Устройство для очистки сточных вод от многокомпонентных загрязнений для промышленных предприятий

Полезная модель относится к области обработки и очистки промышленных сточных вод от многокомпонентных загрязнений (взвешенных веществ, эмульгированных жировых компонентов, нефтепродуктов, тяжелых металлов, коллоидно–диспергированных растворенных  органических соединений), в частности к устройствам для физико-химической очистки сточных вод, и может быть использована на предприятиях нефтеперерабатывающей, машиностроительной, легкой, пищевой промышленности и  близких к ним по составу сточных вод малых расходов при ограниченных площадях под очистные сооружения.
Сточные воды промышленных предприятий зачастую многокомпонентны и содержат загрязнители различной природы - нефтепродукты, красители, фенолы, жиры, поверхностно-активные вещества, тяжелые металлы. Физико-химические методы очистки, в частности электрохимическая обработка сточных вод происходит под действием электрического тока с использованием растворимых и нерастворимых электродов. Такая очистка некондиционных вод удобна в эксплуатации, легко поддается управлению и автоматизации, а также позволяет без дополнительных затрат химических реагентов эффективно очищать отработанные водные стоки, загрязненные одновременно органическими и неорганическими веществами.
Известен аппарат, содержащий камеру флотации с размещенным в ее нижней части блоком электродов, камеру отстаивания, скребковое устройство, устройство для подачи и отвода воды (см. описание изобретения РФ  2051117 С1, МПК C02F 1/24, C02F 1/465 опубл. 21.12.1995 г.).
Известно устройство для электрохимической очистки воды, содержащее флотационную камеру, электролизер с пакетом растворимых электродов, установленный под флотационной камерой и фильтр, размещенный вдоль стенок флотационной камеры, образуя с ее стенками полость для сбора очищенной воды и ее вывода через отверстие в флотационной камере (см. описание изобретения РФ 2203226, C02F 1/463, опубл. 27.04.2003 г.).
Недостатком указанных аналогов является низкая степень очистки сточных вод от эмульгированных жировых загрязнений, коллоидно-диспергированных растворенных органических соединений, нефтепродуктов и ионов тяжелых металлов, а так же существенные затраты электроэнергии.
Известно устройство, используемое для деструктивной электрохимической очистки, включающее электролизер колонного типа, содержащий перфорированные электроды, выполненные из нерастворимого при электролизе материала, разделенный изолирующими прокладками, патрубки ввода и вывода очищаемой воды, дополнительно содержат камеру с насадкой, размещенной в верхней части электролизера, а электроды расположены горизонтально над патрубком ввода очищаемой воды (см. описание авторского свидетельства  СССР 1033446, МПК C02F 1/46, опубл. 07.08.1983 г.).
Недостатком прототипа является невысокая эффективность очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, существенные затраты электроэнергии и безвозвратные потери большого количества катализатора.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для электроокислительно-сорбционной очистки многокомпонентных сточных вод включающее поливинилхлоридный корпус со встроенным пакетом горизонтально чередующихся перфорированных пластинчатых электродов, установленных на контактных направляющих шпильках, отличающийся тем, что электроды и контактные направляющие шпильки изготовлены из нержавеющей стали, при этом электроотрицательные и электроположительные электроды разделены между собой диалектическими прокладками и гайками, выполненными из фторопласта, а также входящими в состав устройства встраиваемого адсорбера, заполняемого сорбционным материалом, и сборного приемника флотошлама (см. описание полезной модели РФ 178983, МПК С02F 9/06, С02F 1/465, С02F 1/28, опубл. 24.04.2018 г.).
Недостатком прототипа является невысокие эксплуатационные характеристики, так как в качестве электродов и катодов  используется материал из нержавеющей стали,  что в процессах электрохимической деструкции органических веществ в прианодном пространстве электролизера будет способствовать созданию сильной окислительной среды, приводящей к интенсивному разрушению анодов, а используемая малая толщина анодов может приводить к деформации и прогарам электродов.
Технической задачей является создание конструктивно простого в исполнении и надежно работающего устройства, занимающего малую площадь, удобного в эксплуатации и обеспечивающего высокую степень очистки промышленных сточных вод от многокомпонентных загрязнений.
Технический результат, который может быть получен при использовании заявленного устройства, заключается в повышение эффективности очистки сточных вод до требуемых значений действующих нормативов для конкретного предприятия.
