АНОЛИТ КАК ДОБАВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
ANOLYTE AS AN ADDITIVE FOR PURIFYING WASTE WATER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к электрохимическому способу очистки сточных вод. Более конкретно, настоящее изобретение относится к усовершенствованному способу очистки сточных вод с использованием анолита в качестве добавки.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В современном мире постоянно растет потребность в пресной питьевой воде. В связи с увеличением количества муниципальных и промышленных сточных вод необходимо постоянное усовершенствование существующих способов очистки для обеспечения повторного использования загрязненной воды.
В традиционных водоочистных установках обычно используют такие стадии очистки, как осветление, добавление химических веществ (коагуляция и флокуляция), фильтрация и биологическая очистка. Термин «осветление» относится к удалению взвешенных частиц (грязи, органического вещества и т.п.) из потока воды. Добавление химических веществ (например, алюмокалиевых квасцов, хлорида трехвалентного железа) дестабилизирует заряды частиц и подготавливает их к осветлению либо в результате выпадения в осадок в потоке воды, либо в результате всплытия на поверхность потока воды. Биологическая очистка означает разрушение вегетативных форм вредных микроорганизмов. Существующие способы очистки являются комбинацией двух или более указанных способов для обеспечения удовлетворительной очистки воды.
Биологические способы нитрификации-денитрификации очень трудно регулировать (например, на их эффективность очень сильно влияют рН и температура), обычно такие установки имеют большой объем и обеспечивают качество эффлюента, не подходящее для мембранной фильтрации.
Хотя глобально основным способом очистки сточных вод является биологический способ, специфические химические вещества, такие как коагулянты и флокулянты, широко используют с целью формирования хлопьев для улавливания загрязняющих веществ и облегчения разделения жидкости и твердых веществ. Коагулянтные и флокулянтные химические вещества часто являются вредными и токсичными и поэтому создают риски. Кроме того, электрохимические способы, в которых используют коагулянты, являются эффективными при значениях рН, лежащих в диапазоне от 5 до 8,5, поэтому коррекция рН посредством добавления кислот или щелочей часто является обязательной первой стадией обработки, что повышает затраты и риски для всего способа обработки.
Кроме того, на коагуляцию влияют тип используемого коагулянта, его доза и масса, рН и начальная мутность воды, подлежащей обработке, и свойства присутствующих загрязняющих веществ. На эффективность процесса коагуляции также влияют предварительные обработки, такие как окисление. Предварительная электрохимическая обработка с использованием коагулянтов и флокулянтов имеет определенные ограничения. Коагуляция приводит к образованию хлопьев, но флокуляция необходима для того, чтобы способствовать дополнительной агрегации и выпадению в осадок хлопьев. Способом коагуляции-флокуляции удается удалить всего лишь от примерно 60% до примерно 70% природных органических веществ (NOM; от англ.: Natural Organic Matter), и поэтому для завершения очистки сырой воды или сточных вод необходимы другие способы, такие как окисление, фильтрация и седиментация (осаждение).
Такие способы, как электрокоагуляция и электрофлокуляция, требуют больших затрат энергии и обычно не являются экономически целесообразными для крупномасштабных прикладных задач, таких как очистные сооружения для муниципальных сточных вод.
Кроме указанных выше способов, в некоторых публикациях из предшествующего уровня техники раскрыто применение анолита и католита для очистки сточных вод. Например, в публикации US7481935 анолит использовали в качестве биоцидного средства, а католит - в качестве биостимулятора биологических процессов. Патент сфокусирован на обработке отходов животного происхождения, и основное внимание в нем уделено применению анолита в качестве биоцида, преимущественно для устранения неприятного запаха на входе и для дезинфекции резервуаров. В этом патенте раскрыт способ, согласно которому анолит несколько раз в час распыляют на поверхность отходов с целью уничтожения бактерий. Отмечено, что католит «можно использовать для флокуляции, коагуляции, промывки и экстракции». Однако, кроме обработки католитом и/или анолитом, в патенте использован классический способ нитрификации-денитрификации (биологический способ) с анаэробной и аэробной стадиями, в котором азот удаляют бактерии, что приводит к значительному увеличению продолжительности обработки.
