Спосіб очищення стічних вод

Спосіб очищення стічних вод, що включає ультразвукову обробку останніх у присутності вугілля, який відрізняється тим, що очищення стічних вод здійснюють у дві стадії, на першій стадії у стічну воду вводять вугілля і цеоліт при масовому співвідношенні вугілля:цеоліт 1:(0,05- 0,25) і ультразвукову обробку здійснюють 3-4,5 хв., а на другій стадії вводять сіль полівалентного металу при масовому співвідношенні вугілля:сіль металу 1:(0,2-0,4) і отриману систему (суспензію) витримують протягом 10-20 хв. при постійному перемішуванні. Винахід відноситься до області обробки води, промислових і побутових стічних вод, зокрема, до очистки стічних вод міських звалищ побутових відходів від органічних і мінеральних забрудників, і може бути використаний для захисту навколишнього середовища від забруднень різної природи. Відомий спосіб глибокої очистки рідини від нафтопродуктів [патент РФ №2078048, Кл. 6 С02F1/28, oп.27.04.1997г.], [1]. Особливістю способу є попереднє приготування 5-20,0%-ної водної суспензії активованого вугілля, яку потім піддають УЗ-обробці у режимі ультразвукової кавітації. Отриману таким шляхом суспензію активованого вугілля змішують з стічною водою і потім направляють до флотатора, де проводиться відділення фугату від очищеної води. Спосіб дозволяє досягнути глибини очистки рідини від нафтопродуктів, що дорівнює 0,65-0,08мг/дм3. Як показали наші дослідження, при використанні відомого способу [1] для очистки стічних вод з підвищеною концентрацією забруднень різної хімічної природи на прикладі фільтрату міського звалища побутових відходів, досягається ступінь очистки за значеннями хімічного споживання кис ню (ХСК), мгО/дм3, у межах 40-45%. Таким чином, основним недоліком відомого способу [1] для очистки стічних вод є низький ступінь очистки від розчинених і завислих органічних і мінеральних речовин різної природи. Найбільш близьким аналогом до винаходу за технічною суттю і досягаємому результату є спосіб очистки стічних вод [UA, заявка №2003054048, МПК 7С02F1/28, 1/36, заяв. 05.05.2003р.], [2]. Суть способу полягає в наступному. Очистці піддають стічні води з шламонакопичувача с.Пирогово, з наступними; фізико-хімічними показниками: - Біхроматною окисністю, що характеризує вміст розчинених у воді органічних і неорганічних речовин - ХСК, мг О/дм3, (хімічне споживання кисню), яке складає 2500-3000мгО/дм3, [Ю.Ю. Лурье. Унифицированные методы анализа вод, М., «Химия», 1972г, с.261-263], [4]. - Коефіцієнтом світлопропускання (А%), який характеризує ступінь прозорості води і знаходиться в межах 6-8,0%. При цьому прозорість води, визначена на приладі КФК-2 (калориметр фотоелектричний концентраційний), обумовлена вмістом (19) UA (11) 69806 (13) C2 (21) 20031211164 (22) 08.12.2003 (24) 16.01.2006 (46) 16.01.2006, Бюл. № 1, 2006 р. (72) Гончарук Владислав Володимирович, Маляренко Валентин Володимирович, Яременко Валентин Олексійович (73) ІНСТИТУТ КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ ТА ХІМІЇ ВОДИ ІМ. А.В. ДУМАНСЬКОГО НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ (56) Заявка UA2003054048, подан. 05.05.2003, опубл.15.04.2004 Заявка UA2003087432, подан. 06.08.2003, опубл. 