СПОСОБ ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНОЙ ОЧИСТКИ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД И УСТАНОВКА ДЛЯ ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНОЙ ОЧИСТКИ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД
METHOD FOR ELECTRIC-PULSE TREATMENT OF CONTAMINATED INDUSTRIAL WASTE WATER AND APPARATUS FOR ELECTRIC-PULSE TREATMENT OF CONTAMINATED INDUSTRIAL WASTE WATER

Изобретение относится к очистке воды от физико-химических и микробиологических загрязнений, в том числе от тяжелых металлов, нефтепродуктов, смазочно-охлаждающих жидкостей, органики, токсинов, канцерогенов, микроорганизмов, радионуклидов и других загрязнений, и может быть использовано в процессах водоподготовки и очистки сточных вод, обработки промышленных выбросов.
Известно устройство для обеззараживания и активации жидкости, содержащее камеру для обработки жидкости с вмонтированными в нее электродами, генератор импульсов тока, формирующий разрядник, при этом камера выполнена в виде трубы Вентури, содержащей конфузор, горловину, диффузор, а внутри конфузора расположены электроды, выполненные в виде полусфер (см. патент на полезную модель RU №85469, С02F 1/34, oп. в 2009 г.). Известное устройство имеет оригинальную конструкцию, но не может обеспечить высокой производительности для реализации в системах очистки промышленных стоков.
Известно устройство для электроимпульсной обработки воды, включающее два реактора, причем в одном из вариантов исполнения реакторов предполагается использование металлической засыпки (см.А.С. на изобретение SU №1787950, С02F 1/48, oп. в 1993 г.). Это устройство направлено на уменьшение потерь от разряда в токоограничивающем элементе первого реактора, направляя его в дополнительный реактор. Такое техническое решение является более эффективным, чем предыдущее для очистки промышленных стоков, но его эффективность ограничена конструкцией реактора и низкой окислительной способностью.
Известен способ электрохимической очистки сточных вод с использованием металлического растворимого анода, в котором используют алюминиевый анод, выполненный в виде гранул, а процесс очистки осуществляют, подавая на анод сильноточные импульсные электроискровые разряды синхронно с импульсным магнитным полем напряженностью 100-150 кА/м при длительности импульсов 2-5 с (см. А.С. на изобретение SU №1353743, С02F 1/46, оп. в 1987 г.). Этот способ предлагает использование электрических импульсов, недостаточных для эффективной обработки сточных вод при отсутствии окислительного агента, что приводит к снижению производительности установок, реализующих данную технологию.
Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является способ очистки воды, включающий обработку воды и содержащихся в ней загрязнений в гранулированном слое металла импульсными электрическими разрядами, отличающийся тем, что обработку воды производят последовательной подачей высоковольтных и сильноточных импульсов с противоположной полярностью при соотношении энергий сильноточных импульсов к высоковольтным в диапазоне 0,1-10, причем напряжение высоковольтных импульсов составляет 800-1000 В, а сильноточных 100-300 В, а сила тока импульсов составляет соответственно 150-300 А и 500-1500 (см. патент на изобретение RU №2220110, С02F 1/48, оп. в 2003 г.). Экспериментальным путем установлена повышенная энергоемкость известного способа, основанного на использовании разрядных импульсов достаточно высокого напряжения. Высоковольтный импульс требует повышенного расхода электроэнергии, а режим поддерживающего сильноточного импульса не дает возможности снизить энергопотери из-за небольшого временного промежутка своего воздействия на очищаемые воды. А также существенным недостатком этого способа является недостаток кислорода в зоне обработки сточных вод, ведущий к снижению эффективности окислительных процессов.
Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи - уменьшения энергозатрат на обработку загрязненных промышленных сточных вод и повышения эффективности очистной установки при увеличении ее надежности и качества очистки за счет использования аэрации межэлектродного пространства в реакторе, интенсификации процессов воздействия и расширения способов воздействия на сточные воды.
Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в способе электроимпульсной очистки загрязненных промышленных сточных вод, включающем обработку сточных вод и содержащихся в ней загрязнений в гранулированном слое металла импульсными электрическими разрядами посредством последовательной подачи электрических импульсов с противоположной полярностью в реактор, перед подачей сточных вод на электроимпульсную обработку их предварительно очищают от мусора и песка и обрабатывают оксигидратами активного легкого металла, причем оксигидраты активного легкого металла подают на предварительную обработку сточных вод из осадка, образующегося в реакторе, при этом во время обработки сточных вод импульсными электрическими разрядами в реакторе их подвергают интенсивной аэрации в объеме реактора, засыпанном гранулами легкого металла, а прошедшие обработку в реакторе сточные воды подвергают дополнительному воздействию в основном аэротенке посредством придонной аэрации. Во время проведения предварительной обработки сточных вод с использованием оксигидратов активного легкого металла проводят пеногашение, активизируя процессы сорбции частиц загрязнения. Сточные воды, прошедшие обработку в основном аэротенке, далее придонным перетоком подают в отстойник. Коагулированный осадок в отстойнике отделяют от очищенной воды с осаждением в нижнюю зону отстойника и посредством насоса-эрлифта возвращают в емкость для предварительной обработки сточных вод, при этом в основном аэротенке из застойной зоны осадок насосом откачивают на фильтрацию, а отфильтрованную жидкость самотеком направляют в емкость для предварительной обработки сточных вод. В качестве металлической засыпки реактора используют либо алюминий, либо другой легкий токопроводящий металл с подобными свойствами.