Поэтому по-прежнему сохраняется потребность в способе очистки сточных вод, который позволил бы достичь такого уровня очистки, при котором вода стала бы пригодной для обработки посредством мембранной фильтрации при приемлемых затратах и без использования больших количеств химических веществ.
Задачей настоящего изобретения является обеспечение способа очистки сточных вод, который позволил бы достичь уровня очистки сточных вод, достаточного для того, чтобы вода стала пригодной для обработки посредством мембранной фильтрации.
Другой задачей настоящего изобретения является обеспечение способа, который можно было бы осуществлять без необходимости в коррекции рН во время осуществления способа.
Еще одной задачей настоящего изобретения является обеспечение способа, который эффективно снижал бы содержание азота и исключал применение бактерий или биологического способа обработки, а также делал воду пригодной для обработки посредством мембранной фильтрации.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Фиг. 1 представляет собой блок-схему способа очистки сточных вод согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В одном аспекте настоящее изобретение обеспечивает способ очистки сточных вод, в котором сточную воду подвергают электрохимической обработке в присутствии анолита, причем анолит добавляют в качестве добавки, и способ осуществляют без необходимости в коррекции рН.
В другом аспекте настоящее изобретение обеспечивает применение анолита в качестве добавки для очистки сточных вод.
СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Что касается задач приведенного ниже подробного описания настоящего изобретения, то следует понимать, что настоящее изобретение может включать различные альтернативные вариации и последовательности стадий, за исключением тех, которые в явном виде указаны как неподходящие. Кроме того, за исключением примеров эксплуатации или тех случаев, в которых в явном виде указано иное, все числа, выражающие, например, количества ингредиентов, использованные в описании, во всех случаях следует понимать как модифицируемые, на что указывает термин «примерно». Следует отметить, что, если не указано иное, то все процентные значения, приведенные в данном описании и формуле изобретения, относятся к массовым процентам в пересчете на общую массу композиции.
Соответственно, перед чтением подробного описания настоящего изобретения следует понять, что настоящее изобретение не ограничено конкретными приведенными в качестве примеров системами или параметрами способа, которые, конечно же, могут варьироваться. Также следует понимать, что терминология, использованная в данной публикации, предназначена исключительно для целей описания конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения и никоим образом не ограничивает объем настоящего изобретения.
Использование примеров в любой части данного описания, в том числе примеров терминов, обсуждаемых в данной публикации, является исключительно иллюстративным и никоим образом не ограничивает объем и смысл изобретения или любого приведенного в качестве примера термина. Сходным образом, настоящее изобретение не ограничено различными вариантами его осуществления, указанными в данном описании.
Если не указано иное, то все технические и научные термины, использованные в данной публикации, имеют стандартный смысл, общепринятый специалистами в области техники, к которой относится настоящее изобретение. В случае конфликта приоритет имеет настоящий документ, в том числе в отношении определений.
Следует отметить, что при использовании в данном описании и формуле изобретения формы единственного числа включают множественное число, кроме тех случаев, когда из содержания в явном виде следует иное. Так, например, ссылка на «полимер» может включать два или более таких полимеров.
Термины «предпочтительный» или «предпочтительно» относятся к вариантам осуществления настоящего изобретения, которые могут при определенных обстоятельствах обеспечить определенные преимущества. Однако другие варианты осуществления настоящего изобретения также могут быть предпочтительными при тех же или иных обстоятельствах. Кроме того, описание одного или более предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения не означает, что другие варианты осуществления являются неприемлемыми, и не исключает другие варианты осуществления из объема настоящего изобретения.
При использовании в контексте настоящего изобретения термины «содержащий», «включающий», «имеющий», «имеющий в составе», «охватывающий» и сходные следует понимать как открытые, то есть означающие «включающие, но не ограниченные этим».