Указанный технический результат достигается также тем, что устройство для очистки многокомпонентных сточных вод включает: поливинилхлоридный корпус со встроенным пакетом горизонтально чередующихся перфорированных пластинчатых электродов равным 22, имеющих толщину 4 мм, которые установлены на контактных направляющих шпильках. Электроды изготовлены из титана с активным покрытием на основе диоксида рутения. Контактные направляющие шпильки выполнены из нержавеющей стали. Электроотрицательные и электроположительные электроды разделены между собой диалектическими прокладками и гайками, выполненными из фторопласта. Расстояние между электроотрицательными и электроположительными электродами составляет 3,5 мм. В состав устройства также входят встраиваемый адсорбер, заполняемый сорбционным материалом, и сборный приемник флотошлама. Скорость движения жидкости в устройстве составляет не менее 0,5 м/ч. В качестве сорбционного материала используется гранулированный композитный сорбент на основе табачной пыли и бентонитовой глины.
Заявленная полезная модель поясняется чертежом (фиг. 1), на котором представлено устройство для очистки сточных вод от многокомпонентных загрязнений.
,
Устройство содержит:кран для промывки устройства 1, направляющие контактные шпильки 2,кран подачи сточной воды 3,корпус устройства 4, гайки крепления контактных направляющих шпилек в корпусе установки 5контактные гайки крепления пластин электродов 6, диэлектрические гайки крепления пластин электродов 7,диэлектрические прокладки  8, пластины электродов электролизера 9, адсорбер 10,штуцер для подачи в адсорбер  сточной воды прошедшей электрохимическую обработку 11, переливное отверстие адсорбера 12, кран слива очищенной воды 13, вал лопастной мешалки 14, лопастную мешалку 15, крышку корпуса электролизера-адсорбера 16, редуктор лопастной мешалки 17, приемник флотошлама 18, болты крепления к электролизеру-адсорберу приемника флотошлама 19,крышку приемника флотошлама 20,отверстие для подачи флотошлама с помощью лопастной мешалки в приёмник флотшлама 21,соединительную прокладку 22, кран для перекачки флотошлама 23,газоотводный патрубок 24.
Принцип работы устройства осуществляется следующим образом. Из бака накопителя загрязненная жидкость подается через кран 3 в электролизер-адсорбер, в зависимости от производительности устройства насосом задается скорость подъема водяного столба через перфорированные пластины электродов 9 где происходит электрохимическая очистка сточной воды с образованием флотационной пены. При достижении стоками, прошедшими электрохимическую обработку заданного уровня они через штуцер 11 поступают в адсорбер, а флотационная пена с помощью лопастной мешалки 17 отводится в приемник флотошлама. В процессе эксплуатации накопившийся флотационный шлам перекачивается в шламохранилище через кран для перекачки флотошлама 23. Очищаемая вода поступает в первую камеру двухкамерного адсорбера 9 заполненного сорбционным материалом, затем через переливное отверстие 12 она поступает во вторую камеру, где при достижении заданного уровня очищенная вода сливается через кран слива очищенной воды 13. В процессе эксплуатации установки неизбежно происходит выделение газообразных и мелкокристаллических видов отходов. Скопившиеся газы отводятся через расположенный в крышке приемника флотошлама газоотводный патрубок 24, а накопившиеся мелкокристаллические отходы удаляются путем промывки устройства с помощью крана 1.
Заявленное устройство для очистки сточных вод от многокомпонентных загрязнений на различных промышленных предприятиях иллюстрируется следующими примерами.
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
2
3
3
3
3
3
3
3
3
3
полн.
2
полн.
2
полн.
2
полн.
