СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
METHOD OF EFFLUENTS TREATMENT

Изобретение относится к способам очистки сточных вод с помощью реагентной обработки и разделения фаз напорной флотацией и может быть использовано, например, в пищевой, фармацевтической, химической, нефтехимической отраслях промышленности.
Известен способ очистки сточных вод напорной флотацией (RU 2327646, B03D, 2008). Способ включает насыщение воды газом в сатураторе под давлением, сброс давления до атмосферного, флотирование взвешенных загрязняющих компонентов выделяющимися при сбросе давления пузырьками газа и отделение загрязнений от очищенной воды. Согласно данному изобретению в сатураторе насыщают газом (атмосферным воздухом или воздухом, содержащим 3-25% диоксида углерода) часть потока очищаемой и/или очищенной воды при давлении 3-5 ати, после чего проводят дросселирование насыщенной газом воды с одновременным смешиванием с остальной частью очищаемой воды в эжекторе, с образованием на его выходе равномерно вспененной воды. Недостатками способа являются низкая эффективность при изменении гранулометрических и физико-химических параметров загрязняющих взвешенных нерастворимых веществ, а также практически отсутствие очистки от растворенных органических и неорганических веществ.
2
4
3
3
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является известный способ очистки сточных вод от органических веществ (RU 2064446. C02F 1/58, C02F 1/24, 1996) путем ввода коагулянта и флокулянта с последующим разделением фаз. Способ заключается в том, что процесс очистки проводят при рН 5-7 путем обработки стока первоначально 10% раствором хлорида железа (III), затем солями синтетических жирных кислот с длиной углеводородного радикала больше С21 (натриевые мыла СЖК) в количестве 0,25-0,5 мг/мг от введенного Fe(III) с последующей флотацией. Обработку реагентами ведут при перемешивании, а флотацию в пневматическом флотаторе. Количество вводимого хлорида железа зависит от концентрации органических веществ в сточных водах и от их состава. Сточные воды, содержащие ароматические углеводороды 2,3 мг/л, в частности 1,4 мг/л бензола и 0,9 мг/л толуола, а также нефтепродукты, полимеры, взвешенные вещества и др., добавлением HSO доводят рН до 5-7 и вводят FeCl в количестве 0,43 кг на на 1 м стоков, в условиях перемешивания механической мешалкой. Понижение рН корректируют добавлением щелочи до рН 5-7, после чего кондиционируют 1-2 мин. Затем добавляют водную эмульсию натриевого мыла СЖК из расчета 0,35 мг/мг Fe(III), кондиционируют 1-2 мин и проводят флотацию в течение 30 мин. Эффективность очистки от ароматических углеводородов достигала 98,9%.
Основными недостатками прототипа являются:
-
-2
4
- дополнительное загрязнение очищаемого стока трудноудаляемыми ионами (Cl, SO  и т.д.) вводимыми с реагентами;
3
- высокий расход реагентов на 1 м обрабатываемого стока, связанный с неравномерным распределением реагента по всему объему очищаемых сточных вод;
- невозможность оперативного регулирования интенсивности смешения реагентов со стоком при изменении гранулометрических и физико-химических параметров загрязняющих веществ. Кроме того, известный способ предназначен только для очистки сточных вод от органических веществ и не применяется для дополнительной очистки от взвешенных веществ.
Для исключения вторичного загрязнения очищаемых сточных вод, повышения экономичности процесса очистки за счет снижения расхода реагентов и повышения степени контроля за процессом смешения реагентов и очищаемым потоком предлагается новый способ очистки сточных вод от органических и взвешенных веществ, в котором сточная вода на очистку и очищенная вода, применяемая для приготовления раствора коагулянта, направляемая на гальванопару, подаются в гидроимпульсном режиме с частотой 0.1-2.5 Гц и амплитудой 0.001-0.05 м, причем часть очищенной воды подается на сатуратор и разделяется на два потока, из которых один поток подается на вход во флотационную камеру напорного флотатора, а второй - на смешение с приготовленным раствором коагулянта.