15.04.2004 SU 1747391 A1, 15.07.1992 SU 1433909 A1, 30.10.1988 RU 2078048 C1, 27.04.1997 3 69806 4 різних забарвлених і завислих органічних і мінераДля вирішення поставленої задачі запропонольних речовин [[4], с.235-236]. вано спосіб очистки стічних вод міських звалищ, При визначенні якості очистки стічних вод згідщо включає УЗ-обробку останніх у присутності но вказаного способу [2] попередньо готували сувугілля, у якому, згідно з винаходом, обробку здійспензію вугілля у стічній воді. Для цього у реакторснюють у дві стадії: на першій стадії - у стічну воду змішувач загружали певну кількість стічних вод і вводять вугілля і цеоліт при масовому співвідновугілля у кількості 2-10,0% від маси стічної води. шенні вугілля: цеоліт 1:(0,05-0,25) і УЗ-обробку Як вугілля використовували природне вугілля Доздійснюють протягом 3-4,5хв., на другій стадії нецького родовища, що являє собою суміш фраквводять сіль полівалентного металу при масовому цій з розміром частинок 0,5-1,0мм. Вміст вуглецю у співвідношенні вугілля: сіль полівалентного метавугіллі складав 82,0%, зольність - 11,5%. Перемілу 1:(0,2-0,4) і отриману систему (суспензію) вишування здійснювали протягом 30-45хв. Підготовтримують протягом 10-2,0хв. при постійному пелену таким чином суспензію стічних вод з вугіллям ремішуванні. зливали у ємність і піддавали УЗ-обробці протягом Нами встановлено, що двостадійна обробка 5,0-15,0хв. при частоті 22кГц і потужності у межах стічних вод з використанням на першій стадії УЗ5,0-9,0Вт/см2 на приладі УЗДН-1. Потім відключаобробки в присутності сорбентів (вугілля і цеоліту), ли прилад УЗ-обробки, і після охолодження систеа на другій стадії - коагуляційної обробки (сіллю полівалентного металу) забезпечує, як ми вважами до 18-25 С проводили відокремлення очищеної ємо, разом з диспергуванням частинок сорбентів, води від осадку шляхом фільтрації або центрифуактивацію їхньої поверхні, інтенсифікацію процесів гування. сорбційної взаємодії компонентів системи, що Ступінь очистки стічних вод від розчинених орсприяє суттєвому наступному прискоренню процеганічних і мінеральних речовин визначали за знисів коагуляційної взаємодії і висвітлення дисперсженням значень ХСК, мгО/дм3, і розраховували з ної системи. Така комплексна по-стадійна дія вивиразу: щевказаних факторів забезпечує підвищення Ст(хск)=[(ХСКвих-ХСКочщ)/ХСКвих]100%, ступеню очистки концентрованих стічних вод зваде ХСКвих - значення біхроматної окисності вилищ побутових відходів від завислих забарвлених хідних стоків, мг О/дм3; органічних і мінеральних забрудників. ХПКочщ - значення біхроматної окисності очиТаким чином, сукупність суттєвих ознак заявщених стоків, мг О/дм3. леного способу очистки стічних вод міських зваПри цьому показники ступеню очистки стоків лищ побутових відходів є необхідною і достатньою від розчинених органічних і мінеральних речовин, для досягнення забезпечуваного винаходом техні(Ст(хск)), знаходились в межах 72-85,0%. чного результату - підвищення ступеня очистки Показники коефіцієнту світлопропусканкя висикоконцентрованих стічних вод від розчинених (А,%), що характеризує ступінь прозорості води, і завислих органічних і мінеральних речовин: за обумовленої присутністю забарвлених завислих показником ХСК до 75-83% і підвищення коефіцієорганічних і мінеральних речовин, які визначаютьнту світлопропускання (А,%) до 78-89,0%. ся на приладі КФК-2, досягали значень 75-90,0%. Спосіб реалізується наступним чином. Очистці Як показали наші дослідження, при реалізації піддають стічні води - фільтрат міських звалиш, відомого способу (2) для очистки стічних вод - фіпобутових відходів із ємності-накопичувача з нальтрату міських звалищ побутових відходів із ємступними фізико-хімічними