Способ очистки сточных вод
METHOD OF WASTE WATER TREATMENT

Изобретение относится к очистке сточных вод от вредных примесей, в том числе от ионов металлов, нефтепродуктов, органических загрязнений и запаха, и может быть использовано в коммунальном хозяйстве и различных отраслях промышленности для очистки промышленных и близких к ним по составу сточных вод.
Известен способ очистки сточных вод (Кагановский А.М., Клименко Н.А. и др. Очистка и использование сточных вод в промышленном водоснабжении, М.: Химия, 1983, с.238), включающий механическую очистку, биологическую очистку и доочистку фильтрованием с помощью следующего оборудования: решетки, песколовку, первичный отстойник, аэротенк, вторичный отстойник, регенератор активного ила, сетчатый барабанный фильтр, фильтр с зернистой загрузкой, установку для хлорирования, контактный резервуар, резервуар сброса промывных вод, резервуар накопитель промывной воды и песковые площадки.
Недостатком известного способа является то, что очищенные воды не могут использоваться для подпитки полностью замкнутых циклов оборотного водоснабжения, т.к. из сточной воды нельзя качественно удалить растворенные загрязнения.
Также известен способ очистки сточных вод, содержащих нефть и/или нефтепродукты (Рудин М.Г., Арсеньев Г.А., Васильев А.В. Общезаводское хозяйство нефтеперерабатывающего завода. Издательство "Химия", Л.О., 1978 г., стр. 190-195), с утилизацией продуктов очистки, включающий механическую очистку путем пропускания стоков через песколовки, нефтеловушки, отстойники дополнительного отстоя и флотационные установки с улавливанием части песка и до 95% нефти и возвращением ее в основной технологический процесс для электрообессоливания и обезвоживания в электродегидраторах, атмосферной и/или атмосферно-вакуумной перегонки, подачу шлама на переработку с подогревом его с помощью паровых нагревателей, одновременным прямымвпрыском части пара и обеспечением гомогенности путем принудительной его циркуляции насосом, подачу подготовленного шлама насосом в декантер, механическое центробежное разделение шлама на фазы различной плотности - нефтяную, водную и твердую с последующим отстоем нефтяной фазы и ее возвратом в сырьевые резервуары нефтеперерабатывающего предприятия для последующей переработки, а также раздельным удалением водной и твердой фаз.
Недостатками известного способа является недостаточное извлечение из сточных вод нефти и/или нефтепродуктов, что отрицательно сказывается на выходе целевой продукции, экологической обстановке, уменьшается количество стоков, используемых в повторном обороте производства, что приводит к необходимости пополнения водных запасов производства из водоемов. Кроме того, имеет место высокая себестоимость продукции вследствие необходимости приобретения на стороне пара, требуемого в отдельных технологических процессах производства, а также значительные потери тепла при сжигании топливно-технологического газа на факеле.
3
2
Также известен способ очистки сточных вод от ионов хрома (VI) (Патент RU № 2547756, МПК С02F 1/28, B01J 20/20, опубл. 10.04.2015 г, бюл. № 10), включающий пропускание сточных вод через слой адсорбента при 0,5≤pH≤0,9, отличающийся тем, что в качестве адсорбента используют углеродный адсорбент с размером частиц 0,5-2 мм при суммарной пористости не менее 0,5 см/г и удельной поверхности не менее 500 м/г, полученный на основе длиннопламенного каменного угля.
Недостатком способа является невозможность очистки загрязненных сточных вод от других примесей, например, металлов, органических загрязнений.
Наиболее близким является способ глубокой очистки сточных вод на станции очистки (Патент RU 2048457, МПК C02 F 3/30, 3/02, 3/34, 7/00, 9/00, опубл. 20.11.1995 г.), выполненной в блочно-модульном исполнении и содержащей усреднительный приемный резервуар с насосом, установленный после блока механической очистки, содержащего песколовку, блок биологической очистки, содержащий аэротенк-отстойник первой ступени с носителем для прикрепленной микрофлоры в зоне аэрирования и тонкослойными модулями в зоне отстаивания, аэротенк-отстойник второй ступени с ершовой загрузкой в зоне аэрирования и тонкослойными модулями в зоне отстаивания, аэробный стабилизатор осадка с ершовой загрузкой, денитрификатор и биореактор с расположенными в нем слоями носителем для прикрепленной микрофлоры и зернистой загрузкой, блок доочистки, включающий угольный фильтр, и блок обеззараживания с использованием реагентов. Способ глубокой очистки сточной воды включает подачу сточной воды в блок механической очистки, содержащий песколовку, далее в усреднитель и последующее направление сточной воды в трубчатый отстойник с коридорами, где происходит осветление сточных вод, затем на биологическую очистку в аэротенк-отстойник.