Поток воды из сатуратора, подаваемый на смешение с приготовленным раствором коагулянта, составляет 10-50% от общего объема воды из сатуратора.
В качестве гальванопары используют железо-коксовую или алюминий-коксовую гальванопару.
+2
+
+2
2
Перед очисткой рН сточных вод устанавливается на уровне 7,5-9. В процессе очистки сточных вод, согласно предлагаемому способу, очищенная вода, после флотационного разделения, отбирается в рециркуляционный контур и подается в сатуратор для насыщения воды воздухом и в аппарат, загруженный гальванопарой, для получения раствора реагента-коагулянта. Существенным признаком предлагаемого способа является применение гидроимпульсного режима подачи очищенной воды на на гальванопару. В результате проведенных экспериментов было установлено, что оптимальная частота импульсов лежит в пределах 0.1-2.5 Гц и амплитуда в пределах 0.001-0.05 м. В качестве гальванопар используется, например, железо-коксовая гальванопара, у которой Fe (анод) - С (катод); или алюминий - коксовая гальванопара, у которой А1 (анод) - С (катод). Для гальванопары Fe (анод) - С (катод), работающей в широком диапазоне изменения рН, на аноде протекает реакция электрохимического растворения железа Fe - 2е=Fe, дополняемая при рН<4 химической реакцией растворения железа Fe+2Н=Fe+Н. За счет разности электрохимических потенциалов железо поляризуется анодно и переходит в раствор в виде двухвалентного железа без наложения тока от внешнего источника энергии. При мгновенном контакте гальванопар создается электродвижущая сила (э.д.с.) и возникает электрический ток. В месте образования точечного короткозамкнутого элемента (в непосредственной близости от точки контакта) протекают множество различных процессов (гальванопара Fe - С), включающих в себя: растворение анода - железа; переход в воду двухвалентных ионов железа; электролиз воды с выделением на катоде водорода и на аноде окислов железа; осаждение металла на катоде и т.д. Интенсивность растворения металла (анода) возрастает при увеличении частоты импульсов, так как увеличивается частота столкновений элементов гальванопары. Эффективность (степень очистки сточных вод и расход реагентов) очистки стоков повышается при одновременном введении в сток приготовленного раствора двухвалентного железа и воды насыщенной кислородом воздуха. Насыщенная воздухом вода из сатуратора разделяется на два потока. Один поток (10-50% от общего объема воды из сатуратора) подается одновременно с приготовленным коагулянтом в начало смесителя (трубчатый флокулятор), а другой поток подается в конец смесителя перед входом во флотационную камеру, которая работает при атмосферном давлении и где происходит выделение растворенного воздуха и осуществляется процесс флотации. Всплывающая масса (пена) непрерывно удаляется скребковым механизмом в шламосборник.
Расход реагентов для проведения процесса очистки можно уменьшить за счет повышения эффективности смешения. Для увеличения скорости массообмена в системе "жидкость-твердое" необходим подвод и диссипация энергии на границе раздела фаз, чему обычно способствует механическое перемешивание фаз в реакционном объеме. Однако для частиц малого размера механическое перемешивание не всегда обеспечивает диссипацию энергии на поверхности раздела фаз. Для оперативного регулирования интенсивности смешения реагентов со стоком сточную воду подают на очистку в гидроимпульсном режиме (с определенной частотой и амплитудой в зависимости от состава стока и необходимого времени коагуляции), обеспечивая заданную эффективность процессов. Энергия, необходимая для смешения реагентов со стоком и процесса коагуляции, поступает не от мешалок, а за счет изменения таких факторов, как скорость потока и трение труб в условиях поршневого режима потока. Низкочастотные импульсы по предлагаемой технологии реализуются в диапазоне частот ω=0.1-2.5 Гц и амплитуд А=0.001-0.05 м. При наложении низкочастотных импульсов вводимая дополнительная энергия вызывает колебание жидкости. При определенной энергии импульсов, колебания жидкости за счет трения на границе раздела фаз могут передаваться твердому телу, вовлекая его также в колебательное движение, при этом взаимодействие между фазами может характеризоваться вектором скоростей взаимного движения жидкости и твердого тела и массо-теплообменом между фазами, как функции переменного вектора скоростей. Для процесса в масштабе аппарата (смесителя) в целом - подводимая энергия за счет импульсов организует и интенсифицирует нестационарные процессы переноса массы, импульса и тепла. В зависимости от выбора величин скорости импульсов, при заданных параметрах двухфазной системы, регулируется продолжительность контакта фаз, скорость движения твердых частиц и обтекание их жидкостью.