показниками: ності-накопичувача - більш концентрованих за - біхроматна окислюваність (ХСК, мгО/дм3) змістом розчинених і завислих органічних і міне3200-4000; ральних речовин, наприклад, ХСК=3200-4000мг - коефіцієнт світлопропускання (А,%) - 6,0-8,0. О/дм3 і коефіцієнта світлопропускання (А,%) у меОбробку стічної води здійснюють у дві стадії. жах 4-6,0%, ступінь очистки знижався. Так, показНа першій стадії у реактор-змішувач загружають, ники ступеню очистки стічної вода від розчинених певну кількість стічних вод, вугілля у кількості 4,0органічних і мінеральних речовин (Стхск) знаходи8,0% від маси стічної води і природний цеоліт (Зались у межах 60-68%. Показники коефіцієнту світкарпатського родовища) при масовому співвіднолопропускання (А,%), що характеризує ступінь шенні вугілля: цеоліт 1:(0,05-0,25). Як вугілля випрозорості води, досягали значень 63-85%. користовуютъ природне вугілля Донецького Таким чином, основним недоліком відомого родовища, що являє собою суміш фракцій з розміспособу очистки стічних вод (2) є недостатньо виром частинок 0,5-1,0мм. Вміст вуглецю у вугіллі сокий ступінь очистки при більш високій концентскладає 82,0%, зольність, у середньому, 11,5%. рації розчинених і завислих органічних і мінеральПеремішування проводять протягом 15-30хв. Підних речовин різної природи. готовлену таким чином суспензію стічних вод з В основу винаходу поставлена задача вдосковугіллям і цеолітом зливають у циліндричну ємналити спосіб очистки стічних вод міських звалищ ність і піддають УЗ-обробці протягом 3,0-4,5хв. при побутових відходів шляхом двостадійної обробки частоті 22кГц і потужності у межах 4,0-8,0Вт/см3 на стічних вод: на першій стадії проводиться УЗприладі УЗДН-1. По закінченні вказаного терміну обробка системи стічна вода + сорбенти, на другій обробки проводять другу стадію обробки. стадії - реагентна обробка суспензії для здійсненНа другій стадії у систему вводять сіль поліваня процесів коагуляційної взаємодії, що забезпелентного металу при масовому співвідношенні чило б досягнення технічного результату - підвивугілля: сіль полівалентного металу, що дорівнює щення ступеню очистки концентрованих стічних 1:(0,2-0,4) і перемішують 10-20хв. Як сіль полівавод від розчинених і завислих (колоїдних) органічлентного металу використовують сульфат алюміних і мінеральних речовин. 5 69806 6 нію (ТОСТ 12966-75) або сульфат заліза (ГОСТ гентів у заявлених кількостях на кожній стадії, за6198-75). Потім, після охолодження суспензії добезпечує підвищений ступінь очистки від розчине18-25°С проводять відокремлення очищеної води них і завислих органічних і мінеральних речовин від осадку шляхом фільтрації або центрифугуван(табл., пр.1-11). ня. Ступінь очистки стічних вод міських звалищ При позамежному зменшенні кількості клиноппобутових відходів характеризують наступними тилоліту, що вводиться у стічну воду і відповідає показниками: масовому співвідношенню вугілля; клиноптилоліт 1. Ступінь очистки від розчинених органічних і 1:0,025, спостерігається зниження ступеню очистмінеральних речовин визначали за зниженням ки води: показник по ХСК (Стхск) зменшується до значень ХСК і розраховували з виразу: 71,0%, величина коефіцієнту світлопропускання Ст(хск)=[(ХСКвих-ХСКочщ)/ХСКвих]100%, до 71,0% (табл., пр.13). де ХСКвих - значення біхроматної окисності виПозамежне підвищення вмісту клиноптилоліту, хідної стічної води, мгО/дм3; введеного у стічну воду, тобто. при масовому співХСКочщ - значення біхроматної окисності очивідношенні вугілля клиноптилоліт, що дорівнює, щеної стічної води, мгО/дм3. наприклад, 1:0,3-не дає суттєвого впливу на про2. Ступінь очистки від завислих органічних і цес очистки стічної води, тому такий режим обробмінеральних речовин оцінювали за збільшенням ки можна вважати економічно недоцільним (табл., коефіцієнту світлопропускання (А,%), який визнапр.15). чали на приладі КФК-2. Порушення заявленого співвідношення вугілПриклад виконання за винаходом. ля: сіль полівалентного металу у бік зменшення Очистці піддають стічні води - фільтрат міськовідносного вмісту солі, наприклад, якщо масове го звалища побутових відходів з підвищеною конспіввідношення вугілля: сіль полівалентного метацентрацією забрудників показники біхроматної лу складає 1:0,15 - призводить до зниження показокисності (ХСК)=3200,0мгО/дм3 і коефіцієнту світників ХСК, мгО/дм3 і коефіцієнту світлопропусканлопропускання (А,%)-4,0%. Як вугілля використоня (А,%) внаслідок неповного осадження вують природне вугілля Донецького родовища з забрудників із стічної води, що обумовлено присурозміром частинок 0,5-1,0мм. Як цеоліт використотністю у системі непрореагованих компонентів вують порошкоподібний клиноптилоліт, а як сіль (табл., пр.16). полівалентного металу - сульфат заліза. Позамежне підвищення кількості добавленої На першій стадії у реактор-змішувач з мішалсолі полівалентного металу, що відповідає масокою загружають 100мл вказаної стічної води, 5,0г вому співвідношенню вугілля: сіль полівалентного вугілля і 0,25г цеоліту. Масове співвідношення металу, наприклад, 1:0,5 - не впливає суттєво на вугілля: цеоліт складало 1:0,05. Включають мішалякість очистки стічної води (табл., пр.17). ку і суспензію перемішують з швидкістю 250об/хв. Важливим моментом у процесі очистки стічних протягом 20хв. Підготовлену таким чином суспенвод є час УЗ-обробки, яка ініціює процеси міжфаззію стоків з вугіллям і цеолітом зливають у циліндної взаємодії. Тому, при терміні УЗ-обробки суричну ємність і піддають УЗ-обробці протягом спензії стічної води нижче заявленої межі, напри3,0хв. при частоті 22,0кГц і потужності 6,0Вт/см2. клад, 2,5хв., не досягається високий рівень Після закінчення терміну УЗ-обробки, на другій очистки стоків внаслідок недостатнього диспергустадії, суспензію обробляють сульфатом заліза у вання твердої фази (вугілля, цеоліт) і зниження кількості 1,5г, що відповідає співвідношенню вугілплощини активної поверхні, що приводить, у реля: сіль полівалентного металу 1:0,3 і витримують зультаті, до присутності у об'ємі великої кількості при перемішуванні протягом 10,0хв. Після охолонепрореагованих компонентів (табл., пр.12). дження системи до 20°С проводять відділення Підвищення часу УЗ-обробки вище заявленої очищеної води бід твердої фази шляхом фільтрамежі, наприклад, 5хв., суттєво не впливає на якість ції. очистки, тому такий режим обробки можна вважаУ отриманому фільтраті визначають величину ти економічно не доцільним (табл., пр.14). біхроматної окисності, яка дорівнює, в даному виЗаявлений термін витримки на другій стадії падку 704,0мгО/дм3. Ступінь очистки стоків від обробки стічної води вибраний за умов, які забезрозчинених органічних і мінеральних речовин печують наступне ефективне відокремлення дисСт(xcк) складає: персної фази. При терміні витримки нижче заявСт(xcк)=[(3200-704,0)/3200]100%=78,0%; леної межі, наприклад, 5 хв., проявляються при цьому ступінь очистки від завислих