ч., дополнительно очищаемую воду обрабатывают упругими колебаниями с интенсивностью, обеспечивающей реализацию в воде кавитации с уровнем кавитационного шума в частотном диапазоне 500-500000 Гц не ниже 50 дБ по всему объему реактора и акустических макро- и микропотоков со скоростью не менее 1% от колебательной скорости поверхности, передающей упругие колебания в жидкости, при этом очищаемую воду обрабатывают всеми указанными методами одновременно в совмещенном режиме и отделяют образующиеся твердофазные взвеси.
Недостаток известного способа заключается в том, что устройства для его реализации требуют специального оборудования, при этом он энергозатратен, длителен, применим для вод со средней степенью загрязнения (по нефти до 200 мг/л) и недостаточно эффективен.
Наиболее близким аналогом патентуемого способа является способ очистки сточных вод (патент РФ №110368, опубликован 20.11.2011), включающий этапы, на которых в статический смеситель производят дозирование коагулянта, интенсивное перемешивание в турбулентном режиме и полное диспергирование коагулянта в воде. Затем производится подача раствора флокулянта и во флотаторе происходит процесс агломерации коллоидного алюминия в крупные флоккулы, и смешение с сатурированной водой. Далее, при попадании в зону разряжения, происходило интенсивное выделение воздуха в виде мельчайших пузырьков, которые, двигаясь вверх к поверхности жидкости, увлекали за собой загрязнения. Все выделенные загрязнения собирались на поверхности в виде флотошлама спиральным сборником и отводились в емкость сбора шлама. Очищенная вода отводилась из средней части по высоте флотатора в емкость очищенной воды.
Недостатком такой установки является высокая энергоемкость процесса приготовления мелкодисперсной водовоздушной смеси, обусловленная необходимостью поддержания высокого давления в сатураторе и низкое значение газонаполнения образующейся водовоздушной смеси (величина коэффициента газонаполнения ϕ=0.01-0.05).
Техническая проблема, решаемая предлагаемым способом, заключается в повышении степени очистки сточных вод, поступающих от бассейна подготовки сырья, с одновременным упрощением конструкции и уменьшением затрат на электроэнергию и реагенты.
Поставленная задача решается оптимальным расположением этапов очистки воды и максимальной переработкой шлама, образующегося в результате.
Технический результат заключается в полной утилизации образующихся осадков, за счет этого создается безотходное производство по очистке сточных вод малых деревообрабатывающих предприятий, происходит снижение капитальных, эксплуатационных и энергетических затрат.
Заявленный технический результат обеспечивается за счет осуществления способа очистки сточных вод, включающего этапы, на которых сток процеживают, удаляя частицы с фракцией более 3 мм, подают во входной насосный бассейн, где поток стоков уравнивается и далее посредством насоса подается во флотационную установку, включающую трубчатый флотатор, в который добавляют коагулянт и флокулянт в виде растворов, из трубчатого флокулятора сток поступает в емкость флотационной установки, где сток обрабатывают микропузырчатой аэрацией с образованием на поверхности стока слоя флотационной пены, состоящей из твердых частиц и пузырьков газа, которую снимают скребком, интегрированным во флотационную установку, и перемещают в воронку для пены, откуда пену перекачивают эксцентриковым шнековым насосом на обезвоживание шлама с помощью шнекового пресса, пропуская воду через пластинчатый сепаратор с наклонными пластинами, где задерживаются легкие образования осадка, поднимающиеся вверх и образующие слой флотационной пены на поверхности воды, которую отправляют в шнековый пресс для удаления избыточной влаги и осушения осадка, тяжелые образования осадка опускаются вниз на дно емкости в бункер-накопитель, а очищенная вода после сепаратора направляется вверх через канал к выпускному сборнику.
В частном случае осуществления способа в качестве флокулянта применяют полимер полиакриламид, представляющий собой сополимер акриламида и акрилата натрия при дозировке 1-5 г/л.
2
4
3
В частном случае осуществления способа в качестве коагулянта используют сернокислый алюминий Al(SO) при дозировке 400-500 мл/л, либо титановый коагулянт при дозировке 500-600 мл/л.
2
2
3
В частном случае осуществления способа воду на этапе добавления коагулянта подщелачивают известью Са(ОН), СаО или содой NaCO при дозировке 250-350 мг/л.
Незасоряющийся пластинчатый сепаратор с наклонными пластинами увеличивает полезную площадь отделения, что делает возможным большие гидравлические нагрузки на маленькой занимаемой площади. За счет наклонных пластин удерживаются тонкие слои осадка до тех пор, пока они становятся толстыми и компактными, и, наконец, отделяются от поверхности пластины и быстро соскальзывают вверх или вниз вдоль поверхности пластины. Сепарация легких и тяжелых составляющих осадка и дополнительная обработка флотационной пены, содержащей легкие составляющие осадка позволяет повысить качество очистки воды и сделать ее пригодной для выпуска, смешивая их с водами, поступающими на биологическую очистку на существующих КОС, либо для выпуска вод в водный объект (например, в реку), либо для замкнутого цикла работы с возвратом вод в бассейн вымачивания.