А также тем, что установка для электроимпульсной очистки загрязненных промышленных сточных вод, содержащая реактор с электродами и металлической засыпкой, снабжена емкостью для предварительной обработки сточных вод оксигидратами активного металла и основным аэротенком с придонным аэратором, причем реактор установлен в верхней зоне основного аэротенка и снабжен решетчатым промежуточным днищем с расположенным под ним дополнительным аэратором. Емкость для предварительной обработки сточных вод снабжена средством пеногашения с распылителем, установленным в верхней зоне данной емкости, и фильтрующим мешком для коагулированного осадка. Основной аэротенк снабжен расположенным в придонной застойной зоне под реактором насосом для подачи коагулированного осадка в фильтрующий мешок и снабжен расположенным за перегородкой отстойником, связанным с основным аэротенком в придонной зоне, при этом отстойник снабжен эрлифтом коагулированного осадка, предназначенным для его подачи к распылителю для пеногашения и расположенным в придонной зоне отстойника. Отстойник снабжен выходным фильтром с системой перетока очищенной воды.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 схематично изображен реактор для электроимпульсной обработки сточных вод. На фиг.2 схематично изображена установка для электроимпульсной очистки загрязненных и промышленных сточных вод.
Установка для электроимпульсной очистки загрязненных промышленных сточных вод включает расположенные в общем резервуаре 1 емкость 2 для предварительной обработки очищенных от песка и мусора сточных вод, отделенный от емкости 2 перегородкой 3 основной аэротенк 4 с установленным в его верхней зоне реактором 5 для электроимпульсной обработки сточных вод и отстойник 6. Емкость 2 для предварительной обработки сточных вод в верхней зоне связана с патрубком 7 подачи сточных вод, а в ее нижней зоне установлен насос 8 с поплавковым датчиком 9. В верхней части емкости 2 расположено средство для пеногашения с распылителем 10. Трубопровод 11 насоса 8 через тройник связан с трубопроводом 12 для рециркуляционной подачи сточных вод в распылитель 10 и через вентиль 13 с трубопроводом 14 для подачи сточных вод в реактор 5 на электроимпульсную очистку. Над расылителем 10 расположен фильтрующий мешок 15.
В основном аэротенке 4 под реактором 5 установлен насос 16 для подачи коагулированного осадка 17 в фильтрующий мешок 15 посредством трубопровода 18. Аэратор 19 аэротенка 4 и дополнительный аэратор 20 реактора 5 связаны с системой подачи воздуха трубопроводом 21. Основной аэротенк 4 отделен от отстойника 6 перегородкой 22 с придонным перетоком 23. В придонной зоне отстойника 6 расположена горловина 24 эрлифта 25 для транспортировки коагулированного осадка 26 к трубопроводу 12 распылителя 10 средства для пеногашения. В верхней зоне отстойника 6 расположен выходной фильтр 27, связанный перетоком с трубопроводом очищенной воды.
Реактор 5, расположенный в верхней зоне основного аэротенка 4 около перегородки 3, в придонной зоне снабжен дополнительным аэратором 20 и установленным над ним промежуточным решетчатым днищем 28, выполненным из материала с диэлектрическими свойствами. Около стенок корпуса 29, выполненного также из материала с диэлектрическими свойствами, над решетчатым днищем 28 установлены электроды 30 и 31. Между электродами 30 и 31 насыпаны легкие токопроводящие гранулы 32 из алюминия либо из другого легкого металла с похожими свойствами. Расстояние по длине между электродами 30 и 31 определяют из условия, что в нем должно умещаться не менее 10 гранул 32. Выше уровня металлической засыпки гранул 32 электроды 30 и 31 закрыты диэлектрическими колпачками 33.
Способ электроимпульсной очистки загрязненных промышленных сточных вод заключается в следующем. Очищенные от крупного мусора и песка сточные воды в емкости 2 подвергают воздействию активных хлопьев коагулированного осадка 26, содержащего оксигидраты алюминия и подаваемого в емкость эрлифтом 24 посредством трубопровода 25. В результате взаимодействия частиц коагулированного осадка 26 и промышленно загрязненных сточных вод возникает процесс сорбции, приводящий к уменьшению образованию над слоем 34 сточных вод большого количества пены 35. Для пеногашения используют распылитель 10, куда рециркуляционно подают часть осадка вместе со сточными водами из нижней зоны емкости 2 трубопроводами 11 и 12. В зону пеногашения также подают пену 36 из реактора 5 трубопроводом 37 и пену 38 из основного аэротенка 4 трубопроводом 39. Другую часть осадка вместе со сточными водами из нижней зоны емкости 2 трубопроводами 11 и 14 подают в реактор 5.