Что касается задач приведенного ниже подробного описания настоящего изобретения, то следует понимать, что настоящее изобретение может включать различные альтернативные вариации и последовательности стадий, за исключением тех, которые в явном виде указаны как неподходящие. Кроме того, за исключением примеров эксплуатации или тех случаев, в которых в явном виде указано иное, все числа, выражающие, например, количества ингредиентов, использованные в описании, во всех случаях следует понимать как модифицируемые, на что указывает термин «примерно». Следует отметить, что, если не указано иное, то все процентные значения, приведенные в данном описании и формуле изобретения, относятся к массовым процентам в пересчете на общую массу композиции.
Использование примеров в любой части данного описания, в том числе примеров терминов, обсуждаемых в данной публикации, является исключительно иллюстративным и никоим образом не ограничивает объем и смысл изобретения или любого приведенного в качестве примера термина. Сходным образом, настоящее изобретение не ограничено различными вариантами его осуществления, указанными в данном описании.
Если не указано иное, то все технические и научные термины, использованные в данной публикации, имеют стандартный смысл, общепринятый специалистами в области техники, к которой относится настоящее изобретение. В случае конфликта приоритет имеет настоящий документ, в том числе в отношении определений.
Следует отметить, что при использовании в данном описании и формуле изобретения формы единственного числа включают множественное число, кроме тех случаев, когда из содержания в явном виде следует иное. Так, например, ссылка на «полимер» может включать два или более таких полимеров.
Термины «предпочтительный» или «предпочтительно» относятся к вариантам осуществления настоящего изобретения, которые могут в определенных обстоятельствах обеспечить определенные преимущества. Однако другие варианты осуществления настоящего изобретения также могут быть предпочтительными в тех же или иных обстоятельствах. Кроме того, описание одного или более предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения не означает, что другие варианты осуществления являются неприемлемыми, и не исключает другие варианты осуществления из объема настоящего изобретения.
При использовании в контексте настоящего изобретения термины «содержащий», «включающий», «имеющий», «имеющий в составе», «охватывающий» и сходные следует понимать как открытые, то есть означающие «включающие, но не ограниченные этим».
В одном аспекте настоящее изобретение обеспечивает способ очистки сточных вод, в котором сточную воду подвергают электрохимической обработке в присутствии анолита, причем анолит добавляют в качестве добавки, и способ осуществляют без необходимости в коррекции рН.
Способ включает стадии:
a) получения сточной воды;
b) добавления анолита к сточной воде и перемешивания с получением смеси;
c) необязательного проведения коагуляции или флокуляции смеси, полученной во время стадии b);
d) отделения твердых отходов от жидкой смеси.
Сточную воду в качестве водной среды можно собрать в резервуар/контейнер/бак. Твердые отходы можно обработать посредством суспендирования их в водной среде перед началом очистки. Это обеспечивает входящий поток (инфлюент) для способа очистки.
2
3
2
3
+
+
-
-
-
Анолит - это форма электролизованной воды, содержащая ионы и радикалы HO, Н, НО, O, ОН, HOCl, ClO, HCl, Cl, HClO. Анолитную форму воды, содержащую от 100 мг/л до 6000 мг/л или более свободного активного хлора (FAC; от англ.: free active chlorine) можно получить в ячейке, содержащей анод и катод, разделенные ионообменной мембраной, например - как описано в публикациях ЕР 0922788 В1 (Naida and Pushnyakov), GB 2449735 A (Iltsenko and Naida), WO 2010055108A1 (Quadrelli and Ferro), EP 1969159 B1 (Bohnstedt et al.).
Анолитную форму электролизованной воды можно добавить к инфлюенту и смешать с ним посредством перемешивания, взбалтывания или с использованием смесительного устройства. Количество анолита может лежать в диапазоне от 5% до 300% от объема инфлюента в зависимости от типа инфлюента и количества загрязнений в инфлюенте.
После обработки анолитом обработанную смесь можно подвергнуть дополнительным процессам коагуляции и флокуляции. Стадии коагуляции и флокуляции выполняют в зависимости от типа инфлюента, подлежащего обработке.
Можно использовать известные способы коагуляции, такие как электрокоагуляция или химическая коагуляция.