Недостатками известного способа являются громоздкость станции, сложность и дороговизна осуществления способа, поскольку используют сложные в конструктивном исполнении реакторы, требуется большой расход электроэнергии для подачи сжатого воздуха в аэротенки-отстойники, стабилизатор осадка и биореактор доочистки, а также использование реагентов для обеззараживания и удаления фосфора.
Техническими задачами являются повышение эффективности очистки сточных вод за счет повышения степени очистки сточных вод от нефтепродуктов, снижение стоимости очистки сточных вод промышленных предприятий за счет использования сорбционных материалов, изготовленных из растительных отходов, повышение стабильности технологического режима работы очистных сооружений, а также расширение ассортимента сорбентов на растительной основе.
Технические задачи решаются способом очистки сточных вод, включающим подачу сточных вод в блок механической очистки, содержащий песколовку, далее в усреднитель и последующее направление сточных вод в горизонтальный отстойник с коридорами.
Новым является то, что после подачи сточных вод в усреднитель проводят анализ сточных вод на определение состава и концентрации загрязняющих веществ, по составу и концентрации загрязняющих веществ сточные воды делят на среднезагрязненные сточные воды, загрязненные сточные воды с преобладанием нефтепродуктов, загрязненные сточные воды с преобладанием ионов металлов, в зависимости от загрязнения сточных вод выбирают композицию адсорбционно-фильтрующих материалов на основе растительных отходов, в качестве адсорбционно-фильтрующего материала используют модифицированные лигноцеллюлозосодержащие материалы – кислотообработанные плодовые оболочки зерен ячменя – КПОЗЯ, кислотообработанные плодовые оболочки зерен овса – КПОЗО, кислотообработанные плодовые оболочки зерен пшеницы – КПОЗП, термически обработанные плодовые оболочки зерен овса – ТПОЗО, а также измельченный смешанный листовой опад – СЛО, причем при среднезагрязненных сточных водах используют композицию адсорбционно-фильтрующих материалов из КПОЗП, ТПОЗО и СЛО в соотношении (3-1):(2-1):1 соответственно, при загрязненных сточных водах с преобладанием нефтепродуктов используют композицию адсорбционно-фильтрующих материалов из КПОЗП, ТПОЗО и СЛО в соотношении (3-1):(2-1):(0:1) соответственно, при загрязненных сточных водах с преобладанием ионов металлов используют композицию адсорбционно-фильтрующих материалов из КПОЗЯ, КПОЗО и ТПОЗО, в соотношении (3-1):(2-1):1 соответственно, формуют композицию адсорбционно-фильтрующих материалов в кассеты и загружают в блоки, сформированные таким образом блоки из кассет, заполненные адсорбционно-фильтрующим материалом на основе растительных отходов, устанавливают в конце каждого коридора горизонтального отстойника, затем направляют сточные воды в горизонтальный отстойник для сорбции и отстаивания со скоростью 5 мм/с в течение 2 часов.
На фиг. 1 изображена последовательность осуществления способа очистки сточных вод, на фиг. 2 изображены загрузочные блоки в виде кассет, где 1 – песколовка, 2 – усреднитель, 3 – горизонтальный отстойник, 4 – участок формирования загрузки кассет из адсорбционно-фильтрующего материала, 5 – блок кассет.
Способ осуществляют следующим образом.
В сточных водах промышленных предприятий, как правило, одновременно присутствуют ионы металлов инефтепродукты. Для очистки таких загрязненных сточных вод предлагается использовать экологически чистые сорбенты, сорбенты на основе растительного сырья.
Загрязненные сточные воды подают в блок механической очистки (на первую стадию механической очистки), содержащий песколовку 1 (фиг. 1), где происходит осаждение мелких частиц (песок, шлак, битого стекла т. п.) под действием силы тяжести. Затем сточные воды поступают в усреднитель 2 для достижения равномерной концентрации загрязнений. После подачи сточных вод в усреднитель 2 проводят анализ сточных вод на определение состава и концентрации загрязняющих веществ. По составу и концентрации загрязняющих веществ сточные воды делят на:среднезагрязненные сточные воды, загрязненные сточные воды с преобладанием нефтепродуктов, загрязненные сточные воды с преобладанием ионов металлов. В зависимости от вида загрязнения сточных вод выбирают композицию адсорбционно-фильтрующих материалов на основе растительных отходов.