1
2
1
В реакторе 5 сточные воды подхватываются аэрирующими пузырьками воздуха от аэратора 20 и проходят через промежуточное диэлектрическое решетчатое днище 28 в зону электроимпульсной обработки между частицами гранул 32. Постоянный водовоздушный поток от аэратора 20 позволяет поддерживать гранулы 32 во взвешенном колебательном состоянии, исключая их слипание. В реактор 5 вначале подают короткий импульсный электрический разряд длительностью S с напряжением 700÷800 вольт, а затем напряжение снижают до 300÷400 вольт, а длительность S такого поддерживающего разряда составляет от 1,0 до 10,0 продолжительности S. Множественные разряды, проходящие через токопроводящие гранулы 32 из алюминия, либо из другого легкого металла с похожими свойствами, сжигают часть алюминия гранул 32, при этом образуются соединения, обладающие коагулирующими и флокулирующими свойствами. Высокие локальные температуры, давление, световое излучение различного спектра, электромагнитные поля и ультразвуковое излучение в реакторе 5 при прохождении электрических импульсов приводят к образованию в воде химически активных частиц, в том числе атомарного кислорода, озона и водорода, возбужденных молекул и радикалов. Происходит интенсивное разрушение, окисление, восстановление и нейтрализация загрязнений, содержащихся в воде, а также электроимпульсное диспергирование и окисление алюминия с образованием его оксигидратных форм, которые в процессе коагуляции сорбируют нейтрализованные загрязнения. Благодаря низкой температуре плавления алюминия появляется возможность снизить напряжение наиболее энергоемкого короткого импульсного разряда до 700÷800 вольт. Т.к. в зоне обработки импульсными разрядами находятся, кроме алюминия, вода и воздух, образуются не только коагулирующие и флоккулирующие частицы, кислород и водород, но и обладающий высокими окислительными свойствами локально выделяющийся озон. Поскольку вся обрабатываемая масса находится в колебательном движении, увеличивается количество разрядов, ускоряются окислительные процессы, исключается слипание гранул 32 алюминия. Напряжение электрических импульсов можно менять в реакторе 5 в зависимости от количества, концентрации и вида загрязнений от 300 до 1000 вольт, а силу тока от 10 до 1000 ампер. Такой режим работы реактора 5 позволяет не расходовать большое количество энергии на импульс при небольших загрязнениях сточных вод. Выполнение реактора 5 с гранулами из алюминия и аэрированием сточных вод дает возможность постоянно регенерировать межэлектродное пространство реактора и препятствует уплотнению загрузки, внося в зону реакции кислород воздуха. Возможность менять виды импульсов позволяет удлинить срок службы электродов 30 и 31, либо чередованием полярности импульсов, либо пропусканием нескольких импульсов тока в одну сторону, а затем нескольких в другую сторону.
Обработанные сточные воды через канал 40 попадают в аэротенк 4. Образованные в реакторе 5 частицы коагулянта эффективно перемешиваются и оседают на дно аэротенка 4 в застойной зоне под реактором 5. Насосом 16 посредством трубопровода 18 их подают в фильтрующий мешок 15. Стекающая из фильтрующего мешка 15 жидкость с мельчайшими частицами - оксигидратами активного алюминия попадает в емкость 2 и вступает в реакцию со сточными водами. Технически очищенная вода через выходной фильтр 27 поступает в трубопровод 28. Качество очистки этой воды можно повысить увеличением мощности установки. Но оптимальным является использование других методов для дальнейшей очистки воды, например, биологической очистки с помощью активного ила. Компактную установку для электроимпульсной очистки загрязненных и промышленных сточных вод небольшой производительности можно использовать в автомойках с замкнутым водным циклом, исключая загрязнение окружающей среды. Для очистки промышленных стоков на крупном производстве следует использовать более мощную установку, изменяя ее режимы в зависимости от степени и вида загрязнений.
Использование данного способа и установки позволит улучшить качество очистки сточных вод, дополнительно загрязненных промышленными отходами, обладающими токсичными и опасными для экологического пространства свойствами, при уменьшении расхода энергии на ее обработку и повышении надежности работы установки, исключить загрязнение больших территорий отстойниками с токсичным осадком, сократить общую площадь очистных сооружений загрязненных промышленными отходами сточных вод, исключить заражение окружающего пространства неразложившимися или недостаточно разложившимися токсинами, радионуклидами, тяжелыми металлами, маслами и другими нефтепродуктами и т.д., т.к. дает возможность эффективно очищать большие объемы сточных вод в достаточно компактных установках.
Таким образом, технический результат, достигаемый с использованием заявленного изобретения, заключается в уменьшении энергозатрат на обработку загрязненных промышленных сточных вод и увеличении эффективности очистной установки при повышении ее надежности и качества очистки за счет использования аэрации в межэлектродном пространстве реактора, интенсификации процессов воздействия и расширения способов воздействия на сточные воды.