Спосіб очищення стічних вод

Винахід відноситься до галузі обробки води, промислових і побутови х стічних вод і може бути використаний для гальвано-коагуляційного очищення стічних вод, переважно звалищ твердих побутових відходів, від органічних речовин перед баромембранним очищенням. Як відомо, при експлуатації баромембранних установок поверхня мембран забруднюється відкладеннями різних речовин як мінерального, так і органічного характеру, що веде до погіршення їх продуктивності та розділювальної здатності. Забруднення мембран може настільки погіршити їх роботу, що всі переваги баромембранного очищення будуть зведені нанівець. Одним зі способів підготовки води, що підлягає баромембранному очищенню, є коагулювання з використанням, наприклад, залізного коагулянту [Ф.Н.Карелин. Обессоливание воды обратным осмосом. Стройиздат, 1988. - 208с. С.56, 57, 78-80, 106, 107] [1], [Комплексная переработка шахтных вод / Л.Т.Пилипенко, И.Т.Гороновский, В.Д.Гребенюк и др. - Киев: "Те хніка". 1985. - 183с., С.22-25, 92-94] [2]. Відомий спосіб очищення природних вод із застосуванням залізного коагулянту [Л.А.Кульский. Основы химии и технологии воды. - Киев: «Наукова думка», 1991. - 568с. С.64-68, 138-144] [3]. Згідно з цим способом, розчин залізного коагулянту готують у баку для розчинення з перемішуванням стислим повітрям або різного роду мішалками. З бака для розчинення розчин коагулянту перекачують у розхідні баки, чи ємності-сховища концентрованого розчину. Звідти за допомогою дозатора розчин подається в змішувач із розрахунку 25-80кг залізного коагулянту на 1000м 3. У змішувачі при рН 6,1-6,5 відбувається змішування розчину коагулянту з очищуваною водою, яку потім подають у відстійник і на фільтр. Відомий спосіб [3] призначений для очищення природних вод. Як випливає з його технічної сутності, реалізація способа [3] для очищення стічних вод, висококонцентрованих по органічним речовинам, не забезпечує достатнього ступеня очищення стічної води. Очищен у в такий спосіб воду не можна подавати на доочищення баромембранними процесами через інтенсивне осадоутворення на мембранах і необхідність їх частої промивки. Крім того, слід відмітити як недоліки способу [3] необхідність громіздкого реагентного господарства, утруднення при приготуванні розчинів хлорного заліза внаслідок його гігроскопічності, а у випадку використання сульфату заліза (III) - дорожнечу останнього. Найближчим аналогом до винаходу за технічної сутністю та результатом, що досягається, є спосіб очищення промислових стічних вод коагулянтами [Справочник по свойствам, методам анализа и очистке воды. Л.А.Кульский, И.Т.Гороновьский, А.И.Когановский, М.А.Шевченко. Киев: «Наукова думка», 1980. - 1206с., С.10021003] [4]. Сутність способа полягає у наступному. Очи щенню піддавали стічні води текстильного виробництва, що містять поверхнево-активні речовини (ПАР), органічні прямі та кислотні барвники. Готували розчин коагулянту з використанням як коагулянта FeSO4 (II). Одержаний розчин додавали в змішувач при рН 8,1 і 9,4 з розрахунку 40200мг/дм 3 коагулянту. Після перебування у відстійнику освітлену воду фільтрували на піщаних фільтрах чи мікрофільтрах. Показана ефективність очищення стічних вод, які містять ПАР при використанні залізного коагулянту в кількості від 40 до 200мг/дм (дивись таблицю 1). Таблиця 1 Коагулянт FeSO4 Доза коагулянту, Ступінь вилучення ПАР, % при рН мг/дм 3 8,1 9,4 40 36,0 29,5 80 48,0 120 43,0 200 42,0 Як випливає з даних таблиці 1, реалізація відомого способу [4] не забезпечує високий ступінь очищення стічних вод від П АР: у залежності від дози коагулянту ступінь очищення склала 29,5-48,0%. Нами була досліджена ефективність очищення стічних вод звалищ твердих побутових відходів, висококонцентрованих по органічним речовинам, з використанням відомого способа [4]. Очищенню піддавали стічну воду з вмістом забруднень, що характеризуються величиною хімічного споживання кисню (ХСК) 3010мг О2/дм 3 [Ю.Ю.Лурье. Аналитическая химия промышленных сточных вод. М.: Химия, 1984. - 448с., С.73-77] [5]; при цьому кольоровість вихідної води по біхромат-кобальтовій шкалі складала 3072° [А.А.