В качестве адсорбционно-фильтрующего материала используют модифицированные лигноцеллюлозосодержащие материалы – кислотообработанные плодовые оболочки зерен ячменя (КПОЗЯ), кислотообработанные плодовые оболочки зерен овса (КПОЗО), кислотообработанные плодовые оболочки зерен пшеницы (КПОЗП), термически обработанные плодовые оболочки зерен овса (ТПОЗО), а также измельченный смешанный листовой опад (СЛО), которые являются растительными отходами и сорбируют указанные выше загрязнения.
КПОЗЯ, КПОЗО, КПОЗП –  кислотообработанные плодовые оболочки зерен ячменя, овса и пшеницы соответственно, модифицированные раствором серной кислоты. Модификацию проводят следующим образом: 1 %-ый раствор серной кислоты и сорбционный материал (например, плодовые оболочки зерен ячменя или овса или пшеницы) в соотношении 10:1 соответственно загружают в шнековый дегидратор, производят перемешивание в течение 1 часа при температуре 20±5°С. Затем модификаты отделяют от водной фазы через фильтр и высушивают до постоянной массы.
ТПОЗО – термически обработанные плодовые оболочки зерен овса. Термическую обработку осуществляют в проходной печи барабанного типа при постоянном перемешивании при температуре 150-180°C на протяжении 30 мин.
СЛО – смешанный листовой опад, представляет собой смесь опавших листьев березы – 25-35 %, тополя – 25-31 %, липы – 10 -20%, клена – 10-15 % и прочих видов деревьев – 15-30 %, предварительно измельченный в измельчителетипа шредер до размеров, не превышающих 10×10 мм.
В зависимости от вида загрязнения сточных вод подбирают композицию и оптимальное соотношение адсорбционно-фильтрующих материалов для достижения максимальной очистки сточных вод.
2+
3+
3
2+
3
3
Так при среднезагрязненных сточных водах, т.е. в стандартном режиме работы предприятия, среднесуточная концентрация и состав загрязняющих веществ находятся в интервале: Fe и Fe– 2-3,5 мг/дм, Cu–  0,5-2 мг/дм, нефтепродукты – 0,4-2 мг/дм. В данном случае наиболее эффективной является композиция адсорбционно-фильтрующих материалов из  КПОЗП, ТПОЗО и СЛО в соотношении (3-1):(2-1):1 соответственно.
2+
3+
3
2+
3
При загрязненных сточных водах с преобладанием нефтепродуктов концентрация и состав загрязняющих веществ находятся в интервале: Fe и Fe– 0,05-2 мг/дм,Cu – 0,1-0,5 мг/дм, нефтепродукты –2 и более. В данном случае наиболее эффективной является композиция адсорбционно-фильтрующих материалов из  КПОЗП, ТПОЗО и СЛО в соотношении (3-1):(2-1):(0:1) соответственно.
2+
3+
3
2+
3
При загрязненных сточных водах с преобладанием ионов металлов концентрация и состав загрязняющих веществ находятся в интервале: Fe и Fe– 3,5-10 мг/дм, Cu – 2  и более,нефтепродукты – 0,03-0,4 мг/дм. В данном случае наиболее эффективной является композиция адсорбционно-фильтрующих материалов из КПОЗЯ, КПОЗО и ТПОЗО, в соотношении (3-1):(2-1):1 соответственно.
3
,
Предварительно подготовленный адсорбционно-фильтрующий материал  – композицию адсорбционно-фильтрующих материалов формуют в кассеты на участке формирования загрузки кассет 4 и загружают в блоки 5 (фиг. 1-3). Например, для очистки загрязненных сточных вод с преобладанием ионов металловкомпозицию адсорбционно-фильтрующих материалов из КПОЗЯ, КПОЗО и ТПОЗО в выбранном соотношении формуют в кассеты. Кассета из адсорбционно-фильтрующего материала представляет собой металло-полиэтиленовый каркас, заполненный композицией адсорбционно-фильтрующих материалов на основе лигноцелюлозосодержащих материалов, плотностью загрузки 400-600 м/кг крупностью 2-7 мм. Размер кассет подбирают исходя из размеров коридора горизонтального отстойника 3 (фиг. 1): например, в коридор горизонтального отстойника 3 шириной 4200 мм и высотой 2370 мм, устанавливают каркасный блок 5 (фиг. 1-3) из девяти кассет общим размером 3600×3600×1300 мм. При этом размер одной кассеты составляет 1000×1000×1300 мм. Блок 5 из кассет закрепляют крюками на анкерные кронштейны, расположенные на стенах коридора горизонтального отстойника 3 (фиг. 2). Блоки 5 (фиг. 1-3) из кассет, заполненные адсорбционно-фильтрующим материалом на основе растительных отходов, технологически извлекаемы для замены и промывки. Замену кассет (использованного адсорбционно-фильтрующего материала) производят один раз в 10-20 дней в зависимости от концентрации загрязняющих веществпутем извлечения кассет из блока 5 (фиг. 1-3) с помощью передвижного грузоподъемного механизма типа кран-балка.