2
Пример 1. Производилась очистка отработанной воды печатно-красильного производства в количестве 1 м. Сточная вода характеризовалась следующими показателями: начальная концентрация взвешенных веществ – 160 мг/дм; БПК – 450 мг∙О/дм; ХПК – 1000 мг∙О/дм; азот аммонийный – 30 мг/дм; хлориды – 420 мг/дм;   сульфаты – 170 мг/дм; ПАВ – 30,5 мг/дм; фосфаты – 14 мг/дм; медь  – 3,9 мг/дм; красители – 11,3 мг/дм; рН – 11; температура – 20˚С. Очищаемую жидкость предварительно нейтрализовали раствором НСl до рН 7,  а затем для интенсификации процесса электрохимической обработки воды в очищаемую сточную жидкость предварительно вводили раствор NaCl в количестве 1,5 г/м и пропускали через комбинированное устройство с перфорированными электродами из титана с активным покрытием на основе диоксида рутения совмещенного с адсорбером. Плотность тока составляла 3,5 А/дм. Скорость движения воды в устройстве не менее 0,5 м/ч. Заполнение адсорбера осуществлялось ГКС.  Время работы устройства – 150 минут. На выходе из заявленного устройства показатели очищенной воды соответствовали допустимым нормам рыбохозяйственного водоема 1 категории и были следующими: концентрация взвешенных веществ – 6 мг/дм; БПК – 2,1 мг∙О/дм; ХПК – 22 мг∙О/дм;                    азот аммонийный – 0,25 мг/ дм; хлориды – 74 мг/ дм; сульфаты – 58 мг/дм;                         СПАВ – 0,24 мг/дм; фосфаты – 0,97 мг/дм; медь – менее 0,001 мг/дм;                               красители – менее 0,005; рН – 7,2; температура – 18 ˚С.
3
3
3
3
2
3
3
2
3
Пример 2. Производилась очистка отработанной воды гальванического производства в количестве 1 м. Сточная вода характеризовалась следующими показателями: начальная концентрация тяжелых металлов – 350 мг/ дм;             нефтепродуктов – 35 мг/дм; рН – 3,5; температура – 35˚С. Очищаемую жидкость предварительно нейтрализовали раствором CaCO до рН 8, а затем для интенсификации процесса электрохимической обработки воды в очищаемую сточную жидкость предварительно вводили раствор NaCl в количестве 1,5 г/м и пропускали последовательно через комбинированное устройство с перфорированными электродами из титана с активным покрытием на основе диоксида рутения совмещенного с адсорбером. Плотность тока составляла 3,5 А/м. Скорость движения воды в устройстве не менее                0,5 м/ч. Заполнение адсорбера осуществлялось ГКС. Время работы устройства –                       180 минут. В результате на выходе из заявленного устройства показатели очищенной воды значительно улучшились: концентрация тяжелых металлов – 31 мг/дм; нефтепродуктов – 15 мг/дм;1  рН – 8; температура – 23˚С.
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
2
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
полн.
2
полн.
2
общ.
полн.
2
полн.
2
общ.
Пример 3. Производилась очистка отработанной воды предприятия табачной индустрии в количестве 1 м. Сточная вода характеризовалась следующими показателями: начальная концентрация взвешенных веществ – 90 мг/дм; БПК – 1405 мг∙О/дм; ХПК – 2445 мг∙О/дм; жиров –  8 мг/дм; нефтепродуктов – 0,6 мг/ дм;                         аммоний – 44 мг/ дм; хлоридов – 55 мг/дм; фосфатов – 0,05 мг/дм; АПАВ – 25 мг/дм; железа  – 0,25 мг/дм; рН – 6,7; температура – 20˚С.  Для интенсификации процесса электрохимической обработки воды в очищаемую сточную жидкость предварительно вводили раствор NaCl в количестве 1,5 г/м. Плотность тока составляла 3,5 А/дм. Скорость движения воды в устройстве не менее 0,5 м/ч. Заполнение адсорбера осуществлялось ГКС.  Время работы устройства – 240 минут. На выходе очищенной воды из заявленного устройства концентрация взвешенных веществ – 31 мг/ дм;                                   БПК – 14 мг∙О/дм; ХПК – 23 мг∙О/дм; жиров – менее 0,05 мг/дм; нефтепродуктов – менее 0,01 мг/дм;  азот аммонийный – 1,2 мг/дм;                                      хлориды – 6,3 мг/ дм; фосфаты – 0 мг/ дм;  АПАВ – 0,05 мг/дм; железо – менее 0,05 мг/дм; рН – 6,5; температура – 20 ˚С, что соответствует действующим нормативам для сброса в систему городской канализации (на примере г. Волгограда).
Области применения настоящей полезной модели не ограничено описанными выше примерами, приводимых лишь в качестве иллюстрирования конкретных вариантов, подтверждающих эффективность работы, заявленного устройства.
Таким образом, заявленные конструктивные особенности устройства обеспечивают при очистке многокомпонентных сточных вод с различной степенью загрязнения получение чистой воды по конкретным показателям, которые соответствуют требуемым в области применения нормативам.