Резников, Е.П.Муликовская, Ю.И.Соколов. Ме тоды анализа природных вод. М.: Недра, 1970. - 488с., С.69-70] [6]. Ступінь очищення зазначеної стічної води оцінювали за зміною показника кольоровості і величини ХСК після проведення коагуляції. Розрахунок ступеня очищення за ХСК проводили за формулою: ХПК в их. - ХПКкін. Ст. оч. = × 100% ХПК в их. Процес очищення води звалища твердих побутових відходів з зазначеними характеристиками проводили при дозі коагулянту 500мг/дм 3 при значеннях рН 8,1 і 9,4 протягом 60хв. Результати наведені втаблиці 2. Таблиця 2 ЗначенСтупінь ня рН Кольоро- ХСК, очипри Мг вість, ° 3 щення, коагулюO2/дм % ванні Вихідна вода 3072 3010 Очищена вода 9,4 3601 2396 20,4 8,1 2464 2342 22,2 З наведених у таблиці 2 даних випливає, що реалізація відомого способу [4] для очищення стічних вод звалищ твердих побутови х відходів забезпечує ступінь очищення всього лише на рівні 22,2%, що приводить до посиленого осадоутворення на мембранах і необхідності частішої їх промивки. Таким чином, основним недоліком відомого способу [4] є низький ступінь очищення стічної води звалищ твердих побутови х відходів, і доочи щення їх баромембранним способом є економічно недоцільним. В основу винаходу поставлена задача удосконалити спосіб очищення стічних вод звалищ твердих побутови х відходів шля хом використання коагулянту, що утворюється в процесі гальванокоагуляції, та зміни умов самого процесу коагулювання за рахунок проведення процесу в іншій області значень рН, що забезпечило б підвищення ступеню очищення стічних вод, висококонцентрованих по органічним речовинам. Для вирішення поставленої задачі запропонований спосіб очищення стічних вод, переважно звалищ і твердих побутових відходів, що включає обробку залізним коагулянтом, у якому, згідно з винаходом, як коагулянт використовують гальванокоагулянт і процес здійснюють при рН середовища, що дорівнює 5,0-6,0, у присутності окислювача протягом 30-60хв., причому як окислювач використовують пероксид водню в кількості 4,5-13,6г/дм 3. Нами встановлено, що використання залізного гальванокоагулянту, що утворюється в момент виділення залізною стружкою, що виконує роль анода в гальванопарі залізо - кокс, іонів Fe2+ їх окислення в присутності окислювача до Fe3+ і негайного їх гідролізу в поєднанні з заявляємим рН середовища 5,0-6,0 забезпечує ефективне очищення стічних вод звалища твердих побутови х відходів, висококонцентрованих по органічним речовинам. Слід відмітити, що при використанні гальванокоагулянту очищувана стічна вода не збагачується аніонами SO42- чи Cl-, як це має місце при використанні як коагулянту Fe2(SO 4)3 чи FeCl3, і таким чином відсутнє вторинне забруднення, що вноситься ними. Таким чином, сукупність суттєви х ознак заявлюваного способу очищення стічних вод є необхідною та достатньою для досягнення забезпечуваного винаходом технічного результату - підвищення ступеня очищення стічних вод звали щ твердих побутови х відходів до 60,1-83,5% (по ХСК). Спосіб реалізується наступним чином. Очищенню піддають стічні води звалища твердих побутови х відходів, які мають такі фізико-хімічні показники: кольоровість 3072-5440° і ХСК 2343-5010мг О2/дм 3. Процес очищення здійснюють у гальванокоагуляторі, що являє собою барабан, який обертається. Барабан заповнений коксом і залізною стружкою при їх масовому співвідношенні 1:2, відповідно. В підкислену до рН5,0-6,0 очищену стічн у воду додають окислювач (пероксид водню), поміщають стічну воду в гальванокоагулятор і за допомогою мотора приводять гальванокоагулятор до обертання з кутовою швидкістю 10об/хв. При обертанні апарата генеруються іони Fe2+ шляхом анодного розчинення залізної стружки за рахунок контакту з коксом і утворення гальванічної пари. Іони заліза, що утворилися, гідролізуються та утворюють активний коагулянт. Процес очищення проводять протягом 30-60 хв. у періодичному режимі. Очищену воду відділяють від шламу фільтруванням крізь піщаний фільтр і мікрофільтр, наприклад, патронного типу. Приклад виконання за винаходом. 