ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2293708

СПОСОБ ОЧИСТКИ И ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ СТОЧНЫХ ВОД

СПОСОБ ОЧИСТКИ И ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ СТОЧНЫХ ВОД

Имя изобретателя: Назаров Владимир Дмитриевич (RU); Русакович Анатолий Александрович (RU); Гараев Ильшат Фаритович (RU); Губайдуллин Марат Фаритович (RU) 
Имя патентообладателя: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет"
Адрес для переписки: 450062, г.Уфа, ул. Космонавтов, 1, ГОУ ВПО "Уфимский государственный нефтяной технический университет", патентный отдел
Дата начала действия патента: 2005.03.16 

Изобретение относится к технологии очистки и обеззараживания сточных вод с применением электрообработки и может быть использовано для локальной очистки сточных вод предприятий биологической промышленности, лечебных учреждений, туберкулезных и инфекционных больниц. Способ очистки и обеззараживания сточных вод заключается в том, что сточную воду подвергают седиментационной очистке с использованием полиоксихлорида алюминия в качестве реагента, затем фильтруют на фильтре с зернистой загрузкой - силицированным кальцитом, с последующим пропусканием осветленной сточной воды сквозь анодную камеру мембранного электролизера, фильтрованием в зернистом марганцево-алюминиевом катализаторе и пропусканием сквозь катодную камеру мембранного электролизера, пропускание воды осуществляют в электрическом поле напряженностью 500-600 В/м со скоростью 15-18 м/ч, далее очищенную воду обеззараживают ультрафиолетовым излучением, а извлекаемый осадок направляют на термическую обработку при температуре 110-120°С, давлении 0,15-0,20 МПа в течение 0,2-0,3 часа. Технический результат - снижение энергозатрат, уменьшение металлоемкости оборудования, обеспечение высокой степени очистки и обеззараживания воды и осадка.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к комбинированной технологии очистки и обеззараживания сточных вод с применением электрообработки и может быть использовано для локальной очистки сточных вод предприятий биологической промышленности, лечебных учреждений, туберкулезных и инфекционных больниц.

Известен метод обеззараживания жидкости, заключающийся в том, что сточную воду предварительно нагревают в теплообменном аппарате за счет тепла очищенных сточных вод до температуры 50-60°С, а затем нагревают воду до 120-140°С и обеззараживают в течение 3-5 минут [1].

Недостатком этого метода является высокий расход электроэнергии. Известен способ одновременного проведения электрокатализа и электрокоагуляции. Технологическая схема очистки предусматривает после электрокаталитической обработки и отстаивания в течение 24-30 минут адсорбционно-каталитическую доочистку сточной воды путем фильтрования через слой адсорбента-катализатора [2].

Недостатком этого метода является также высокий расход энергии.

Известен способ обработки осадков бытовых и/или промышленных сточных вод, включающий тепловую обработку суспензии осадков, разделение жидкой и твердой фаз, после окончания тепловой обработки суспензии при температуре 150-220°С ее обрабатывают щелочью до рН более 10 и кислородсодержащим газом при давлении 1,5-5,0 МПа в течение 20-180 мин, после чего давление снижают до атмосферного и охлажденную до температуры менее 100°С суспензию подают на разделение с выделением органоминерального комплекса в виде жидкой фазы и нерастворимою твердого остатка, содержащего соли тяжелых металлов [3].

Недостатком этого метода является нерациональное завышение температуры и давления, что ведет к большим затратам электроэнергии.

Наиболее близким техническим решением является способ очистки сточных вод от взвешенных веществ, включающий осветление сточных вод путем отстаивания с отделением осветленной жидкости от шлама, фильтрацию и ультрафильтрацию осветленной жидкости при скорости потока 3-8 м/с и давлении 0,35-0,55 МПа, возврат концентрата на стадию осветления под слой осветленной жидкости. При этом шлам подвергают отжиму и сушке, а воду, полученную при отжиме шлама, возвращают на стадию осветления [4].

Недостатками этого метода являются относительно высокие энергозатраты на создание высокого давления для процесса ультрафильтрации, высокая металлоемкость, отсутствие эффекта извлечения растворенных органических веществ и азота аммонийного, отсутствие обеззараживания воды и осадка.

Задача, решаемая изобретением, заключается в уменьшении затрат энергии, уменьшении металлоемкости оборудования, обеспечении высокой степени очистки воды от растворенных органических веществ и азота аммонийного, обеззараживании воды и осадка.