Стадия формирования загрузки кассет происходит непосредственно на очистных сооружениях предприятия, что позволяет скорректировать соотношение предлагаемых адсорбционно-фильтрующих материалов в блоке 5 из кассет в зависимости от состава и концентрации загрязнителей в сточных водах, а также менять состав композиции адсорбционно-фильтрующего материала в зависимости от изменения концентрации загрязняющих веществ в сточных водах, поступающих в отстойник.
Сформированные таким образом блоки 5 из кассет, заполненные адсорбционно-фильтрующим материалом на основе растительных отходов, устанавливают в конце каждого коридора горизонтального отстойника 3 (фиг. 1).
Далее усредненные сточные воды направляют в горизонтальный отстойник 3 с коридорами, где проводят сорбцию и отстаивание сточных вод со скоростью 5 мм/с в течение 2 часов.
Горизонтальные отстойники 3 предназначены для осаждения (отстаивания) взвешенных вредных примесей: ионов металлов, нефтепродуктов, органических загрязнений, шлама и т.п. Обычно стандартные горизонтальные отстойники 3 состоят как минимум из двух коридоров, разделенных перегородкой (стенкой). Отстаивание сточных вод со скоростью 5 мм/с в течение 2 часов является достаточным. За это время происходит осаждение шлама (различных нерастворенных солей, образующихся в технологических цехах) и взвешенных вредных примесей. Осевший шлам и вредные примеси собираются в центральный приямок, проходящий по всей плоскости дна горизонтального отстойника 3, при помощи гидросмыва.
Установление в конце каждого коридора горизонтального отстойника 3 загрузочных блоков 5 (фиг. 1-3) из кассет, заполненных композицией адсорбционно-фильтрующих материалов на основе растительных отходов в зависимости от класса загрязнения сточных вод, позволяет проводить в горизонтальном отстойнике 3 (фиг. 1) не только отстаивание, но и сорбцию. Так, блоки 5 (фиг. 1-3)  из кассет, помещенные в коридоры горизонтального отстойника, непосредственно встречаются на пути движения сточных вод, происходит фильтрование и сорбция.
Примеры конкретного выполнения.
Исследования проводились на реальных загрязненных сточных водах нефтехимического предприятия. Загрязненные сточные воды промышленного предприятия подавали в блок механической очистки, где они проходили через песколовки. Затем сточные воды подавали в усреднитель. Проводили анализ сточных вод на определение состава и концентрации загрязняющих веществ. По составу и концентрации загрязняющих веществ определяли вид загрязненных сточных вод: среднезагрязненные сточные воды, сточные воды с преобладанием нефтепродуктов, сточные воды с преобладанием ионов металлов. В зависимости от вида загрязнения сточных вод выбирали композицию и оптимальное соотношение адсорбционно-фильтрующих материалов на основе растительных отходов.
Композицию адсорбционно-фильтрующих материалов формовали в кассеты и загружали в блоки. Блоки из кассет, заполненные адсорбционно-фильтрующим материалом на основе растительных отходов, устанавливали в конце каждого коридора горизонтального отстойника. После этого загрязненные сточные воды подавали в горизонтальный отстойник. Скорость потока в отстойнике составляла 5 мм/с, время отстаивания - 2 часа.
3
3
Результаты очистки среднезагрязненных сточных вод, композиции и оптимальное соотношение адсорбционно-фильтрующих материалов на основе растительных отходов представлены в таблице 1. Результаты очистки загрязненных сточных вод с преобладанием нефтепродуктов,композиции и оптимальное соотношение адсорбционно-фильтрующих материалов на основе растительных отходовпредставлены в таблице 2. Результаты очистки загрязненных сточных вод с преобладанием ионов металлов, композиции и оптимальное соотношение адсорбционно-фильтрующих материалов на основе растительных отходов представлены в таблице 3. Концентрации загрязняющих веществ (ЗВ) в мг/дмпо каждому виду загрязненных сточных вод на входе в горизонтальный отстойник представлены в столбцах 2, 3, 4 (табл. 1, 2, 3). Концентрации загрязняющих веществ (ЗВ) в мг/дмпо каждому виду загрязненных сточных вод на выходе из горизонтального отстойника при используемых соотношениях адсорбционно-фильтрующего материала представлены в столбцах 5-13 (табл. 1, 2, 3).