Химическую коагуляцию можно выполнить в присутствии органических или неорганических коагулянтов. Органические коагулянты включают, но не ограничиваются этим, полиамины, меламинформальдегиды и таннины. Неорганические коагулянты включают, но не ограничиваются этим, сульфат алюминия, хлорид алюминия, алюминат натрия, сульфат трехвалентного железа, сульфат двухвалентного железа, хлорид трехвалентного железа, хлорид сульфата трехвалентного железа, полиакриламид, хлорид полиалюминия, неионогенный полиакриламид, анионный полиакриламид, гидратированную известь и карбонат магния.
Можно использовать химическую коагуляцию посредством дозирования хлорида трехвалентного железа, или хлорида алюминия, или хлорида полиалюминия или электрокоагуляцию (подключение источника постоянного тока между металлическими электродами, погруженными в сточную воду, при времени реакции, лежащем в диапазоне от 10 минут до 90 минут), или комбинацию химической коагуляции с электрокоагуляцией. Обычно коагулянт добавляют к смеси и смешивают с ней посредством перемешивания, взбалтывания или с использованием смесительного устройства. Соли железа и алюминия являются наиболее широко используемыми коагулянтами, но показано, что соли других металлов, например - титана и циркония, также являются высокоэффективными.
Неожиданно было обнаружено, что в сточную воду, уже обработанную анолитом, можно было добавлять количества коагулянта, которые были на 15%-100% меньше количества коагулянта, используемого без добавления анолита, но они обеспечивали получение воды превосходного качества. В большинстве способов согласно предшествующему уровню техники коагуляция является предпосылкой для эффективной флокуляции и разделения жидкости и твердых веществ. Согласно настоящему изобретению, коагулянты приносят в инфлюент положительный заряд, который дестабилизирует коллоидные силы, действующие между частицами, присутствующими в сточной воде, что обеспечивает эффективную коагуляцию частиц в сточной воде под действием сил Ван-дер-Ваальса.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения флокулянты, используемые в способе, включают, но не ограничиваются этим, алюмокалиевые квасцы или хлоргидрат алюминия, хлоргидрат двухвалентного железа или любые другие обычно используемые анионные или катионные флокулянты, известные в данной области техники.
Можно использовать известные способы флокуляции, например - дозирование полиэлектролита (РЕ; от англ.: polyelectrolyte). Флокулянт можно добавить к смеси и смешать с ней посредством перемешивания, взбалтывания или с использованием смесительного устройства. Количество флокулянта при использовании анолита неожиданно оказалось на 20-60% меньше, чем количество флокулянта, используемое без добавления анолита. Способ обеспечивает получение жидкости превосходного качества, результатом чего является более экономичный, экологически безвредный и безопасный способ.
Дозы специфических химических веществ, таких как коагулянты и полиэлектролиты, используемые для захвата загрязнений и облегчения разделения жидкости и твердых веществ, значительно ниже, чем в стандартных биологических способах. Вследствие повышения эффективности коагулянтов и флокулянтов последующие процессы можно масштабировать с использованием меньших емкостей и меньших размеров установок, но получать при этом желаемые значения химической потребности в кислороде (COD; от англ.: chemical oxygen demand), содержания N, взвешенных твердых частиц в смешанной жидкой среде (MLSS; от англ.: mixed liquor suspended solids) и числа бактерий, что снижает расходы.
Хлопья, образующиеся в форме слоя взвешенных твердых веществ, отделяют известными способами разделения. Для отделения твердых веществ (флотата) от жидкости можно использовать известные способы разделения, такие как флотация, седиментация или фильтрация. Также можно использовать такие способы, как, например, прессование, электрофорез или центрифугирование. Оставшуюся жидкость, образовавшуюся при разделении жидкости и твердых веществ, можно обработать тем же способом (с использованием анолита перед коагуляцией-флокуляцией).
В специфическом варианте осуществления настоящего изобретения использование флокулянта неожиданно оказалось ненужным, поскольку качество хлопьев после дозирования коагулянта обеспечивает эффективное разделение жидкости и твердых веществ с использованием известных способов.
