Спосіб очищення стічних вод міських звалищ твердих побутових відходів

Винахід відноситься до галузі очищення води, промислових і побутови х стічніх вод, зокрема, до реагентної обробки і баромембранного розділення, і може бути використаний для очищення стічної води міських звалищ твердих побутови х відходів з одночасною утилізацією концентрату, що утворюється при баромембранному очищенні. Відомий спосіб очищення природної води, суть якого полягає в обробці води вапняним молоком з наступним пом'якшенням іонним обміном. [Шкроб М.С., Ви хрев В.Ф. Водоподготовка, Из-во Энергия -Μ.:, Л. 41с.] с.242-247 [1]. Суть способу полягає в наступному. Вхідна вода із водопроводу подається в змішувач (оснащений відділювачем повітря), куди одночасно подається вапняне молоко. Після обробки вапняним молоком вода подається в освітлювач з завислим шаром осаду для відділення від води твердої фази, що утворилась. Далі частково освітлена вода доосвітлюється на пісчаниму фільтрі під тиском. Відомий спосіб [1], передбачає пом'якшення води, тобто, зниження концентрації в ній іонів Са ++ та Mg++, але при невеликих концентраціях в ній органічних домішок. Як втікає з технічної суті способу [1] використання його для очищення стічної води з досить значними концентраціями як мінеральних так і органічних домішок потребує додаткового введення коагулянтів, що ускладнює і робить дорожчою таку обробку води. Найбільш близьким аналогом до винаходу за те хнічною сутністю та результатом, що5 досягається, є спосіб очищення стічної води, оснований на вапнуванні перед наступним баромембранним очищенням. (Комплексная переробка шахтны х вод. Под ред. А.Т. Пилипенко - К.: Спосіб реалізується наступним чином. Очищенню підлягає шахтна вода з концентрацією солей в межах 50-5000мг/дм 3. В реактор подають вхідну воду і дозатором вапняне молоко в кількості, яка забезпечує величину pH води, що підлягає очищенню, в інтервалі 9,5-10,0. При цьому відбувається освітлення і пом'якшення води. Далі освітлена вода поступає в змішувач, в який додають соляну кислоту для забезпечення нейтрального значення pH. Отриману воду подають на баромембранне очищення. Відомий спосіб забезпечує високий ступінь очищення стічної води з високими концентраціями мінеральних речовин, але при малих концентраціях органічних. Для визначення ефективності відомого способу [2] при очищенні води з високими концентраціями як мінеральних так і органічних домішок, нами було досліджено процес очищення стічної води звалищ твердих побутових відходів на прикладі стічної води звалища села В. Дмитровичі. Стічна вода мала нижче представлені фізико-хімічні показники: - біхроматна окисність, що характеризує кількість розчинених в воді органічних і неорганічних речовин ХСК мгО/дм 3 (хімічне споживання кисню), 4080мг О/дм 3. [Лурье Ю Ю. Унифицированные методы анализа вод - Μ: Химия. -1972. - 263с]. [3]; - коефіцієнт світлопропускання (А%), котрий характеризує ступінь прозорості води, становив 8% при 10 кратному розбавленні. Прозорість води, яку визначали при допомозі ФЕК-56М, обумовлена вмістом у воді різних завислих речовин [3] с.235-236. До 1м 3 вхідної води (ХСК = 4080мгО/дм 3; А = 8%) додають вапняне молоко до досягнення показника pH = 9,5. Після перемішування, відстоювання, обробки вуглекислим газом і фільтрування крізь пісчаний фільтр .вода (ХСКвап = 3450; коефіцієнт світлопропускання 38%) подається на баромембранну установку (нанофільтраційну), оснащену мембранами ОПМН-П. В процесі баромембранного розділення отримують два потоки: пермеат - 800дм 3 і концентрат - 200дм 3. При цьому продуктивність баромембранної установки становить 3,8мкм/с (при ступені відбору фільтрату 80%). Характеристика пермеату: ХСКбар. - 650мгО/дм 3 та коефіцієнт світлопропускання А=97%. Було розраховано ступінь очищення води після процесів вапнування(Ствап.), а також після баромембранного розділення(Стбар.). Ступінь очищення води розраховували за формулою: Ст = (ХСКвх. - ХСКоч. / ХСКвх.) ´100%; де ХСКвх. - ХСК стічної води міських звалищ твердих побутови х відходів, ХСКоч . - ХСК очи щеної води після вапнування (ХСКвап.) та баромембранного (ХСКбар) процесів. Ступінь очищення після вапнування становив: Ствап. = (4080-3450/4080)´100%=15,4%, Ступінь очищення після баромембранного розділення становив: Стбар. - (4080-650/4080)´ 100% - = 84% Коефіцієнт світлопропускання А при 10 кратному розбавленні води становив 33%- після обробки вапном і 97% - після баромембранного очищення. На стадії баромембранного очищення отримано екологічно небезпечний концентрат, надходження котрого в довкілля може призвести до екологічно непередбачених наслідків. Утилізацію концентрату відомий спосіб [2] не передбачає. Таким чином, основним недоліком відомого способу [2] є