СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД


RU (11) 2108974 (13) C1

(51) 6 C02F1/24 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 26.12.2007 - прекратил действие, но может быть восстановлен 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 96107962/25 
(22) Дата подачи заявки: 1996.04.22 
(45) Опубликовано: 1998.04.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Гвоздев В.Д., Ксенофонтов Б.С. Очистка производственных сточных вод и утилизация осадков. - М.: Химия, 1988, с. 60 - 76. 2. Ксенофонтов Б.С. Очистка сточных вод: флотация и сгущение. - М.: Химия, 1992, с. 44 - 46. 
(71) Заявитель(и): Ксенофонтов Борис Семенович 
(72) Автор(ы): Ксенофонтов Борис Семенович 
(73) Патентообладатель(и): Ксенофонтов Борис Семенович 

(54) СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД 

Изобретение относится к способам очистки сточных вод и может быть использовано в технологии очистки как промышленных, так и бытовых сточных вод. Сущность способа заключается в том, что очистку сточных вод проводят последовательным отставанием, флотацией и фильтрацией, причем флотацию проводят в режиме принудительной (искусственной) коалесценции микропузырьков путем добавления в сточную воду насыщенного раствора легкорастворимого в воде газа, например углекислого или сероводорода, а также размещения на пути движения пузырьков гидрофобной поверхности. Неуловленные в осветленной воде микропузырьки коалесцируют на входе в фильтрующую загрузку, состоящую из частиц угля и торфа, причем используют флотоконцентрат верхового торфа. Образующиеся на стадии флотации пенный продукт и фильтрации - пенный кек объединяют и направляют на разделение декантацией на легкую и тяжелую фракции и при этом последнюю возвращают на стадию отстаивания. 8 з.п. ф-лы, 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к способам очистки сточных вод и может быть использовано в процессах очистки как промышленных так и бытовых сточных вод.

Известен способ очистки сточных вод флотацией путем насыщения сточных вод воздухом или каким-либо растворенным в воде газом под давлением [1]. При сбросе давления из сточной воды выделяется растворенный в ней воздух или какой-либо другой газ в виде пузырьков. При этом к пузырькам прилипают тонкодисперсные гидрофобные вещества и в виде комплексов частица-пузырек всплывают, образуя пенный слой, который содержит частицы загрязнений. Пенный слой самотеком или с помощью специального устройства периодически или непрерывно удаляется в шламосборник. Очищенная жидкость отводится из зоны, находящейся ниже образования флотокомплексов частица-пузырек.

Использование известного способа позволяет достигнуть эффективности очистки в пределах 70-80%.

Существенным недостатком известного способа является низкая скорость всплывания флотокомплексов частица-пузырек, обусловленная малым размером пузырьков. Низкие значения скорости всплывания этих флотокомплексов приводят к тому, что часть из них следует за потоком отводимой очищаемой жидкости, что приводит к резкому снижению эффективности очистки.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ очистки сточных вод флотацией, включающий очистку сточных вод флотацией, осуществляемой путем аэрации сточных вод пузырьками воздуха и других газов и дальнейшим отделением от воды образующихся флотокомплексов частица-пузырек [2]. При этом диспергирование воздуха и других газов в воде происходит механическим путем, например эжектированием воздуха за счет движения потока жидкости со скоростью порядка 8... 12 м/с или при всасывании в зоне пониженного давления при вращении потока жидкости с помощью мешалки (импеллера). Образующиеся за концами вращающихся лопастей мешалки газовые (воздушные) пузырьки контактируют с частицами загрязнений, что приводит в большинстве случаев к появлению флотокомплексов частица-пузырек. При этом размер образующихся пузырьков составляет более 0,01 мм. При диспергировании воздуха или других газов с помощью мешалки происходит естественная коалесценция пузырьков, что приводит к существенному изменению их размеров, причем в зоне вращения мешалки (импеллера) размер пузырьков составляет порядка 0,01. ..0,5 мм и более, а в верхней зоне, где происходит отделение от воды и их переход в пенный слой, размер пузырьков достигает 1,0... 10,0 мм и более.

При этом очищенная от частиц загрязнений вода отводится из зоны всплывания флотокомплексов частица-пузырек. В результате отводимый водный поток захватывает часть комплексов частица-пузырек, а также отдельные частицы и пузырьки, не нагруженные частицами загрязнений, что приводит к снижению эффективности очистки сточных вод этим способом. Эффект очистки не превышает 70... 85%.

Задача разработки нового способа очистки сточных вод состояла в том, чтобы устранить недостатки, связанные с отводом очищенной сточной воды из зоны флотации, обусловливающие захват флотокомплексов частица-пузырек, а также отдельных частиц загрязнений.

