Спосіб очистки стічних вод

Винахід відноситься до області обробки води, стічних вод, зокрема, до очистки від органічних і мінеральних забрудників і може бути використаний для захисту навколишнього середовища від забруднень різної природи на промислових підприємствах, ставках-шламонакопичувачах, відстійниках і інших гідротехнічних споруда х. Відомий спосіб очистки стоків від емульгованих нафтопродуктів [патент РФ №2047566, кл. С02F1/36], (1). Спосіб включає обробку рідини ультразвуковою кавітацією з частотою 8-500кГц при інтенсивності 2,0Вт/см 2. Фізична суть відомого способу полягає в деструкції вуглеводнів (нафтопродуктів), які знаходяться поблизу пульсуючи х кавітаційних пустот до кінцевих продуктів окислення - двооксиду вуглецю і води. Основним недоліком відомого способу є низька ступінь очистки стоків від нафтопродуктів, яка обумовлена тим, що кавітаційній обробці піддається не весь об'єм рідини, а тільки - близько розташований, що знаходиться поблизу кавітаційних утворень. Відомий спосіб очистки і знезараження водних середовищ шляхом попередньої ультразвукової обробки (УЗобробки) з наступним ультрафіолетовим опромінюванням (УФ-опромінюванням) [патент РФ №2092448, кл.6 С02Fl/50, 1/32/, on. 10.10.1997г.], (2). УЗ-обробку водного середовища проводять з частотою більшою 25,0 кГц і густиною потужності у межах 0,05-1,0Вт/см 2, а для УФ-опромінювання використовують імпульсне джерело з -6 -4 випромінюванням суцільного спектру у області 190-300нм при тривалості імпульсу 10 - 2 × 10 c і густині імпульсної потужності випромінювання у будь-якому перетині об'єму оброблюваного середовища не менш 20кВт/м, або розрядне джерело випромінювання безперервної дії у області 190-300нм з густиною потужності випромінювання у будь-якому перетині об'єму оброблюваного середовища не менш 50Вт/м 2. Після УФопромінювання водні середовища піддають фільтруванню. Як виходить з технічної суті способу, він дозволяє проводити ефективну очистку стоків, забруднених тільки легкоокислюваними фракціями, що є його основним недоліком. Найближчим аналогом до винаходу за технічною суттю і результатом, що досягається, є спосіб глибокої очистки рідини від нафтопродуктів [патент РФ №2078048, Кл.6 С02FI/28, on. 27.04.1997г.], (3). Суть способу полягає в наступному. Попередньо готують 5-20%-ну водну суспензію активованого вугілля, яку потім піддають УЗ-обробці у режимі ультразвукової кавітації. Отриману таким чином суспензію активованого вугілля змішують з забрудненим стоком і потім направляють до флотатора, де проводиться відокремлення фугату від очи щеної води. Спосіб дозволяє досягнути глибини очистки рідини від нафтопродуктів, рівної 0,65-0,08мг/дм 3. Нами була досліджена можливість використання вказаного способу очистки стічних вод від забруднень різної хімічної природи на прикладі стічних вод шламо-накопичувача с. Пирогове. Стічні води із шламонакопичувача мають наступні фі-зико-хімічні показники: - Біхроматна окислюваність, що характеризує вміст розчинених у воді органічних і неорганічних речовин ХПК, мг 0/дм 3, ( хімічне поглинання кисню), складає 2500-3000мг 0/дм 3, [Ю. Ю. Лур'є. Унифицированные методы анализа вод, М.,«Химия», 1972г., с.261-263], (4). - Коефіцієнт світлопропускання (А,%), який характеризує ступінь прозорості води. Визначається на приладі КФК-2 (колориметр фотоелектричний концентраційний), величина А обумовлена вмістом різних забарвлених і колоїдних органічних і мінеральних речовин [(4), с. 235-236]. Визначено, що при очистці вказаних стічних вод відомим способом (3), шляхом