Способ можно осуществить без необходимости в коррекции рН. Значение рН, поддерживаемое во время осуществления способа, варьируется в зависимости от природы загрязняющих веществ. Отсутствие необходимости в коррекции рН с использованием кислот или оснований обеспечивает более экономически эффективный, простой и безопасный способ.
В варианте осуществления настоящего изобретения способ можно повторить для повышения захвата твердых веществ, коллоидных частиц и растворенных веществ, что приведет к получению жидкости, еще лучше подходящей для дальнейшей обработки с использованием стандартных способов фильтрации, таких как нанофильтрация или осмос.
В следующем специфическом варианте осуществления настоящего изобретения способ обеспечивает очистку воды до уровня, достаточного для того, чтобы вода была пригодной для обработки посредством мембранной фильтрации без необходимости в выполнении стадий коагуляции и флокуляции.
Эффективность использования анолита совместно со стандартной коагуляцией-флокуляцией или без коагуляции-флокуляции, можно выразить через снижение дозы химических веществ или сокращение продолжительности электрокоагуляции (а значит, и потребления энергии). Качество эффлюента обычно выражают через COD и N-Kj (азот по Кьельдалю), поскольку плата за выбросы часто основана на этих параметрах; а также через пригодность для обработки современными способами фильтрации, такими как нанофильтрация и обратный осмос, причем второй способ приводит к получению пригодной для повторного использования и питьевой воды.
Анолитную форму электролизованной воды можно получать в больших количествах при низких расходах, так что крупномасштабное применение этого способа для очистки промышленных или муниципальных сточных вод является рентабельным. Способ можно применять для очистки высокозагрязненных типов сточных вод, которые нельзя подавать в системы биологической очистки, например - потоков сточных вод, загрязненных некоторыми химическими веществами. Соответственно, способ является более универсальным, чем стандартные способы.
2
3
2
3
+
+
-
-
-
Способ, представленный на Фиг. 1, изображает процесс следующим образом: поток (1) загрязненной сточной воды, содержащий взвешенные твердые частицы (1а), коллоидные частицы (1b) и растворенные вещества (1с), собирают в бак или бассейн (2). Добавляют анолитную форму электролизованной воды (4) и последовательно и/или одновременно смешивают с потоком (1) сточной воды; количество добавленной электролизованной воды зависит от природы загрязняющих веществ; электролизованная вода происходит из реактора (7) для получения электролизованной воды и/или из устройства (9) для разделения твердых веществ и воды в виде повторно используемой воды (все еще содержащей некоторое количество активного анолита). Анолитная форма электролизованной воды (4) с ионами и радикалами HO, Н, HO, O, ОН, HOCl, ClO, HCl, Cl, HClO образуется в реакторе (7) для получения электролизованной воды, где используется комбинация воды, соли (NaCl) и электричества. Ионы и радикалы, присутствующие в анолитной форме электролизованной воды (4), обладают окислительной способностью и разрушают некоторые загрязнения. Ионы и радикалы, присутствующие в анолитной форме электролизованной воды (4), заряжают жидкость и поляризуют заряды загрязняющих веществ, стимулируя образование мелких хлопьев из взвешенных твердых веществ и растворенных веществ за несколько секунд. Приточная вода, используемая в реакторе (7) для получения электролизованной воды, является пресной водой и/или эффлюентом из фильтрационного устройства (8). Используют стандартные способы получения хлопьев, такие как использование коагулянта (5а)-флокулянта (6), электрокоагуляция (5b), электрофлотация и т.п.
Полезные эффекты настоящего изобретения в сочетании с низкими расходами на строительство и эксплуатацию обеспечивают применимость настоящего изобретения к муниципальным и промышленным прикладным задачам, независимо от климатических условий и регионов, в которых необходимо повторное использование воды. Настоящее изобретение является простым, недорогим, легко регулируемым (большее или меньшее дозирование), компактным и обеспечивает эффлюент, очень хорошо подходящий для обратного осмоса.
Очистку воды выполняют с первичной целью улавливания взвешенных твердых частиц, коллоидных частиц и растворенных веществ и с вторичной целью обеспечения пригодности воды для дальнейшей обработки посредством мембранной фильтрации.
В другом аспекте настоящее изобретение предусматривает использование анолита в качестве добавки для очистки сточных вод.