органіскладності у процесі відокремлення твердої фази, чних і мінеральних речовин, що характеризується що призводить до погіршення якості очистки стічвеличиною коефіцієнта світлопропускання (А,%), ної води. Позамежне підвищення терміну витримвизначена на приладі КФК-2, дорівнює 82,0% ки, наприклад, 25хв., не приводить до покращення (табл., пр.1). якості очистки стічної води. Аналогічно прикладу виконання за винаходом, Перевагою запропонованого способу очистки були проведені досліди по очистці стічної води з стічних вод - фільтрату міських звалищ побутових використанням введених сорбентів і реагентів у відходів, у порівнянні з відомим способом [2], є заявлених кількостях при реалізації по-стадійного наступне: реалізація запропонованого способу режиму УЗ-обробки стічних вод при різному вмісту дозволяє отримати високі показники очистки від органічних і мінеральних забрудників. Отримані розчинених і завислих органічних і мінеральних результати представлені у таблиці. речовин для стічних вод, які вміщують високу конВстановлено, що заявлена по-стадійна обробцентрацію забрудників. Так, ступень очистки стічка стічної води, з використанням і сорбентів і реаних вод Ст(хск) від розчинених органічних і мінера 7 69806 8 льних речовин, згідно із запропонованим спосоДостоїнством запропонованого способу очистбом, досягає значень 75-83,0%, що на 15% переки стічних вод - фільтрату міських звалищ побутовищує аналогічні показники з використанням відових відходів з підвищеною концентрацію забрудмого способу (60-68%); при цьому ступінь очистки ників, є використання недефіцитних природних від забарвлених і завислих органічних і неорганічмінеральних добавок, використання ультразвуку них речовин, яка характеризується коефіцієнтом одного з найбільш екологічних методів обробки А%, досягає 78-89%, що на 4-15,0% перевищує водних систем, а також можливість використання показники відомого способу. отримуваного шламу у виробництві будматеріалів. Таблиця № пп Вихідні показниПерша стадія УЗ-обробка Друга стадія ки стічної води Масове співвідМасове співвідЧас об- ношення вугілношення вугіл- Час виХСК, А, робки, ля: Добавлена ля: тримки, 3 мгО/дм % сіль хв. хв. Цеоліт сіль 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 3200,0 3200,0 3200,0 3200,0 3200,0 3200,0 3200,0 3200,0 3200,0 4000,0 4000,0 4,0 4,0 4,0 5,0 5,0 4,0 4,0 4,0 4,0 6,0 6,0 3,0 3,5 4,5 4,5 4,5 3,0 3,5 4,5 3,0 3,0 4,5 12 13 14 15 16 17 3200,0 3200,0 3200,0 3200,0 3200,0 3200,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 5,0 2,5 3,0 5,0 4,5 3,5 4,5 18 19 3200,0 4000,0 4,0 6,0 15,0 15,0 Комп’ютерна верстка В. Мацело 1:0,05 1:0,12 1:0,25 1:0,25 1:0,25 1:0,05 1:0,15 1:0,25 1:0,05 1:0,05 1:0,25 Fe2(SO4)3 Fe2(SO4)3 Fe2(SO4)3 Fe2(SO4)3 Fe2(SO4)3 Fe2(SO4)3 Fe2(SO4)3 Al2(SO4)3 Al2(SO4)3 Fe2(SO4)3 Fe2(SO4)3 Позамежні значення 1:0,05 Fe2(SO4)3 1:0,025 Fe2(SO4)3 1:0,25 Fe2(SO4)3 1:0,30 Fe2(SO4)3 1:0,15 Fe2(SO4)3 1:0,25 Fe2(SO4)3 За способом (2) Fe2(SO4)3 Fe2(SO4)3 Ступінь очистки січних вод Ст(хск), мгО/дм3 А, % 1:0,3 1:0,3 1:0,3 1:0,2 1:0,4 1:0,2 1:0,4 1:0,3 1:0,3 1:0,3 1:0,4 15,0 15,0 15,0 10,0 20,0 10,0 20,0 15,0 15,0 15,0 20,0 78,0 79,0 83,0 81,0 83,0 76,0 83,0 82,0 76,0 75,0 80,0 82,0 84,0 86,0 82,0 89,0 83,0 86,0 89,0 82,0 78,0 81,0 1:0,3 1:0,3 1:0,3 1:0,3 1:0,15 1:0,5 15,0 15,0 15,0 15,0 15,0 15,0 69,0 71,0 83,0 83,0 73,0 83,0 70,0 71,0 88,0 89,0 74,0 89,0 68,0 60,0 85,0 63,0 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601