сорбції забруднень за допомогою попередньо обробленої ультразвуком водної суспензії активованого вугілля, ступінь очистки досягає 50-55% (по зменшенню значень ХПК), а значення коефіцієнту світлопропускання (А, %) складало 50-65%. Як витікає з представлених даних, основним недоліком відомого способу очистки стічних вод (3) є малий ступінь очистки від розчинених і колоїдних органічних і мінеральних речовин різної природи, що характеризується низькими значеннями ХПК і коефіцієнту світлопропускання (А, %). В основу винаходу поставлена задача удосконалити спосіб очистки стічних вод шляхом зміни умов обробки стоків вугіллям і УЗ-обробкою, що забезпечило б досягнення необхідного технічного результату - підвищення ступеня очистки стоків від розчинених і колоїдних органічних і мінеральних речовин. Для вирішення поставленої задачі запропоновано спосіб очистки стічних вод, переважно від органічних забруднень, що включає обробку вугіллям, у якому, згідно з винаходом, обробку стічних вод вугіллям здійснюють одночасно з УЗ-обробкою; причому, як вугілля використовують природне низькосортове вугілля. Нами встановлено, що при сумісній обробці стічних вод УЗ-обробкою і вугіллям, створюються оптимальні умови їхньої очистки, як вважає заявник, за рахунок активації поверхні вугілля і іонізації молекул речовин (забрудників), що обумовлює підвищений рівень взаємодії компонентів системи і, тим самим, призводить до суттєвого підвищення ступеня очистки від органічних і неорганічних забруднень. Таким чином, заявлена сукупність суттєви х ознак заявленого способу очистки стічних вод є необхідною і достатньою для досягнення забезпечуваного винаходом технічного результату - підвищення ступеня очистки від розчинених і колоїдних органічних і мінеральних речовин за рахунок зниження значень ХПК на 72-85,0% і підвищення коефіцієнту світло пропускання до 75-90,0%. Спосіб реалізується наступним чином. Очистці піддають стічні води із шламо-накопичувача, що мають наступні фізико-хімічні показники: біхроматна окислюваність (ХПК, мг О/дм 3) - 2500-3000; коефіцієнт світло пропускання (А,%)- 6,0-8,0. У реактор-змішувач загружають певну кількість стічних вод і вугілля у кількості 2-10,0% від маси стічної води. Як вугілля використовують активоване вугілля (ОУ-Б) /МРТУ 6-09, №1049-84/, а також природне вугілля Донецького родовища, що являє собою суміш фракцій з розміром частинок 0,5-1,0мм. Вміст вуглецю у вугіллі складає 82,0%, зольність - 11,5%. Перемішування здійснюють протягом 30-45,0хв. Підготовлену таким чином суспензію стічних вод з вугіллям зливають у ємність і піддають обробці УЗ-кавітацією протягом 5,0-15,0хв. при частоті 22кгц і потужності у межах 5,0-9,0Вт/см 2 на приладі УЗДН-1. Потім прилад УЗ-обробки відключають і після охолодження системи до 18-25°С проводять відокремлення очищеної води від осадку шляхом фільтрації або центрифугування. Ступінь очистки стічних вод характеризували наступними показниками: 1. Ступінь очистки від розчинених органічних і мінеральних речовин визначали по зниженню значень ХПК і розраховували з виразу: Ст(хпк)=[(ХПКвих-ХПКочщ )/ХПКвих]100%, де ХПКвих - значення біхроматної окислюваності вихідних стоків, мг 0/дм 3; ХПКочщ - значення біхроматної окислюваності очищених стоків, мг 0/дм 3. 2. Ступінь очистки від колоїдних органічних і мінеральних речовин оцінювали за збільшенням коефіцієнту світлопропускання (А,%), який визначається на приладі КФК-2. Приклади виконання за винаходом, Приклад 1. Очистці піддають стічні води з показниками біхроматної окислюваності (ХПК)=2500,0мг 0/дм 3 і коефіцієнту світлопропускання (А,%)-6,0%. Як вугілля використовують природне вугілля Донецького родовища з розміром частинок 0,5-1,0мм. У реактор-змішувач з мішалкою, загружають 200,0мл стічних вод і 10,0г природного вугілля (5,0% від маси стічної води), включають мішалку і перемішують із швидкістю 250оберт/хв. протягом 30хв. Підготовлену таким чином суспензію стоків з вугіллям зливають у циліндричну ємність і піддають обробці УЗкавітацією протягом 5,0хв. при частоті 22,0кГц і потужності 6Вт/см 2. Після закінчення часу обробки, відключають прилад і після охолодження системи до 20,0°С, проводять відокремлення очищеної води від твердої фази шляхом фільтрації. У отриманому фільтраті визначають величину біхроматної окислюваності, яка дорівнює 620,0мг О/дм 3. Ступінь очистки стоків від розчинених органічних і мінеральних речовин С т (ХПК) складає: Ст(ХПК)=[(2500-620,0)/2500)]100 %=75,2%; при цьому ступінь очистки від колоїдних органічних і мінеральних речовин, що характеризується величиною коефіцієнта світло пропускання (А, %), дорівнювала 82,0%. Приклад 2. Аналогічно прикладу №1, здійснюють очистку стічних вод того ж складу і при вказаних параметрах з використанням 5,0%-ної суспензії активованого вугілля марки ОУ-Б. В цьому разі величина біхроматної окислюваності фільтрату складає (ХПК)=590,0мг 0/дм 3, що відповідає ступеню очистки від розчинених органічних і мінеральних речовин (Ст(ХПК))=76,4%. Ступінь очистки від колоїдних і мінеральних речовин досягає (А, %)=87,0%. Експериментально було встановлено, що оптимальними умовами обробки стічних вод (ХПК=2590-3000,0мг 0/дм 3; А=6-8%) є концентрація вугілля у межах 2-10,0% (від маси стоків) і режим УЗ-обробки при частоті 22кГц і потужності 5-9,0Вт/см 2 впродовж 5-15хв., які і забезпечують високий ступінь очистки від розчинених органічних і мінеральних речовин, (Ст(ХПК)-72-85,0%), і від колоїдних речовин різної хімічної природи, коефіцієнт світло пропускання (А, %), досягає значень 75-90,0%. Дані представлені у таблиці. Виходячи з отриманих результатів (табл.), можна відмітити, що запропонований спосіб очистки стічних вод, характеризується отриманням більш високих показників ступеня очистки стічних вод від розчинених і колоїдних органічних і мінеральних речовин, що забезпечує одержання більш якісних очищених стоків. Так, ступінь очистки стоків (Ст(ХПК)) від розчинених органічних і мінеральних речовин, згідно запропонованому способу, досягає значень 72-85%, що на 22-30% перевищує аналогічні показники відомого способу (5-55%). Ступінь очистки від колоїдних органічних і мінеральних речовин збільшується за рахунок зростання показників коефіцієнту світло пропускання (А, %) до 75-90,0%, що перевищує відомі значення у середньому на 25,0%. Достоїнством запропонованого способу очистки промислових стоків є також можливість досягнення більш високого рівня вилучення забрудників із стоків, що є одним із важливих факторів у те хнологічних процесах попередження забруднення навколишнього середовища. Таблиця № п/п Режим УЗ-обробки (стічні води + вугілля) потужність, Вт/см 2 Час обробки, хв. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 9.0 9,0 9,0 7,0 7,0 7,0 5,0 5,0 5,0 10,0 10,0 10,0 10,0 15,0 5,0 5,0 10,0 15,0 10 11 12 9,0 7,0 5,0 15,0 15,0 15,0 Ступінь очистки ст. вод Добавки вугілля, % За винаходом 2,0 6,0 10,0 6,0 2,0 10,0 2,0 10,0 6,0 За прототипом (3) 20,0 20,0 20,0 За Ст (ХПК),% за А,% 78,0 82,0 85,0 80,0 77,0 80,0 72,0 76,0 74,0 80,0 85,0 90,0 82,0 84,0 85,0 75,0 82,0 85,0 55,0 53,0 50,0 65,0 60,0 50,0