Таким образом, наложение гидроимпульсов приводит к равномерности распределения хлопьев гидроксидов металлов в объеме стока и получению высокой однородности хлопьев по размеру. Однородность формируемых хлопьев способствует их эффективному удалению в процессе флотации. При такой технологии не происходит вторичного загрязнения очищаемой воды и эффективность очистки повышается, при этом расход реагентов (железа, алюминия и т.д.) снижается до 18%.
На рис.1 приведена принципиальная технологическая схема очистки технологических растворов и сточных вод от органических и взвешенных веществ.
Способ осуществляется следующим образом.
Сточные воды, поступающие на очистку, направляются в емкость-усреднитель 1. Усредненный в емкости 1 сток подается пневматическим насосом 2 на реагентную обработку в гидроимпульсном режиме (частота 0.5-2.5 Гц амплитуда 0.001-0.05 м), для интенсификации процесса смешения сточных вод с дозируемыми химическими реагентами. В целях создания оптимальных условий протекания последующих физико-химических процессов в сточных водах корректируется рН среды до 7-9 ед., далее сток последовательно подвергается процессам коагулирования и флокулирования, путем дозирования приготовленных водных растворов коагулянта и флокулянта. Раствор коагулянта готовится в колонном аппарате 10, который заполнен необходимой для эффективного проведения процесса очистки гальванопарой, причем очищенная вода из емкости-сборника 6 подается в колонный аппарат 10 в гидроимпульсном режиме (частота 0.1-2.5 Гц и амплитуда 0.001-0.05 м), при помощи пневматического насоса 9. Амплитудно-частотные характеристики подбираются в зависимости от количества необходимого для ведения процесса очистки коагулянта. Приготовленный в колонном аппарате 10 раствор коагулянта поступает на вход смесителя 3 совместно с водой насыщенной кислородом воздуха в сатураторе 8. Очищенная вода из емкости-сборника 6 подается насосом 7 в сатуратор 8, в который поступает сжатый воздух с давлением 0,4-0,6 МПа. Насыщенная воздухом вода разделяется на два потока. Один поток (10-50% от общего объема воды из сатуратора) подается одновременно с приготовленным коагулянтом в начало смесителя 3 (трубчатый флокулятор), а другой поток (50-90%) подается в конец смесителя 3 перед входом во флотационную камеру напорного флотатора 4. Связанный реагентами осадок из трубчатого смесителя 3 попадает непосредственно в рабочий резервуар флотатора, где под действием мелкопузырчатой аэрации осуществляется очистка поступающего стока от эмульгированных компонентов и дисперсной фазы путем отделения хлопьев, обладающих положительной и нейтральной плавучестью, с образованием флотопены, которая скребковым транспортером сбрасывается в соответствующий приемный бункер, откуда самотеком поступает в емкость-флотошламосборник 5; в то время как более тяжелые частицы оседают на дно флотационного бункера, откуда периодически также сбрасываются в шламосборник.
Очищенная вода, выходящая из флотационной установки, самотеком перетекает в коллектор городской канализации, а часть очищенной воды - на рециркуляцию в емкость-сборник 6. Из емкости-сборника 6 часть воды подается в сатуратор 8 (для насыщения воды воздухом), а часть воды - в колонный аппарат 10.
Для иллюстрации заявляемого изобретения приводятся примеры осуществления способа очистки сточных вод от органических и взвешенных веществ на примере сточных вод пищевого производства.