Анолитная форма электролизованной воды при использовании в качестве добавки к сточной воде до, одновременно или после применения коагулянта-флокулянта позволяет использовать значительно меньшую дозу коагулянтов и флокулянтов. Коагулянт можно рассматривать как средство, обеспечивающее предварительную зарядку, анолит можно рассматривать как средство, обеспечивающее зарядку перед предварительной зарядкой и одновременно являющееся окислителем, что улучшает весь процесс очистки. В тех случаях, когда стандартное применение коагулянта-флокулянта не приводит к успеху, использование анолита совместно с коагулянтом-флокулянтом обеспечивает очистку этой загрязненной сточной воды. Способ обеспечивает значительное снижение доз химических веществ, что оказалось неожиданным. Способ приводит к значительному снижению уровня азота, варьирующемуся от 40% до 98,8% в сточной воде.
В настоящем изобретении анолит и его химический заряд используют для усовершенствования химических способов очистки без использования последующих биологических способов, таких как нитрификация и денитрификация. Очевидно, что дозирование анолита до, во время или после обработки коагулянтом и флокулянтом настолько существенно снижает COD и уровни азота, что после разделения жидкости и твердых веществ жидкость можно обрабатывать в стандартном оборудовании для обратного осмоса с получением питьевой воды.
Анолит используют не в качестве коагулянта или флокулянта; его используют для того, чтобы сделать эти способы обработки возможными, более рациональными и более эффективными.
Эффекты добавления анолита были неожиданными. Показано, что использование анолита в качестве добавки при обработке сточных вод решает давно назревшую, но до сих пор не реализованную потребность в снижении доз химических веществ.
Анолит выступает в качестве дешевой добавки (полученной из воды, хлорида натрия и некоторого количества электричества), которая является безвредной для окружающей среды, абсолютно безопасной, не токсичной и не раздражающей, которую можно использовать в тех случаях, когда традиционные химикаты не могут обеспечить желаемые результаты или вообще не могут быть использованы, которая заряжает загрязняющие вещества, так что становятся необходимыми значительно меньшие дозы коагулянта и флокулянта, которая окисляет вредные загрязнения (благодаря наличию радикалов в анолите) и растворенные вещества, которая снижает количество взвешенных твердых веществ гораздо больше, чем при использовании только коагулянта-флокулянта, которая исключает необходимость регулирования рН поступающей сточной воды (что сокращает расходы и трудозатраты), которая обеспечивает легко масштабируемую производительность, так что ее можно использовать как в малых, так и в больших водоочистных установках, которая исключает необходимость биологической обработки, и которая обеспечивает возможность обработки большего количества типов сточной воды, чем при использовании только коагулянта-флокулянта.
Анолит обладает комбинированными свойствами окислителя и средства для предварительной зарядки в жидкой форме (с преимуществами тесного контакта с частицами примесей в объеме). При использовании анолита по настоящему изобретению показано, что процесс обработки является нечувствительным к рН инфлюента. Нет необходимости корректировать рН до определенного уровня во время осуществления способа.
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что анолит обладает специфическими свойствами, позволяющими использовать его для очистки сточных вод. При добавлении его к сточной воде в определенных количествах (лежащих в диапазоне от 5% до 300% от объема инфлюента) улучшаются такие стадии обработки, как коагуляция, флокуляция и электрофлотация.
Способ по настоящему изобретению является абсолютно безопасным и безвредным для окружающей среды способом окисления, который не является опасным в отличие от озонизации или добавления пероксидных добавок.
Применение анолита в качестве добавки было испытано на неочищенных канализационных осадках, сточных водах из свинобоен, сточных водах из компании по переработке ПЭТ-бутылок, сточных водах из компании по биологической переработке травянистых растений, сточных водах из химических предприятий, сельскохозяйственных сточных водах (содержащих навоз и дигестат), сточных водах муниципальных водоочистных сооружений, сточных водах, содержащих навоз племенных свиней, свиноматок и мясных свиней, эффлюенте из установки для анаэробного сбраживания навозной жижи, фильтрата из декантера, сточных водах из установки для обработки промышленных сточных вод, сильно загрязненных химикатами сточных водах фабрики по производству текстильных химикатов, сточных водах из мельниц для сухой крови и из многих других источников.
