УСТАНОВКА ДЛЯ ГЛУБОКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И АНИОНОВ

Полезная модель относится к области водоподготовки и очистке сточных вод, образующихся при добыче и переработке руд цветных и тяжелых металлов, а также металлургических и других промышленных производств, может быть использована для очистки природных подземных вод высокой минерализации, солевых растворов и рассолов от железа и нормируемых токсичных металлов.
Производственные стоки металлургических производств содержат большое количество взвешенных частиц, особенно соединения тяжелых металлов, а также соединения кальция, магния в виде сульфатов и хлоридов.
Для подземных вод характерно значительное содержание минеральных солей и небольшое, по сравнению с поверхностными водами, содержание органических веществ. Известно, что подземные водоисточники в значительной мере загрязнены ионами металлов, имеющих природное и техногенное происхождение. Например, подземные воды питьевого назначения в большинстве случаев имеют повышенное содержание ионов железа и марганца, содержат широкий спектр металлов, например, медь, никель, цинк, и алюминий, в основном техногенного характера.
Известна установка (В.А.Клячко, И.Э.Апельцин "Подготовка воды для промышленного и городского водоснабжения", Москва, 1962 г., стр.627), предназначенная для удаления железа из поверхностных вод методами коагуляции, окисления, известкования. Установка состоит из аэратора-смесителя, осветлителя, песчаного фильтра. Установка позволяет достаточно полно очищать воду от железа при небольших концентрациях последнего. При повышенном содержании железа аэратор, использованный в установке, не позволяет насытить воду необходимым количеством воздуха для полного окисления железа. Установка только частично умягчает воду, при этом выпадает в осадок только часть солей кальция, соли магния в осадок практически не выпадают.
Известна установка и способ для очистки жидких стоков, содержащих, в частности, во взвешенном состоянии загрязняющие вещества, в том числе, ионы тяжелых металлов, предусматривающая средства разделения гравитационного действия и средства мембранного разделения, применяемы t на этапе окончательной очистки. (Заявка РСТ: FR 03/00627 (26/02/2003); WO 2004/083132 (30/09/2004). Однако известная установка имеет ограниченную область применения и дает невысокое качество очистки.
Известна установка для реализации способа очистки кислых железосодержащих сточных вод, включающего усреднение, нейтрализацию сточных вод известковым молоком, отстаивание и механическое обезвоживание образующегося осадка (Смирнов Д.Н., Генкин В.Е. Очистка сточных вод в процессах обработки металлов. - М.: Металлургия, 1980, - 195 с.). Процесс очистки сточных вод с использованием данной установки не обеспечивает необходимую степень очистки.
Известна установка для очистки подземных вод, включающая подводящую магистраль исходной воды, установленные по ходу процесса последовательно, блок реагентных емкостей для окислителя, коагулянта и флокулянта, блок нейтрализации, блок осветления, линию отвода осветленной воды, систему отстойников, блок фильтрации с системой регенерации, емкость готового продукта, возвратно-циркуляционную линию и линию отвода шлама из блока осветления, при этом вводы коагулянта и флокулянта установлены в реакторе-осветлителе, один конец возвратно-циркуляционной линии соединен с магистралью исходной воды перед точкой соединения ее с емкостью окислителя, а другой конец соединен с линией отвода осветленной воды, блок фильтрации содержит соединенные последовательно фильтры, заполненные, соответственно, природным материалом, обладающим слабоосновными свойствами, и инертным природным материалом. В качестве реактора-осветлителя используют реактор-осветлитель в контактной среде. Линия отвода шлама от блока осветления снабжена шламоотделителем, из которого выход воды, освобожденной от шлама, соединен с емкостью исходной воды, а линия отвода регенерационных растворов блока фильтрации так же соединена с емкостью исходной воды. Недостаткам данной установки является низкая производительность, вызванная необходимостью частой регенерации фильтров и соответственно увеличением количества промывных вод (RU №2187462, C02F 1/64, C02P 9/04, опубл. 2002 г.).
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой полезной модели является установка для подготовки воды питьевого качества из попутно добываемых из скважин пластовых вод, которая основана на последовательном осветлении исходной воды (RU 71112, C02F 1/24, C02F 9/08, опубл. 27.02.2008). Установка содержит флотатор, емкости для известкового и содового растворов и для хлопьеобразущих реагентов (флокулянта), отстойник, соединенный с флотатором, в верхнюю часть которого поступает исходная вода, известковый и содовый растворы, контактный осветлитель с гравийной загрузкой, который с одной стороны, через трубопровод, имеющий штуцеры для подачи хопьеобразующих реагентов, соединен с отстойником, с другой стороны контактный осветлитель соединен через насос высокого давления с мембранными блоками обратного осмоса.