Для решения поставленной задачи разработан новый способ, включающий очистку сточных вод отделением грубодисперсных взвешенных частиц от воды, тонкодисперсных частиц флотированием с образованием и выделением пенного продукта, осветлением воды фильтрацией, причем флотацию проводят с использованием принудительной коалесценции микро- и макропузырьков, в том числе с применением газов, имеющих различную растворимость в воде, причем образующийся пенный продукт разделяют декантацией на легкую и тяжелую фракции с возвратом последней на стадию отстаивания, а оставшиеся после флотация в осветленной воде микропузырьки улавливают фильтрацией на входе жидкости в фильтрующую загрузку с образованием пенного кека и соединением его с пенным продуктом флотация. При этом флотацию проводят с использованием, по крайней мере, двух газов, имеющих различие в растворимости в воде в 2...3 раза, а подача газов осуществляется в виде водных растворов этих газов. Образующиеся микро- и макропузырьки контактируют с гидрофобной поверхностью как сплошной так и перфорированной, находящейся в неподвижном состоянии или состоянии движения, причем гидрофобная поверхность расположена к потоку очищаемой сточной воды под углом 5...90o. Разделение пенного продукта декантацией на легкую и тяжелую фракции проводят в течение 0,5... 1,5 час и тяжелую фракцию возвращают на стадию отстаивания путем ее струйного истечения. Улавливание микропузырьков из сточной воды осуществляют на фильтрующей загрузке с размерами частиц или отверстий, соизмеримых с микропузырьками и равных 0,01...0,1 мм, о использованием в качестве фильтрующей загрузки угля и торфа в объемном соотношении соответственно от 1:1 до 1:10 и при этом в качестве торфа применяют флотоконцентрат верхового торфа со степенью разложения 30... 40% и более. Для интенсификации очистки на стадии флотации в сточную воду добавляют флотоконцентрат верхового торфа в количестве от 50 до 100% от концентрации гидрофобных загрязнений в воде.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Очистку сточных вод как промышленных, так и бытовых проводят в несколько стадий: отстаиванием, флотацией, фильтрацией. На первой стадии отделяют грубодисперсные взвешенные частицы от воды отстаиванием в многополочных отстойниках с подводом исходных сточных вод путем их струйного истечения. Предварительно очищенную сточную воду после отстаивания подают под давлением с помощью насоса, создающего избыточное давление 0,5... 1,0 МПа на стадию флотации. При этом перед подачей сточных вод на флотацию их смешивают с водным раствором газов, имеющих по сравнению с газами, присутствующими в воде, более высокую растворимость в 2 и более раза.

В большинстве случаев в сточной воде растворено несколько газов, в частности кислород, азот, водород, сероводород, метан, диоксид углерода и другие. При этом газов, имеющих повышенную растворимость в воде, например диоксид углерода, сероводород и т.д., в воде при обычных условиях присутствует мало и поэтому при добавлении водного раствора газа с повышенной растворимостью происходит увеличение его концентрации в воде, что приводит при сбросе давления к образованию пузырьков, больших по размеру, чем при их образовании в воде без добавления раствора газа, имеющего повышенную в 2-3 раза растворимость в воде. Образование пузырьков в воде происходит непосредственно на частицах загрязнений и далее сформировавшиеся флотокомплексы частица-пузырек всплывают, создавая пенный слой. На пути всплывания флотокомплексов устанавливают под углом 5-90o сплошную или перфорированную поверхность, что приводит к коалесценции пузырьков, входящих в состав флотокомплексов и, следовательно, к ускорению их всплывания. При этом не успевшие скоалесцировать микропузырьки вместе с потоком осветленной воды попадают на поверхность фильтрующей загрузки, состоящей из угля и торфа, причем размер частиц угля и торфа соизмерим с размерами пузырьков и составляет 0,01-0,1 мм.

В результате взаимодействия микропузырьков с поверхностью частиц угля и торфа происходит коалесценция микропузырьков и их всплывание, что приводит к образованию пенного кека над фильтрующей поверхностью. При этом пенный кек и пенный продукт направляют самотеком или принудительно с помощью насоса в отдельную емкость для разделения декантацией на легкую и тяжелую фракции, причем декантацию проводят в течение 0,5-1,5 ч и при этом тяжелую фракцию, содержащую частицы преимущественно минеральной природы, возвращают на стадию отстаивания путем ее струйного истечения.

Доочистка сточных вод наиболее эффективно происходит путем фильтрации через загрузку из угля и торфа в объемном соотношении от 1:1 до 1:10. При этом в качестве фильтрующей загрузки используют флотоконцентрат верхового торфа со степенью разложения 30-40% и более, причем флотоконцентрат торфа добавляют в количестве от 50 до 100% от концентрации гидрофобных загрязнений, например жира я нефтепродуктов.