Таблица 1 – Результаты очистки среднезагрязненных сточных вод
Загрязняющее вещество - ЗВ,
Концентрация ЗВ на входе в отстойник, мг/дм<sup>3</sup>
Концентрация ЗВ на выходе из отстойника, мг/дм<sup>3</sup>, с загрузкой адсорбционно-фильтрующего материала КПОЗП:ТПОЗО:СЛО, соотношение
КПОЗП:ТПОЗО:СЛО (3:2:1)
КПОЗП:ТПОЗО:СЛО (2:2:1)
КПОЗП:ТПОЗО:СЛО (1:1:1)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Fe<sup>2+</sup> и Fe<sup>3+</sup>
2,0
3,36
3,5
0,5
2,22
2,5
0,9
2,41
2,86
1,1
2,36
2,92
Cu<sup>2+</sup>
0,5
1,311
2,0
0,008
0,098
0,109
0,01
0,14
0,26
0,26
0,48
0,67
Нефтепродукты
0,4
1,0
2,0
0,01
0,05
0,07
0,01
0,05
0,08
0,1
0,06
0,1
Запах (балл)
4
4
4
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Таблица 2 – Результаты очистки сточных вод с преобладанием нефтепродуктов
Загрязняющее вещество - ЗВ,
Концентрация ЗВ на входе в отстойник, мг/дм<sup>3</sup>
Концентрация ЗВ на выходе из отстойника мг/дм<sup>3</sup>, с загрузкой адсорбционно-фильтрующего материала КПОЗП:ТПОЗО:СЛО, соотношение
КПОЗП:ТПОЗО:СЛО (3:2:0)
КПОЗП:ТПОЗО:СЛО (2:2:1)
КПОЗП:ТПОЗО:СЛО (1:1:1)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Fe<sup>2+</sup> и Fe<sup>3+</sup>
0,05
1,4
2,0
0
0,05
0,08
0
0,04
0,1
0
0,07
1,1
Cu<sup>2+</sup>
0,1
0,2
0,5
0,003
0,007
0,013
0,005
0,067
0,14
0,007
0,016
0,024
Нефтепродукты
2,0
3,0
4,0
0,04
0,05
0,07
0,02
0,04
0,17
0,03
0,06
0,09
Запах (балл)
4
4
4
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Таблица 3 Результаты очистки сточных вод с преобладанием ионов металлов
Загрязняющее вещество - ЗВ,
Концентрация ЗВ на входе в отстойник, мг/дм<sup>3</sup>
Концентрация ЗВ на выходе из отстойника мг/дм<sup>3</sup>, с загрузкой адсорбционно-фильтрующего материала КПОЗЯ:КПОЗО:ТПОЗО, соотношение
КПОЗЯ:КПОЗО:ТПОЗО (3:2:1)
КПОЗЯ:КПОЗО:ТПОЗО (2:2:1)
КПОЗЯ:КПОЗО:ТПОЗО (1:1:1)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Fe<sup>2+</sup> и Fe<sup>3+</sup>
3,5
5
10
2,5
2,34
2,46
2,5
2,75
2,97
2,36
3,85
3,48
Cu<sup>2+</sup>
2
3
5
0,109
0,75
3,52
0,95
1,23
3,98
0,65
1,48
3,64
Нефтепродукты
0,03
0,2
0,4
0
0
0,015
0
0
0,021
0
0
0,026
Запах (балл)
4
4
4
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Как видно из табл. 1, 2, 3, после прохождения сточных вод через горизонтальные отстойники, загруженные композициями адсорбционно-фильтрующих материалов на основе растительных отходов, концентрации загрязняющих веществ (ЗВ) по каждому виду загрязненных сточных вод на выходе из горизонтальных отстойников снижаются. Таким образом,повышается степень очистки сточных вод от загрязнений, нефтепродуктов, ионов металлов.
Предлагаемый способ очистки сточных вод повышает эффективность очистки сточных вод за счет повышения степени очистки сточных вод, позволяет снизить нагрузку на биологические очистные сооружения и снизить загрязнение атмосферного воздуха от запаха за счет использования сорбционных материалов, изготовленных из растительных отходов. Использование предлагаемого способа позволит повысить стабильность технологического режима работы очистных сооружений, а также позволит расширить ассортимент адсорбционно-фильтрующих материалов (сорбентов) на растительной основе.