Данная установка обеспечивает очистку подземных вод до питьевого качества. К недостаткам данной установки можно отнести то, что предварительная очистка сточных вод не удовлетворяет требованиям к методу обратного осмоса, что приводит к низкой производительности установки, так как требует частой замены мембран.
Кроме того, общим недостатком указанных выше установок является невозможность их использования для очистки производственных сточных вод металлургических предприятий, содержащих высокие концентрации ионов тяжелых металлов и анионов.
В основу предлагаемой полезной модели поставлена задача обеспечения глубокой комплексной очистки производственных сточных вод, с получением очищенной воды, пригодной для сброса в водоемы рыбохозяйственного назначения и возврата в систему оборотного водоснабжения.
Поставленная задача решается следующим образом.
Предлагаемая установка для очистки сточных вод включает установленные по ходу технологического процесса приемный резервуар, блок нейтрализации, включающий узел приготовления известкового раствора и емкость-смеситель снабженную патрубками для ввода сточных вод, известкового раствора и патрубком для вывода нейтрализованных сточных вод, узел приготовления раствора флокулянта, смеситель-турбулизатор, вход которого соединен с узлом нейтрализации и снабжен патрубком для ввода раствора флокулянта, а выход соединен с блоком осветления, который включает два отстойника-осветлителя, узел приготовления содового раствора, смеситель-турбулизатор, вход которого соединен с отводом осветленной воды из первого осветлителя, и снабжен патрубком для ввода раствора соды, а выход соединен с входом второго отстойника-осветлителя, блок фильтрации, включающий фильтр ультратонкой очистки и узел мембранной очистки, систему трубопроводов, блок шламоотделения, возвратно-циркуляционную линию, систему трубопроводов и подающих насосов.
Причем смеситель-турбулизатор представляет собой стальную цилиндрическую емкость, снабженную входным и выходным патрубками, встроенными турбулизирующими элементами, представляющими собой перегородки, закрепленные на внутренней поверхности емкости поочередно на противоположных сторонах емкости, с уклоном в направлении движения потока, причем проходное сечение между турбулизирующим элементом и внутренней стенкой емкости максимально приближено к проходному сечению входного патрубка, а диаметр емкости превышает диаметр входного и выходного патрубков не менее чем в два раза.
Блок шламоотделения, включает линию отвода шлама из блока осветления и узел обезвоживания шлама, который содержит ленточный фильтр-пресс и смеситель-турбулизатор вход которого соединен с узлом приготовления флокулянта и с линией отвода шлама из блока осветления, а выход соединен с фильтр-прессом
Узел мембранной очистки содержит две установки обратного осмоса, а узел обезвоживания осадка,.
Кроме того, установка дополнительно содержит емкости для осветленной воды и для очищенной воды и выпарную установку, установленную на выходе из узла мембранной очистки.
Предлагаемая полезная модель поясняется фиг.1 и фиг.2. На фиг.1 в виде схемы представлена установка для глубокой очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов и анионов. На фиг.2 представлен смеситель-турбулизатор.
1
Установка для очистки сточных вод включает установленные по ходу технологического процесса приемный резервуар 1, блок нейтрализации, включающий узел приготовления известкового раствора (известкового молока), смеситель 3, насос 4 для перекачки сточной воды в смеситель 3, насос 5 для подачи известкового молока в смеситель 3, насос 3 для перекачки нейтрализованной воды, блок смешения с флокулянтом, включающий узел приготовления раствора флокулянта 6, смеситель-турбулизатор 7 (далее турболизатор), насос 8 для подачи раствора флокулянта на вход турбулизатора 7, блок осветления, включающий два отстойника-осветлителя, каждый из которых состоит из приемной камеры 9, 11 и отстойника 10 (отстойник I-очереди), 12 (отстойник II очереди), узел приготовления содового раствора 13, турбулизатор 14, установленный на трубопроводе, связывающем отстойники- осветлители, насос 15 для подачи содового раствора на вход турбулизатора 14. Установка также содержит емкость 16 для осветленной воды и емкость 17 для сбора сгущенного осадка, поступающих из блока осветления. Установка также содержит блок фильтрации, включающий фильтр ультратонкой очистки 18, например, фильтр марки SAF-6000 (производитель- компания Amiad Filtration Systems), узел мембранной очистки, включающий установку обратного осмоса I ступени 19 и установку обратного