Пример 1. Очистку нефтесодержащих сточных вод с концентрацией нефтепродуктов 46 мг/л и взвешенных веществ 283 мг/л проводили отделением грубодисперсных взвешенных частиц от вода отстаиванием с выпадением осадка, тонкодисперсных частиц флотацией с использованием в качестве рабочей жидкости раствора воздуха в воде и в качестве раствора хорошо растворимого газа раствора углекислого газа в воде в количестве 5% от расхода сточных вод с образованием и выделением пенного продукта и осветлением воды фильтрацией и использованием в качестве загрузки угля и торфа в объемном соотношении 1:1 с размером частиц 0,01 мм. При этом в качестве торфяной части загрузки использовали флотоконцентрат верхового торфа со степенью разложения 30% в количестве 50% от концентрации нефтепродуктов в воде.

В результате очистки стоков по предлагаемому способу получили осветленную воду с концентрацией нефтепродуктов 0,87 мг/л и взвешенных веществ 2,69 мг/л.

Пример 2. Очистку нефтесодержащих сточных вод проводили как и в примере 1 за исключением того, что объемное соотношение угля и торфа составило 1:5, а средний размер частиц загрузки составил 0,05 мм. Использовали флотоконцентрат верхового торфа со степенью разложения 35% в количестве 75% от концентрации нефтепродуктов в воде.

В результате получили осветленную воду с концентрацией нефтепродуктов 0,44 мг/л и взвешенных веществ 2,75 мг/л.

Пример 3. Очистку нефтесодержащих сточных вод проводили как и в примере 1 за исключением того, что объемное соотношение угля и торфа составило 1:10, а средний размер частиц загрузки составил 0,1 мм. При этом использовали флотоконцентрат верхового торфа со степенью разложения 40% в количестве 100% от концентрации нефтепродуктов в воде.

В результате получили осветленную воду с концентрацией нефтепродуктов 0,11 мг/л и взвешенных веществ 2,21 мг/л.

При очистке нефтесодержащих сточных вод по известному способу (прототипу) с исходными концентрациями нефтепродуктов и взвешенных веществ как и в примере 1 получили осветленную воду с концентрацией нефтепродуктов 4,8 мг/л и взвешенных веществ 16,1 мг/л.

Таким образом, применение предлагаемого способа позволяет повысить эффективность очистки сточных вод в 5-10 и более раз по сравнению с очисткой сточных вод по известному способу (прототипу). 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Способ очистки сточных вод отделением грубодисперсных взвешенных частиц от воды отстаиванием с выпадением осадка, тонкодисперсных частиц флотацией с образованием и выделением пенного продукта, осветлением воды фильтрацией, отличающийся тем, что флотацию проводят с использованием принудительной коалесценции микро- и макропузырьков газов, в том числе с применением газов, имеющих различную растворимость в воде, причем образующийся пенный продукт разделяют декантацией на легкую и тяжелую фракции с возвратом последней на стадию отстаивания, а оставшиеся после флотации в осветленной воде микропузырьки улавливают фильтрацией на входе жидкости в фильтрующую загрузку с образованием пенного кека и соединением его с пенным продуктом флотации.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что флотацию проводят с использованием по крайней мере двух газов, имеющих различную растворимость в воде, причем отношение растворимостей легко- и труднорастворимого газов составляет не менее 2,0 - 3,0, а подачу газов осуществляют в виде растворов этих газов в воде.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при флотации сточных вод осуществляют контакт микро- и макропузырьков с гидрофобной поверхностью как сплошной, так и перфорированной, находящейся в неподвижном состоянии или в состоянии движения.

4. Способ по пп.1 и 3, отличающийся тем, что гидрофобная поверхность расположена к потоку очищаемой воды под углом 5 - 90o.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что декантацию пенного продукта на легкую и тяжелую фракции проводят в течение 0,5 - 1,5 ч и тяжелую фракцию возвращают на стадию отстаивания путем ее струйного истечения.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что размер частиц или отверстий фильтрующей загрузки соизмерим с улавливаемыми микропузырьками и составляет 0,01 - 0,1 мм.

7. Способ по пп.1 и 5, отличающийся тем, что в качестве фильтрующей загрузки используют уголь и торф в объемном соотношении от 1 : 1 до 1 : 10.

8. Способ по пп.1, 5 и 6, отличающийся тем, что в качестве фильтрующей загрузки используют флотоконцентрат верхнего торфа со степенью разложения 30 - 40% и более.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии флотации в сточную воду добавляют флотоконцентрат верхового торфа в количестве 50 - 100% от концентрации гидрофобных загрязнений в воде.