Указанная задача решается тем, что в способе очистки и обеззараживания сточных вод, включающем очистку воды седиментацией в отстойниках с последующим фильтрованием, в изобретении сточную воду очищают реагентной седиментацией в отстойниках с тонкослойными блоками с последующим фильтрованием на фильтрах с зернистой загрузкой, затем осветленную сточную воду пропускают через анодную камеру мембранного электролизера, после чего очищенную воду обеззараживают ультрафиолетовым излучением, причем электрообработку в электролизере проводят при пропускании воды в электрическом поле с напряженностью 500-600 В/м со скоростью 15-18 м/ч, а осадок, извлекаемый седиментацией, направляют на термическую обработку при температуре 110-120°С в течение 0,2-0,3 часа под давлением 0,15-0,20 МПа. При этом в качестве реагента при седиментационной очистке используют полиоксихлорид алюминия, в качестве зернистой загрузки для фильтров используют силицированный кальцит, в качестве катализатора применяют марганцево-алюминиевый катализатор.

На чертеже представлена принципиальная схема технологии очистки и обеззараживания сточных вод.

Принципиальная схема включает накопитель сточных вод 1, решетку 2, насосную станцию 3, реагентное хозяйство 4, отстойник с полочными блоками 5, фильтр с зернистой загрузкой 6, мембранный электролизер 7, фильтр с катализатором 8, ультрафиолетовые лампы 9, накопитель осадка с термоэлектронагревателями 10.

Очистку сточных вод проводят следующим образом. Исходную сточную воду накапливают в накопителе сточных вод (1), после чего удаляют крупные примеси и насосной станцией (3) подают на реагентную обработку седиментацией с использованием полиоксихлорида алюминия в качестве реагента, далее сточную воду фильтруют на фильтрах (6) с зернистой загрузкой - силицированным кальцитом, затем осветленную воду подвергают обработке путем пропускания сточной воды сквозь анодную камеру мембранного электролизера (7) с последующим фильтрованием в марганцево-алюминиевом катализаторе (8), затем сточную воду пропускают сквозь катодную камеру, электрообработку проводят в электролизерах (7) при пропускании воды в электрическом поле с напряженностью 500-600 В/м со скоростью 15-18 м/ч, далее очищенную воду обеззараживают ультрафиолетовым излучением (9), извлекаемый седиментацией осадок направляют на термическую обработку при температуре 110-120°С, давлении 0,15-0,20 МПа в течение 0,2-0,3 часа.

Принцип обработки заключается в том, что совместное применение катализаторов и электрогенерируемых окислителей позволяет полнее и целесообразнее использовать окислительную мощность реагентов, достичь глубокой минерализации органических веществ. В присутствии катализатора происходит ускорение разложения активного хлора с образованием реакционно-способного атомарного кислорода, который и обуславливает повышение скорости и глубины минерализации органических веществ.

Таким образом, термической обработке подвергается только часть сточной жидкости (обводненный осадок), что снижает энергозатраты на обеззараживание.

Для технико-экономического обоснования способа проведены следующие эксперименты.

Пример 1 . Проводили очистку и обеззараживание хозбытовых сточных вод в зависимости от скорости фильтрования при напряженности электрического поля 500 В/м. Результаты приведены в таблице 1.

Таблица 1
Наименование показателя Единица измерения Исходная вода Очищенная вода при скорости фильтрования, м/ч
10 15 18 23
БПКп* мг О2 273 2,4 2,6 3,0 3,8
Азот аммонийный мг/л 31 11 12 14 16
Кишечная палочка КОЕ/0,001 мл 1·103 34 36 40 44
Сульфитредуцирующие клостридии КОЕ/1,0 мл 24 не обнаружены не обнаружены не обнаружены не обнаружены
*БПКп - биологическое потребление кислорода полное

Т.о. при скорости фильтрования 18 м/ч достигается значение БПК п=3,0 мг/л, что соответствует ПДК водоемов рыбохозяйственного назначения (ПДКрх). При скорости фильтрования 15 м/ч показатели качества воды улучшаются. Более низкие скорости фильтрования нецелесообразны из-за увеличения металлоемкости оборудования и энергозатрат на очистку и обеззараживание воды.

Пример 2 . Проводили очистку и обеззараживание хозбытовых сточных вод в зависимости от напряженности электрического поля при скорости фильтрования воды 18 м/ч. Результаты приведены в таблице 2.