осмоса II ступени 20, выпарную установку 21 и емкость для очищенной воды 22. Установка также содержит блок шламоотделения, включающий узел обезвоживания осадка, представляющий собой ленточный фильтр-пресс 23 с системой регенерации (например фильтр-пресс ЛФГ-ЗН 2000), который через насос 24 для подачи сгущенного осадка соединен с емкостью 17. Блок шламоотделения может дополнительно включать узел приготовления флокулянта 25, турбулизатор 26 и подающий насос 27. Фильтр пресс 23 через насос 28 для перекачки фильтрата соединен с приемным резервуаром 1 и с бункером-накопителем 29 для обезвоженного шлама. Фильтр-пресс 23 через насос 30 подачи промывной воды соединен с емкостью для очищенной воды 22 с системой оборотного водоснабжения. Турбулизаторы 7, 14, 26 имеют однотипную конструкцию, но могут отличаться по размеру, в зависимости от производительности установки и объемов смешиваемых жидкостей. Турбулизатор представляет собой стальную цилиндрическую емкость (трубу), снабженную входным и выходным патрубками и встроенными турбулизирующими элементами 31 (см. фиг.2), представляющими собой перегородки, закрепленные на внутренней поверхности емкости поочередно на противоположных ее сторонах, с уклоном в направлении движения потока, причем проходное сечение между турбулизирующим элементом и внутренней стенкой емкости максимально приближено к проходному сечению входного патрубка, а диаметр емкости превышает диаметр входного и выходного патрубков не менее чем в два раза. Указанные соотношения сечений цилиндрической емкости, входного патрубка и проходного сечения между турбулизирующим элементом и стенкой емкости, способствуют лучшему перемешиванию подаваемых потоков жидкости и созданию стабильного гидродинамического режима.
Турбулизатор работает следующим образом. Через входной патрубок подаются потоки сточной воды и рабочего реагента. За счет резкого увеличения сечения на входе в турбулизатор происходит снижение скорости потоков и изменение ламинарного режима движения потока на турбулентное, благодаря чему, начинается перемешивание. Далее сталкиваясь турбулизирующими элементами потоки меняют направление движения, образуя дополнительные завихрения. Таким образом, за счет прохождения подаваемой смеси через серию турбулизирующих элементов 31, образующих камеры, в которых турбулентное движение жидкости поочередно меняет направление, осуществляется интенсивное перемешивание.
Длина, диаметр турбулизатора и число турбулизирующих элементов подбираются таким образом, чтобы на выходе потоки сточной воды и реагентов были полностью перемешаны. Использование турбулизатора данной конструкции позволяет произвести интенсивное перемешивание сточных вод с рабочими реагентами без дополнительного использования электроэнергии, что повышает экономичность установки.
Установка работает следующим образом.
1
Сточная вода поступает для очистки в приемный резервуар 1 откуда насосом 4 подается в смеситель 3 блока нейтрализации. Приготовленное соответствующим образом известковое молоко из узла 2 дозирующим насосом 5 подается в емкость-смеситель 3. В смесителе 3 происходит перемешивание сточной воды с известковым молоком с помощью сжатого воздуха в течение 3-5 минут. В результате интенсивного перемешивания на стадии нейтрализации из стоков выпадают в виде гидроокисей металлы (титан, железо, медь, хром, марганец и др.), а также магний. Полученная смесь (суспензия) подается далее насосом 3 в блок осветления через турбулизатор 7 на вход которого из узла 6 насосом 8 подается раствор флокулянта. При прохождении смеси через турбулизатор, благодаря интенсивному перемешиванию образуются крупные, легко отделяемые хлопья. Далее флоккулированная смесь направляется в блок осветления в приемную камеру 9. При прохождении флоккулированной смеси, поступающей из камеры 9, через отстойник I-й очереди 10, происходит процесс отстаивания взвешенных и осаждения твердых частиц ионов цветных металлов. Осветленная вода из отстойника 10 поступает в турбулизатор 14 на вход которого подается раствор кальцинированной соды из узла 13 с целью удаления карбонатной жесткости (умягчения). Затем умягченная вода поступает в приемную камеру 11. При прохождении полученной смеси, поступающей из камеры 11 через отстойник II-й очереди 12 происходит дальнейший процесс отстаивания взвешенных, осаждения твердых частиц ионов цветных металлов.
Далее очищенные от примесей сточные воды (осветленная вода) поступает либо в приемную емкость для осветленной воды 16, откуда на фильтр ультратонкой очистки (SAF-6000) 18, либо сразу из отстойника-осветлителя поступает на фильтр 18.