Приведенные ниже примеры предназначены для лучшей иллюстрации настоящего изобретения, и их не следует интерпретировать как ограничивающие объем настоящего изобретения. Все конкретные материалы и способы, описанные ниже, входят в объем настоящего изобретения. Эти конкретные композиции, материалы и способы не ограничивают настоящее изобретение, а иллюстрируют конкретные варианты осуществления настоящего изобретения, входящие в объем настоящего изобретения. Специалист в данной области техники сможет разработать эквивалентные материалы и способы без осуществления идеи настоящего изобретения и отклонения от объема настоящего изобретения. Согласно замыслу авторов настоящего изобретения эти варианты входят в объем настоящего изобретения.
ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Пример 1
200 мл муниципальной сточной воды, имевшей значение COD, равное 1210 мг/л, и уровень N по Кьельдалю (N-Kj), равный 68 мг/л, получили из первичного осадительного бака. Уровень COD этого инфлюента был экстремально высоким, так как средние значения COD равны 700 мг/л. Добавили 40 мл (20% от количества инфлюента) анолита с содержанием активного хлора (FAC), равным 700 мг/л, и перемешали. Затем использовали известные методы коагуляции-флокуляции: добавили 0,10 мл коагулянта (хлорида полиалюминия) и перемешали. Электрокоагуляцию провели в течение всего лишь 10 секунд. Неожиданно обнаружили, что образовавшиеся без дозирования флокулянта хлопья были такого качества, что удалось выполнить разделение жидкости и твердых веществ посредством фильтрации через бумагу и сито. Полученная жидкость имела значение COD, равное 86 мг/л (необычно высокое снижение на 93% после первой стадии обработки), и значение N-Kj, равное 0,8 мг/л (необычно высокое снижение на 98,8% без использования биологических способов обработки) (анализ был выполнен компанией Merieux Nutrisciences, № отчета 15796490). Промышленный стандарт для дозируемого количества коагулянта (без использования анолита) лежал в диапазоне от 5,0 мл/л до 10,0 мл/л. Промышленным стандартом для качества эффлюента после первого осадительного бака является снижение COD на 35% и отсутствие значимого снижения уровня азота (уровни азота снижаются после дальнейших стадий обработки биологическими способами нитрификации-денитрификации). Качество эффлюента муниципальных водоочистных установок (в соответствии с Директивой ЕС о муниципальных сточных водах COD менее 125 мг/л, годовое среднее значение N-Kj менее 10 мг/л и TSS (общее содержание взвешенных твердых частиц; от англ.: total suspended solids) менее 30 мг/л) обычно является непригодным для очистки посредством обратного осмоса, или такая очистка является экономически нецелесообразной, так что эффлюент сбрасывается в окружающую среду. Обнаружено, что качество эффлюента при использовании анолита (без использования биологической нитрификации-денитрификации) обеспечивает его пригодность для дальнейшей обработки посредством обратного осмоса с получением пригодной для повторного использования и питьевой воды.