Далее решение поясняется ссылками на фигуру 1, на которой приведено следующее.
Фиг. 1 - технологическая схема очистки сточных вод.
Система циркуляции без очистки, не имеет практического применения за счет накопления концентрации ядовитых и загрязняющих веществ. Исходя из данных анализов, сточные воды от бассейна замачивания сырья являются коллоидным раствором, содержащим большое количество органических веществ в растворенной и нерастворенной форме. Исходя из этого, наиболее эффективным методом (до 80% эффекта) любой установки очистки для данного класса растворов определяет использование реагентной системы с выработкой режима экспозиции коагулянта, флокулянта и сопутствующих веществ. Коагуляция в данном случае основной из реагентных методов. Физические методы очистки (флотация, фильтрация, отстаивание, аэрация, различные механические методы т.н. роторные сита, фильтр прессы и т.п.) определяют в основном удаление нерастворенных веществ. Исключением является обработка на мембранах (нанофильтрация), но для целей данной работы данный метод не рассматривается ввиду экономической необоснованности применения (стоимость очистки и замены мембранных модулей чрезмерно высока).
Стоки из бассейна с древесиной 1 самотечно поступают в приемный резервуар 2, выполненный из бетона, откуда насосами подаются в приточную емкость 3 установки предварительной очистки для механической очистки от грубых загрязнений.
Установка предварительной очистки 4, например Huber RoDisk, осуществляет удаление частиц загрязнений размером до 3 мм и включает ротационное сито и комбинированную песколовку.
Принимая во внимание неравномерный характер поступления стока, для накопления сточной воды и стабилизации состава стока используется насосный бассейн (резервуар 5).
Процеженные стоки направляются во входной насосный бассейн 5 (выполнен из бетона). В насосном бассейне поток стоков выравнивается.
2
4
3
3
Из бассейна сток подается во флотационную установку 6, где происходит физико-химическая очистка. Для комплектации проекта применена комплексная флотационная установка производства HUBER. Флотацию предваряет химическая ступень, при которой в очищаемые воды добавляется коагулянт. Порошок реагента растворяется водопроводной водой и дозируется в процесс. Установка приготовления реагента 6.1 оснащена мешалкой и дозатором. В качестве коагулянта используют сернокислый алюминий Al(SO), образующий малорастворимый гидроксид алюминия, нарушающий устойчивость компонентов системы разноименно заряженных коллоидных частиц и сорбцию загрязнений на поверхности образующихся хлопьев коагулянта. Растворимость Al(ОН) уменьшается с повышением температуры и минимальна при рН 5,5-7,5. Коагулирование исходной сточной воды проводилось с различными дозами (100, 200, 300, 350, 400, 500, 600, 700 мг/л), охватывающими диапазон предполагаемой оптимальной дозы 100-700 мл/л (Таблица 1).
В ходе опытных лабораторных исследований проводились пробные коагуляции стока с подщелачиванием содой (Таблица 2), при этом было выявлено, что наилучшее образование и оседание хлопьев осадка происходит при соотношении дозы подщелачивающего реагента и коагулянта 250-300 мг/л на 400-500 мг/л соответственно. При дозировке соды менее 250 мг/л и коагулянта менее 400 мг/л образование хлопьев не наблюдается, либо хлопья очень мелкие и плохо оседают, при дозировке соды 350 мг/л и коагулянта более 500 мг/л хлопья очень крупные, но плохо сформирован процесс осаждения.
Также в качестве коагулянта может использоваться титановый коагулятор ТУ 2163-001-87707082-2012, представляющий собой порошкообразный материал и является композицией, состоящей из титана диоксида, алюминия трихлорида гексагидрата, алюминия хлорида гидроксида, алюминия гидроксида. Порошок коагулянта смешивают с водой в нужном соотношении по массе (Таблица 1). Перемешивают до однородной массы. Время перемешивания перед использованием должно составлять не менее 20 минут.
воды
Пробная коагуляция проводилась на дозах 100, 200, 300, 400, 500, 600 мг/л. при t=25°С.
В пробах 1 и 2 (см. табл. 4) хлопок мелкодисперсный, равномерно распределен в объеме, осаждения не наблюдалось, в пробе 3 хлопья формируются сразу, хлопок хорошо сформированный, крупный, плотный, осаждение основной массы происходит за 20 минут. Через 20 минут отстаивания образовался осадок 1,5 см. В пробе 4 хлопья формируются сразу, хлопок хорошо сформированный, крупный, плотный, осаждение происходит интенсивно за 15 минут. Через 20 минут отстаивания образовался осадок 3,5 см, через час уплотнился до 3 см. В пробе 5, 6 хлопья формируются сразу, хлопок хорошо сформированный, крупный, плотный, осаждение происходит интенсивно за 10 минут. Через 20 минут отстаивания образовался осадок 4,5 см, через час уплотнился до 3 см.