Фильтры SAF представляют собой легко управляемые автоматические фильтры, оборудованные механизмом самоочистки с электроприводом, и предназначены для работы с различными типами фильтрующих сеток, имеющих степень фильтрации от 500 до 10 мкм. Вода поступает на крупную фильтрующую сетку через впускной патрубок и проходит через мелкую сетку изнутри наружу. «Фильтровальный пирог» накапливается на поверхности мелкой сетки и вызывает возрастающую потерю напора. Крупная сетка предназначена для защиты очищающего механизма от крупных частиц грязи.
Отфильтрованная вода далее направляется на узел мембранной очистки, проходит через установку обратного осмоса I ступени 19, где происходит глубокая очистка и обессоливание промывных вод на высокоселективных обратноосмотических мембранах. Чистая вода накапливается в емкости 22, а концентрат направляется установку обратного осмоса II ступени 20. Вторая ступень обратного осмоса обеспечивает глубокое доконцентрирование. Чистая вода из установки второй ступени также собирается в емкости 22. Качество получаемой в результате очистки воды соответствует нормам ПДК водоемов рыбохозяйственного назначения II категории и может быть сброшена в любые водоемы, а так же использована повторно для технологических нужд.
Концентрат II ступени узла мембранной очистки направляется на выпарную установку 21. Где после выпаривания получают дистиллят и сульфатно-хлоридный солевой продукт, близкий по составу к гипсу и может найти применение в строительной промышленности.
Образовавшийся осадок в отстойниках 10, 12 периодически, по мере накопления и уплотнения, скребками передвигается в переднюю более глубокую часть отстойников, откуда насосами, расположенными в насосной станции, подается в приемный резервуар осадка 17, откуда насосом 24 подается на ленточный фильтр-пресс 23 для обезвоживания.
Обезвоживание поступающего осадка с влажностью 95-98% осуществляется на ленточном фильтре ЛФГ-3Н (2000). С целью уменьшения удельного сопротивления осадок перед подачей на фильтр-пресс 23 обрабатывают 0,1% раствором флокулянта AN 934, поступающего из узла 25.
Осадок, обезвоженный на фильтр-прессе 13 и имеющий влажность (70-75%) загружается в бункер осадка 29, откуда шнековым питателем выгружается в автосамосвал и вывозится для утилизации полезных компонентов.
Фильтрат и промывные воды из узла механического обезвоживания направляются в приемную емкость 1, где смешиваются с исходными сточными водами.
Производственные испытания предлагаемой установки проводились на Челябинском цинковом заводе. Результаты испытаний представлены в таблицах:
Таблица 1
Компоненты,
Исходные СВ, мг/л
Очищенная вода
ПДК для водоприемников рыбохозяйственного назначения II категории
pН
7,53
7,8
6,5-8,5
Цинк
315,95
0,004
0,01
Кадмий
7,94
<0,0001
0,001
Железо
11,54
0,1
0,1
медь
0,587
0,005
0,006
натрий
03,1
0,001
0,001
кальций
153,87
30,7
120
Магний
71,6
0,20
180
марганец
18,7
0,24
40
мышьяк
2,18
<0,01
0,01
Взвешенные в-ва
565,24
Не обн.
2
Сульфат-ион
2115,1
44,5
100
Хлорид-ион
350,0
43,1
300
Сухой остаток
4389,5
700
1000
Нефтепродукты
0,679
<0,05
0,05
СПАВ
0,275
0,05
0,1
БПК
4,66
1,2
2,0
Нитрит-ион
0,36
0,1
3,3
Нитрат-ион
3,25
0,75
45
Ион аммония
5,76
0,25
0,5
Таблица 2
Известково-карбонатный шлам отстойников I и II очереди
Компонент
Содержание %
Цинк
19,7
Кадмий
0,50
Железо
0,72
Свинец
0,003
Медь
0,04
Натрий
17,55
Кальций
20,73
Магний
3,34
марганец
1,17
Сера сульфатная
10,03
хлор
0,21
вода
остальное
Таблица 3
Сульфатно-хлоридный солевой остаток
Компонент
Содержание %
Цинк
0,001
Кадмий
<0,001
Железо
<0,001
Свинец
<0,001
Медь
<0,001
Натрий
23,76
Кальций
0,83
Магний
0,84
марганец
<0,001
Сера сульфатная
20,13
хлор
13,28
вода
остальное
Очищенная на предлагаемой установке вода соответствует нормам, предъявляемым к водным ресурсам рыбохозяйственного назначения согласно ГОСТу 17.1.02.04-77 «Показатели состояния и правил таксации рыбохозяйственных водных объектов», применяемым к рыбохозяйственным водоемам.
Установка может найти применение для очистки сбросных технологических растворов в системах очистки различных предприятий, а также для очистки природных подземных вод высокой минерализации, солевых растворов и рассолов от железа и нормируемых токсичных металлов.