Таблица 2
Наименование показателя Единица измерения Исходная вода Очищенная вода при напряженности поля, В/м
400 500 600 700
БПКп мг О2 273 4,1 3,0 2,7 2,5
Азот аммонийный мг/л 31 18 14 11 5
Кишечная палочка КОЕ/0,001 мл 1·103 74 40 25 13
Сульфитредуцирующие клостридии КОЕ/1,0 мл 24 не обнаружены не обнаружены не обнаружены не обнаружены

Т.о. уменьшение напряженности электрического поля менее 500 В/м приводит к увеличению БПКп более ПДКрх, увеличение более 600 В/м приводит к увеличению затрат на очистку и обеззараживание воды.

Пример 3 . Извлеченный седиментацией осадок с влажностью 98%подвергали обеззараживанию термической обработкой. Результаты приведены в таблице 3. 

Таблица 3
Наименование показателя Единица измерения Исходная вода Обеззараженный осадок
110°С, 0,2 ч, 0,15 МПа 120°С, 0,3 ч, 0,20 МПа
Кишечная палочка КОЕ/0,001 мл 1·103 отсутствие отсутствие
Сульфитредуцирующие клостридии КОЕ/1,0 мл 24 отсутствие отсутствие

Достигнут 100%-ный эффект обеззараживания. В сточной воде могут присутствовать патогенные микроорганизмы, поэтому 100%-ный эффект обеззараживания должен гарантироваться установленным режимом обработки осадка.

Технико-экономическое сравнение вариантов способа-прототипа и предлагаемого изобретения приведен в таблице 4. 

Таблица 4
Наименование показателей Способ-прототип Предлагаемый способ
Расход воды, м3 1,0 1,0
Выход очищенной воды, м3 0,9-0,05 1,0
БПКп, мг/л нет информации 3,0
Эффект очистки, % 92,4-96,5 98,9
Давление в системе, МПа 0,35-0,55 0,2-0,3
Энергоемкость, кВт· ч/м3 4,5-5,0 0,8-0,9
Металлоемкость оборудования, т/м3 0,8 0,25

Т.о. предложенный способ более привлекателен по всем показателям. Следует обратить особое внимание на дополнительные функции предложенного способа, а именно обеззараживание воды; уменьшение на 98,9% количества растворенных органических веществ, определяемых показателем БПК п; уменьшение растворенного азот аммонийного.

ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Патент СССР 952773, МКИ С 02 F 11/18. Устройство для обеззараживания жидкости. // Тихонцов A.M., Коробочка А.Н., Кокорин А.В., Кирьянов С.А. / Б.И. - 1982. - №31.

2. Группа компаний Катализ «Новые катализаторы и ресурсосберегающие каталитические технологии для современной России». Ангарск, 2003 г., 48 стр.

3. Патент РФ 2070165, МПК С 02 F 11/18. Способ обработки осадка бытовых и/или промышленных сточных вод. // Калинин В.П., Кононов В.Е., Трофимов В.А., Шипов В.П. / Б.И. - 1996. - №34.

4. Патент РФ 2001663, МПК B 01 D 61/16, С 02 F 1/46. Способ очистки сточных вод от взвешенных веществ. // Куперман B.C., Вознесенский С.Д., Ганичев А.В. и др. / Б.И. - 1993. - №39.-40.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ очистки и обеззараживания сточных вод, включающий очистку воды седиментацией в отстойниках с последующим фильтрованием, отличающийся тем, что сточную воду очищают реагентной седиментацией в отстойниках с тонкослойными блоками с последующим фильтрованием на фильтрах с зернистой загрузкой, затем осветленную сточную воду пропускают через анодную камеру мембранного электролизера, фильтруют в зернистом катализаторе и пропускают через катодную камеру электролизера, после чего очищенную воду обеззараживают ультрафиолетовым излучением, причем электрообработку в электролизере проводят при пропускании воды в электрическом поле с напряженностью 500-600 В/м со скоростью 15-18 м/ч, а осадок, извлекаемый седиментацией, направляют на термическую обработку при температуре 110-120°С в течение 0,2-0,3 ч под давлением 0,15-0,20 МПа.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве реагента при седиментационной очистке используют полиоксихлорид алюминия.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве зернистой загрузки для фильтров используют силицированный кальцит.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве катализатора применяют марганце-алюминиевый катализатор.

Версия для печати
Дата публикации 26.02.2007гг


вверх