Вывод: Исходя из данных, таблицы 4 оптимальная доза титанового коагулянта составляет 500-600 мг/л.
В ходе работы химической ступени флокулянт из установки приготовления раствора 6.2 дозируется в виде раствора в трубчатый флокулятор в составе флотационной установки. В качестве флокулянта применяют полимер полиакриламид, представляющий собой сополимер акриламида и акрилата натрия при дозировке 1-5 г/л. При вводе в сточную воду указанный реагент при флотации образует на поверхности сгустки, незначительно влияющие на общий эффект очистки, при этом сбор пены упрощается.
Из трубчатого флокулятора сток поступает непосредственно на напорную флотацию. Во флотаторе, пузырьки газа прикрепляются к поверхности твердых частиц. Благодаря их возможности всплывать, легкие образования пузырьков и твердых частиц всплывают на поверхность. Смешанный поток направляется вверх в емкость 9 флотатора, где равномерно распределяется по всей ее ширине. Ламинарные условия обеспечивают оптимальные условия разделения фаз раствора. Хлопья, состоящие из твердых частиц и газа, поднимаются на поверхность воды, где они образуют слой пены (флотопены), который снимается скребком в воронку 8 для флотационной пены, где она подвергается дальнейшему обезвоживанию. А очищенная вода поступает в выпускной сборник 7.
Скребок выполнен в виде пластинчатого сепаратора, что позволяет дополнительно обезводить пену. Флотационная пена перекачивается эксцентриковым шнековым насосом на обезвоживание шлама с помощью шнекового пресса 8.2. Незасоряющийся пластинчатый сепаратор увеличивает полезную площадь отделения, что делает возможным большие гидравлические нагрузки на маленькой занимаемой площади. Пока вода направляется вниз через отверстия между наклонными пластинами, всплывающие хлопья преодолевают короткое расстояние и прикрепляются на нижней поверхности верхней пластины, а тяжелые частицы опускаются на короткое расстояние к верхней поверхности нижней пластины. Пластина удерживает тонкие слои до тех пор, пока они становятся толстыми и компактными, и, наконец, отделяются от поверхности пластины и быстро соскальзывают вверх или вниз вдоль поверхности пластины. Отделившиеся легкие образования скользят вверх и поднимаются на поверхность воды, где образуют слой флотационной пены. Тяжелые образования осадка скользят и опускаются вниз на дно емкости в воронку для осадка, откуда они удаляются эксцентриковым шнековым насосом или выпускаются самотеком посредством пневматического шибера. В установку обезвоживания флотационной пены также подается флокулянт из установки для его приготовления 8.1. Добавление реагента стабилизирует пену и упрощает ее сбор.
Очищенная вода, после того, как она прошла вниз в пластинчатый сепаратор, поднимается снова вверх через канал к выпускному сборнику 7. Уровень воды в емкости и глубина погружения скребка настраиваются изменением положения перелива - погружной перегородки. До 30% выпускаемой воды используется повторно для подготовки воды под давлением. Многоступенчатый центробежный насос создает давление около 6 бар. Компрессор подает сжатый воздух (>12%) к ротору насоса, который создает маленькие пузырьки с большой поверхностью для быстрого насыщения воды. Процесс насыщения воды воздухом завершается в трубопроводе напорной подачи. Насыщенная вода поступает через выпускной клапан, где образуются микропузырьки с диаметром от 20 до 40 мкм, когда давление насыщенной воды внезапно падает. В подающем трубопроводе микропузырьки тщательно смешиваются с поступающими стоками таким образом, что все частицы вступают в плотный контакт с подходящим числом микропузырьков. Напорная флотация с реагентной обработкой, является высокоэффективным методом очистки раствора, получаемого в результате термического вымачивания древесины.
Получаемая в результате флотации флотопена, отправляется в шнековый пресс для удаления избыточной влаги и осушения до осадка с влажностью 75-78%.
Очищенные стоки самотеком поступают в канализационную насосную станцию (КНС). Из КНС, очищенные стоки отправляются в контур оборотного водоснабжения для повторного использования, либо в канализационную сеть для понижения уровня воды в бассейне.
Очистные сооружения необходимы для очистки вод до показателей, позволяющих производить их выпуск смешивая их с водами, поступающими на биологическую очистку на существующих КОС, либо производить выпуск вод в водный объект (река Большая Ижорка), либо предусмотреть замкнутый цикл работы с возвратом вод в бассейн вымачивания.
Предлагаемая схема очистки сточных вод предусматривает 3 режима работы:
A. Замкнутый цикл работы с возвратом вод в бассейн;
Б. Цикл работы с частичным возвратом очищенной воды в бассейн, излишки сбрасываются в канализацию;
B. Режим технологической очистки БЗС (полный сброс всех вод из бассейна для очистки дна).