3
3
Пример 1. На очистку поступают сточные воды пищевого производства в количестве 2 м/час, имеющие в своем составе жиры 487 мг/л, эфироизвлекаемые вещества 890 мг/л, фосфаты 3,5 мг/л и взвешенные вещества 2848 мг/л. Сточные воды подаются на реагентную обработку в гидроимпульсном режиме (частота 1,5 Гц амплитуда 0.025 м). В целях создания оптимальных условий протекания последующих физико-химических процессов, сточные воды подвергаются рН-корректировке путем поточного введения 15%-ного раствора каустической соды. В результате очистки наилучший эффект достигнут при корректировке параметра рН стока в диапазоне 9 ед., с последующим совместным внесением коагулянта - раствора алюминия (0,045 кг растворенного алюминия на 1 м сточной воды) и насыщенной кислородом воздуха воды в соотношении 1:2,5. Вода на гальванопару (Аl-С), для приготовления раствора коагулянта подается в гидроимпульсном режиме с частотой пульсаций 2.5 Гц и амплитудой 0.001 м). Далее вводится 0,1% раствор среднеанионного флокулянта. Полученный осветленный раствор (очищенная вода) имеет показатель рН 7,4 ед., при этом часть очищенной воды возвращается на рециркуляцию в систему очистки. Из этой части 0,3 м/час подается в сатуратор (для насыщения воды воздухом), а 0,03 м/час воды на приготовление раствора коагулянта. Вода из сатуратора подается на вход во флотационную камеру напорного флотатора и на смешение с раствором коагулянта.
В таблице 1 приведены данные по концентрации веществ в сточных водах до и после очистки.
Таблица 1
Результаты лабораторного анализа
Наименование
Размерность
Результаты анализа исходной сточной воды
Результаты анализа очищенной воды
рН
6,5
7,4
Взвешенные вещества
мг/дм<sup>3</sup>
2848±5
26±2
Жиры
мг/дм<sup>3</sup>
487±4,47
3,36±0,6
Фосфаты
мг/дм<sup>3</sup>
1,23±0,06
<0,05
Эфироизвлекаемые вещества
мг/дм<sup>3</sup>
890±28,33
5,22±1,83
3
Пример 2. На очистку поступают сточные воды пищевого производства в количестве 12 м/час, содержащие в своем составе взвешенные вещества и большое количество органических веществ. Сточные воды подаются на реагентную обработку в гидроимпульсном режиме (частота 2,0 Гц амплитуда 0.03 м). В целях создания оптимальных условий протекания последующих физико-химических процессов сточные воды подвергаются рН-корректировке путем поточного введения 15%-ного раствора серной кислоты, при этом раствор кислоты вводился в воду, идущую на приготовление коагулянта. Наилучший эффект достигнут, когда рН составлял 7,5 ед. Коагулянт - 1%-ый раствор железа (0,135 кг растворенного железа на 1 м сточной воды) и насыщенная кислородом воздуха вода в соотношении 1:2,5 совместно подавались в сточную воду. Вода на гальванопару(Ре-С) для приготовления раствора коагулянта подается в гидроимпульсном режиме с частотой 0.1 Гц и амплитудой 0.05 м. Далее вводится 0,1% раствор флокулянта. При этом часть очищенной воды возвращается на рециркуляцию в систему очистки. Из этой части вода поступает в сатуратор (для насыщения воды воздухом) и на приготовление раствора коагулянта. Вода из сатуратора подается на вход во флотационную камеру напорного флотатора и на смешение с раствором коагулянта (50% от общего объема воды из сатуратора). В таблице 2 приведены данные по концентрации веществ в исходной сточной воде и после очистки.
Приведенные примеры никак не ограничивают возможность осуществления данного способа в заявляемых пределах для очистки сточных вод любого другого производства от органических и взвешенных веществ.
Таким образом, использование заявленного способа позволяет: эффективно очищать от органических и взвешенных веществ различные по составу сточные воды без вторичного загрязнения очищаемого стока трудноудаляемыми ионами; снижать расход реагентов для проведения процесса очистки на 10-18%; оперативно регулировать интенсивность смешения реагентов с обрабатываемым стоком, обеспечивая заданную эффективность процессов очистки.