Пример 2
3
Свинобойня ежедневно дает 1200 м сточной воды со средним значением COD, равным 5740 мг/л, и значением N-Kj, равным 718 мг/л. Способ коагуляции-флотации применяют в блоке флотации растворенным воздухом (DAF; от англ.: dissolved air flotation) с последующим разделением жидкости и твердых веществ. Снижение COD составляет 75%, в результате значение COD в эффлюенте DAF-блока равно 1435 мг/л, а снижение содержания азота на 40% обеспечивает значение N-Kj, равное 431 мг/л. Эти показатели снижения признаны промышленными экспертами оптимальным результатом улавливания взвешенных твердых веществ, коллоидных частиц и растворенных химических веществ с использованием современной технологии перед дальнейшей обработкой жидкости в установке биологической очистки. Повторная обработка сточной воды в блоке флотации растворенным воздухом обычно не производится, поскольку повторное улавливание взвешенных твердых веществ, коллоидных частиц и растворенных химических веществ считают неэффективным, так как повторное разделение жидкости и твердых веществ практически не выполнимо. Сточную воду из свинобойни обрабатывали двумя способами:
I. Получили 100 мл сточной воды. Добавили 100 мл анолита с значением FAC, равным 700 мг/л, и перемешали. Не корректировали рН с использованием химических добавок. Выполнили коагуляцию посредством дозирования и перемешивания 0,1 мл хлорида полиалюминия и электрокоагуляцию в течение 20 секунд. Флокуляцию выполнили посредством дозирования и перемешивания 0,15 мл полиэлектролита: образовались хлопья, и жидкость отделили от твердого вещества с использованием бумаги и сита. Полученную жидкость проанализировали и получили значение COD, равное 270 мг/л. Таким образом, при использовании анолита, коагулянта и флокулянта произошло снижение COD на 95%, тогда как промышленный стандарт при использовании коагулянта, корректора рН (NaOH) и флокулянта равен 75%.
II. Получили 100 мл эффлюента из блока флотации растворенным воздухом (DAF). Добавили 25 мл (25% от количества инфлюента) анолита с значением FAC, равным 700 мг/л, и перемешали. Добавили 0,05 мл коагулянта и перемешали. Добавили 0,06 мл флокулянта (полиэлектролит, 0,2% раствор) и перемешали, что неожиданно привело к получению визуально прозрачной жидкости (что свидетельствует о низком TSS) и выраженного разделения жидкости и твердых веществ, пригодного для флотации. Было обнаружено, что обработку этой жидкости с использованием небольшого блока обратного осмоса можно выполнить без каких-либо проблем с высокой объемной скоростью потока.
Пример 3
Получили эффлюент из декантера, также называемый центрифугатом, со значением COD, равным 720 мг/л, и значением N-Kj, равным 705 мг/л (анализ 16270973, выполненный в Laboratory Merieux). После обработки с использованием анолита, имевшего значение FAC, равное 700 мг/л, и известными способами (электро)коагуляции-флокуляции жидкость имела значение COD, равное 130 мг/л, значение N-Kj, равное 264 мг/л (анализ 16270977, выполненный в Laboratory Merieux), и визуально была очень прозрачной (что свидетельствовало о низком значении TSS). При обработке этой жидкости с использованием небольшого бытового блока обратного осмоса не было обнаружено проблем с потоком через мембрану и было получено значение COD, равное 33 мг/л, и значение N-Kj, равное 53 мг/л (анализ 16270974, выполненный в Laboratory Merieux). Можно ожидать, что обработка с использованием профессионального блока обратного осмоса даст еще более низкие значения COD и содержания азота (по Кьельдалю).
Выводы:
* Промышленные эксперты обычно считают коррекцию рН необходимым предварительным условием для эффективной коагуляции-флотации. Однако раскрытый в данной публикации способ с использованием анолита в качестве средства, обеспечивающего предварительную зарядку, привел к снижению дозы коагулянта и/или к сокращению длительности электрокоагуляции и к снижению дозы флокулянта, причем качество эффлюента неожиданно оказалось высоким, а коррекция рН неожиданно оказалась ненужной.
* При использовании анолита процесс улавливания взвешенных твердых веществ, коллоидных частиц и растворенных веществ с использованием стандартных способов коагуляции-флокуляции можно повторять для повышения качества эффлюента.
* При использовании анолита в одном или более прогонах полученный эффлюент может иметь качество, подходящее для таких способов фильтрации, как нанофильтрация или обратный осмос (что делает ненужной биологическую обработку).
Пример 4
Воду из сточной канавы, которая визуально не была чистой и имела средний уровень загрязнения (Образец 1), получили с фермы в Эде, Нидерланды, и датировали 04.07.2018. В воде были отчетливо видны взвешенные твердые частицы.
Этот инфлюент обработали следующим образом:
• Профильтровали вручную с использованием 10 слоев бумаги (Образец 2).
• Добавили 40% анолита. Смесь визуально была менее прозрачной из-за окисления и образования мелких хлопьев коллоидных частиц (Образец 3).