необхідність знешкодження концентрату, що утворюється на стадії баромембранного очищення. Крім того, спосіб характеризується недостатньо високими показниками ступеню очищення стічної води звалищ твердих побутови х відходів по органічним речовинам, продуктивності процесу баромембранного розділення при ступені відбору пермеату 80%. В основу винаходу поставлено завдання вдосконалити спосіб очищення стічної води звалищ побутових відходів, оснований на вапнуванні і наступному баромембранному розділенні, шляхом обробки вхідної води одночасно розчином вапна і концентрату, що утворюється в процесі баромембранного розділення, що забезпечило б утилізацію екологічно небезпечного концентрату, підвищення ступеню очищення стічної води від органічних речовин, а також збільшило б продуктивність процесу баромембранного розділення при ступені відбору пермеату 80%. Для вирішення поставленої задачі запропоновано спосіб очищення стічних вод міських звалищ твердих побутових відходів, котрий включає вапнування з наступною обробкою баромембранним способом, в якому згідно з винаходом, як розчинник для приготування вапняного молока використовують концентрат, що утворюється в процесі баромембраного очищення, і вапнування здійснюють при pH середовища не менше 11. Нами встановлено, що при приготуванні вапняного молока з використанням концентрату баромембранного розділення при заявлених pH, не нижче і 1, отримуєм вапняне молоко, обробка яким забезпечує ефективне очищення стічної води та самого концентрату, що дозволяє при наступному баромембранному розділенні підвищити ступінь очищення стічних вод, а процесі очищення стічної води забезпечує утилізацію екологічно небезпечного концентрату. Таким чином, сукупність суттєви х ознак заявленого способу очищення стічних вод міських звалищ твердих побутових відходів є необхідною та достатньою для 91,5-93,5%, а також підвищення ефективності баромембранного розділення шляхом зростання продуктивності до 4,5-4,8мкм/с (при ступені відбору пермеату 80%). Спосіб реалізується наступним чином. Для приготування вапняного молока з використанням баромембранного концентрату, останній отримують в такому технологічному циклі: вхідну воду обробляють вапняним молоком, яке заздалегідь готують на воді з водопроводу, оброблену воду освітлюють декальцинують, фільтрують і подають на нанофільтраційну установку, де отримують пермеат і концентрат. В отриманий концентрат долають технічне вапно при інтенсивному перемішуванні до отримання концентрації 20-40% по СаО. При цьому концентрат освітлюється і частково пом'якшується завдяки утворенню нерозчинних сполук. Вхідну воду подають в реактор-змішувач та одночасно додають отримані на концентраті вапняне молоко до досягнення показника pH, наприклад, 11-12,5. Суміш інтенсивно перемішують протягом 30-40хв., потім відстоюють протягом 0,5-1 години. Встановлено, що при цьому в осад випадає значна частина органічних домішок, деяких гідроксидів металів, сульфатів, фосфа тів і інши х малорозчинних сполук кальцію. Освітлений розчин, що утворився над осадом, переливають в іншу посудину для декальціювання шляхом барботування крізь нього повітря, що містить СО2, або безпосередньо вуглекислого газу з метою зниження pH води до 8,0-8,5 та переводу в осад надлишку іонів Са++, у вигляді карбонату кальцію. Утворений карбонат кальцію відділяють відстоюванням. Освітлений розчин фільтрують на пісчаних фільтрах лід тиском, потім крізь мікрофільтр, наприклад, патронного типу, і подають на нанофільтраційну установку, оснащену напівпроникними мембранами ОПМН-П. В процесі баромембранного розділення отримують два потоки: пермеат (80%) і концентрат (20%), в складі останнього наявні затримані мембраною органічні і мінеральні домішки, які лишились у воді після попередньої обробки. Отриманий концентрат баромембранного розділення подають в бак для приготування вапняного молока. Приклад реалізації за винаходом. Очищенню підлягає стічна вода з показниками біхроматної окисності ХСКвх. =· 4080мг/Одм 3, і коефіцієнту світлопропускання А% = 8% (при 10 кратному розбавленні). Попередньо отримують концентрат баромембранного розділення. Для цього резервуар-змішувач, оснащений мішалкою, заповнюють стічною водою об'ємом 1000дм 3 і 20%им вапняним молоком, об'ємом 60дм 3, приготовленим на водопровідній воді. Після перемішування, відстоювання і фільтрування крізь піщаний і патронний фільтри воду подають на нанофільтраційну установку, оснащену мембраною ОПМН-П. В процесі баромембранного розділення отримують 200дм 3 концентрату. Цикл 1 Для приготування вапняного молока концентрат об'ємом 200дм 3 подають в бак, куди при перемішуванні додають технічне вапно в кількості, яка дозволяє отримати 20%-не вапняне молоко. Отримане вапняне молоко