1дм 3 стічної води звалища твердих побутових відходів із кольоровістю 3072° і показником ХСК 3010мг O2/дм 3 підкисляють сірчаною кислотою до pH5,0, додають 13г/дм 3 пероксиду водню. Потім стічну воду поміщають у гальванокоагулятор і приводять останній до обертання. Процес очищення проводять протягом 60хв. Потім оброблену таким чином воду фільтрують крізь піщаний фільтр і мікрофільтр патронного типу. Очищена вода має такі показники: кольоровість - 892°; показник ХСК 496мг O2/дм 3, ступінь очищення по ХСК склала: 3010 - 593 ×100 % = 80,3 % 3010 (таблиця 3, приклад 8). Таблиця 3 Умови очищення №№/пп рН Кількість пероксиду водню, г/дм 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 5,0 5,5 6,0 5,5 5,5 5,5 5,0 5,0 6,0 9,0 9,0 9,0 4,5 6,0 13,6 6,0 13,6 4,5 10 11 12 13 4,5 6,5 5,5 5,5 9,0 9,0 3,0 15,0 Показники очищення стічної води звалища твердих побутових відходів Величина ХСК, мг Ступінь очищення Кольоровість, Час, хв O2/дм 3 по ХСК, % град. за винаходом 45 705 76,6 960 45 745 75,1 1056 45 890 70,4 1248 30 1200 60,1 1488 30 1040 65,4 1440 30 818 72,8 1152 60 793 73,7 1088 60 593 80,3 892 60 955 68,3 1408 позамежні значення 45 707 76,5 984 45 1743 42,1 1880 45 2154 28,4 1932 45 792 73,7 1050 14 15 5,5 5,0 9,0 13,6 16 8,1 25 1662 70 583 за способом [3] 2342 44,8 80,5 1821 907 22,2 2464 Аналогічно прикладу виконання за винаходом були здійснені досліди по очищенню стічної води (ХСК - 3010мг O2/дм 3, кольоровість 3072°) при різних величинах, рН середовища, тривалості процесу та кількостях введеного пероксиду водню як у діапазоні, що заявляється, так і при позамежних значеннях. Встановлено, що заявляємі умови процесу, які вказані вище, вибрані з умов, які забезпечують високий ступінь очищення стічної води, що дозволяє при її направленні на баромембранне доочищення досягати стійкі робочі характеристики баромембранної установки протягом тривалого часу (таблиця 3, приклади 1-9). Позамежне зниження pH середовища в процесі очищення стічних вод, наприклад до 4,5, приводить до інтенсивного газовиділення, що супроводжується сильним піноутворенням. Вказані фактори, незважаючи на гарні показники очищення (ХСК 707мг О2/дм 3, кольоровість 984°), роблять процес коагуляційного очищення технологічно важкоздійснюваним (таблиця 3, приклад 10). Позамежне підвищення рН, наприклад до 6,5, суттєво знижує ефективність процесу очищення стічних вод, що виражається в зниженні ступеня очищення від органічних речовин до 42,1% (по ХСК) і кольоровості до 1880° (таблиця 3, приклад 11). При позамежному зниженні кількості пероксиду водню, наприклад до 3,0г/дм 3, погіршується ступінь очищення як по ХСК (2154мг О2/дм 3), так і за кольоровістю (1932°) (таблиця 3, приклад 12). Позамежне підвищення кількості введеного пероксиду водню, наприклад до 15,0г/дм 3, є економічно недоцільним, оскільки не покращує ефективності очищення (таблиця 3, приклад 13). Крім того, підвищення вмісту пероксиду водню приводить до інтенсивного піноутворення, що викликає технологічні ускладнення. Позамежне зниження часу проведення коагуляційного процесу, наприклад до 25хв, виявляється недостатнім для ефективного проведення коагуляційного очищення стічної води від органічних речовин. Ступінь очищення води по ХСК складає всього 44,8%, тоді як кольоровість збільшується до 1821° (таблиця 3, приклад 14). Позамежне підвищення тривалості коагуляційного очищення стічної води, наприклад до 70хв., практично не приводить до підвищення ступеня очищення, тобто є економічно недоцільним (таблиця 3, приклад 15). Перевага запропонованого способу очищення стічних вод, порівняно з відомим [3], полягає в підвищенні ступеня очищення стічних вод звалищ твердих побутови х відходів від органічних речовин за рахунок високої ефективності свіжоутвореного коагулянту, що характеризується збільшенням ступеня очищення по ХСК з 22,2% до 60,1-80,3%, тобто на 38-58%, і за кольоровістю з 2464° до 892-1488°, тобто в 1,7-2,8 разів. Крім того, слід відмітити, що запропонований спосіб для своєї реалізації потребує більш дешевої сировини (залізна стружка), малих енергетичних витрат (електроенергія витрачається тільки на обертання апарата), використання компактної, простої в експлуатації апаратури, при цьому процес можна повністю механізувати та автоматизувати.