перекачують в бак-дозатор. В змішувач, обладнаний механічною мішалкою, подають 800дм 3 стічної води (ХСКвх. - 4080мгО/дм 3 і А = 6%) та одночасно автоматично дозують отримане вапняне молоко з бака-дозатора до pH = 11,5. Суміш перемішують протягом 30хв., потім воду подають на Обходиш у відстійник, для відділення від води твердої фази, що утворилась. Освітлена вода має величину ХСКвап. = 1500мгО/дм 3. Ступінь очищення води вапнуванням становить: Ствап. = (4080-1500/4080)´100% = 63,2% Коефіцієнт пропускання дорівнює А=89% при 10 кратному розбавленні. Потім освітлену воду фільтрують послідовно крізь пісчаний та патронний мікрофільтри. Після фільтрування вода подається на нанофільтраційну баромембранну установку. В процесі баромембранного розділення при ступені відбору пермеату 80% отримують 800дм пермеату і 200дм концентрату. Продуктивність баромембранної установки становить 4,8мкм/дм 3. Пермеат характеризується величиною ХСКбар. = 350мгО/дм 3 та коефіцієнтом світлопропускання А = 99,5% (при 10 кратному розбавленні). Ступінь очищення води становить: Стбар. - (4080-350/4080)´100% = 91,4% Результати представлено в Табл., приклад 1.1 Цикл 2 Очищення стічної води здійснюють аналогічно циклу 1. Отримані результати представлено в Таблиці 1, приклад 2 Цикл 3 Очищення води здійснюють аналогічно циклу 1. Результати представлено в Таблиці 1, приклад 3. Таблиця 1 Вхідна вода: ХСКВХ.= 4080мгО/дм 3, А=6% N циклу процес ХСКвап вапнування А -% % 1 2 3 1500 1550 1520 63,2 62,0 62,7 89 88 88 4 3450 15,4 33 Показники очищеного стічної води і баромембранный процесс ХСКбар. СТбар. А Продуктивність, при ступені відбору 80% % % за винаходом 350 91,4 99,5 4,8 345 91,5 100,0 4,5 349 91,4 99,4 4,5 за способом [2] 650 84,1 97,0 3,8 Як випливає з представлених в табл. 1 даних, використання вапняного молока, приготовленого на концентраті баромембранного розділення, забезпечу ефективне очищення: стічної води в 3-х циклах очищення в процесі вапнування ступінь очищення становить 62,0-63,2%, що дозволяє в наступному процесі баромембранного розділення забезпечити високий ступінь очищення води на рівні 91,5% по ХСК та практично повне знебарвлення А = 99,4-100%, при досягненні високої продуктивності баромембранної установки на рівні 4,5-4,8мкм/с. Встановлено, що використання вапняного молока, приготованого на концентраті баромембранного розділення, та здійснення процесу вапнування при заявленій величині pH не менше 11, вибрані з умов, які забезпечують ефективне очищення стічної воля і концентрату в процесах вапнування та баромеморанного розділення при одночасному зростанні продуктивності баромембргнноі установки. Експериментально встановлено, що високі показники ефективності очищення зберігаються при проведенні процесу вапнування в інтервалі pH 11-12,5 (див табл. 2, приклади 1-3). Проведення процесу очищення стічної води (ХСКвх. = 4080мгО/дм 3) при позамежному зниженні величини pH процесу вапнування , наприклад, до 10,5, але при збереженні інших параметрів способу, погіршує процес утворення твердої фази, що в подальшому призводить до зниження ефективності баромембранного процесу, а саме, зменшення ступеню очищення до 85,2% та зниження продуктивності мембран до 3,9мкм/с ( тобто, отримані показники очищення знаходяться практично на рівні відомого способу [2] (табл.2, пр.4). Подальше підвищення величини pH понад значення 12,5 є економічно недоцільним, оскільки не приводить до підвищення ефективності процесу очищення стічної води міських звалищ твердих побутових відходів (табл.2, приклад 5). Таблица.2 N умови вапнування Показники очищення ступінь очищения Продуктивність (при об'ємі пермеату Сбар. А% 80%) pH 1 2 3 11,0 11,5 12,5 4 5 10,5 13,0 6 9,5 за винаходом 93,5 91,5 92,5 100 100 100 4,8 4,5 4,5 85,2 92,5 99,5 100 3,9 4,5 84,1 97,0 3,8 позамежні значення за способом [2] Переваги запропонованого способу очищення стічної води міських звалищ твердих побутови х відходів полягають в наступному: - реалізація запропонованого способу забезпечує утилізацію екологічно небезпечного концентрату баромембранного процесу розділення, що попереджає забруднення довкілля. Слід відзначити, що відомі технічні вирішення не передбачають утилізацію екологічно небезпечного концентрату - ступінь очищення стічних вод висококонцентрованих по мінеральних і органічних речовинах запропонованим способом досягається на рівні 91,5-93,5, що на 7-9% перевищує ступінь очищення відомим способом (84.0%). - високий ступінь очищення стічної води »а стадії вапнування 62,0-63,2%, що на 48% вище ступеню очищення стічної води відомим способом (15,4%), забезпечує підвищення продуктивності баромембранного розділення до 4,5-4,8мкм/с, що на 16-19% перевищує продуктивність за відомим способом (3,8мкм/с).