Спосіб очистки стічних вод

1. Спосіб очистки стічних вод, що включає ультразвукову обробку останніх у присутності вугілля з наступним введенням солі полівалентного металу, який відрізняється тим, що попередньо стічну воду пропускають у вигляді плівки і останню піддають електроплазмовій дії, обробку сіллю металу здійснюють при масовому співвідношенні вугілля:сіль полівалентного металу, яке дорівнює 1:(0,1-0,36), відповідно. 2. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що плівку води створюють товщи ною 0,34,5мм, а швидкість витікання плівки води встановлюють у ламінарному режимі. 3. Спосіб за пп.1 або 2, який відрізняється тим, що електроплазмову дію здійснюють коронним розрядом напругою 14,0-20,0кВ і силою струму 50,0-200,0мА. Винахід відноситься до області обробки води, промислових і побутових стічних вод, зокрема, до очистки стічних вод міських звалищ твердих 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. 27.04.1997р.], [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 0,6-0,08мг/дм3. Як показали наші дослідження, при використанні відомого способу [1] для очистки стічних вод від забруднень різної хімічної природи на прикладі фільтрату міського звалища побутових відходів, досягається ступінь очистки за значеннями хімічного споживання кисню (ХСК), мгO/дм3, у межах 50-55%. 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. Відомий спосіб очистки стічних вод [патент РФ №2043970, кл. 6 С02F1/46, оп. 20.09.95p.], [2]. Спосіб полягає у обробці стічних вод кіно-, фото- і гальванічних виробництв у безперервному режимі з використанням тліючого розряду напругою 0,52,0кВ, силою струму 50-150мА при товщині шару оброблюваної рідини 1,6-100,0 мм і температурі нижче за температуру кипіння оброблюваного складу води. Як слідує з представлених даних відомий спосіб [2] забезпечує ефективну очистку стічних вод кіно-, фото- і гальванічних виробництв від іонів металів (до норм ПДК). Для визначення ефективності відомого способу [2] при очистці висококонце-нтрованих за органічними і мінеральними речовинами стічних вод (19) UA (11) 76655 (13) (21) a200502391 (22) 16.03.2005 (24) 15.08.2006 (46) 15.08.2006, Бюл. № 8, 2006 р. (72) Гончарук Владислав Володимирович, Скубченко Володимир Федорович, Яременко Валентин Олексійович, Маляренко Валентин Володимирович, Самсоні-Тодоров Олександр Олегович, Божко Ігор Васильович (73) ІНСТИТУТ КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ ТА ХІМІЇ ВОДИ ІМ. А.В. ДУМАНСЬКОГО НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ (56) UA 69806 C2, 15.09.2004 SU 1723046 A1, 30.03.1992 RU 2214969 C1, 27.10.2003 US 5827432 A, 27.10.1998 US 5827432 A, 27.10.1998 WO 80/00226 A1, 21.02.1980 C2 1 3 76655 4 були проведені досліди по очистці стічних вод міцентрифугування. Як сіль полівалентного металу ських звалищ с. Пирогово. Склад очищуваних стовикористовують сульфат алюмінію або заліза відків характеризувався показниками ХСК, мгО/дм3, повідно ГОСТу 12966-75 і ГОСТу 6198-75. (хімічне споживання кисню), у діапазоні 3200Ступінь очистки стічних вод міських звалищ 4000,0мгО/дм3 і коефіцієнтом світлопропускання побутових відходів від розчинених органічних і (А, %), що дорівнює 6-8,0%. Результати наших мінеральних речовин визначають за зниженням досліджень показують, що при використанні відозначень ХСК, мгО/дм3, і розраховують з виразу: мого способу [2] для очистки стічних вод міських Ст(хск)=[(ХСКвих-ХСКочщ )/ХСКвих] 100%, звалищ від забруднень різної хімічної природи на де ХСКвих - значення біхроматної окисності виприкладі стічних вод с.Пирогово, досягається стухідних стоків, мгО/дм3; пінь очистки за значеннями ХСК, мгО/дм3 у межах ХСКочщ - значення біхроматної окисності очи50-61,0% і за значенням коефіцієнту світлопрощених стоків, мгО/дм3. пуcкання (А, %) до 57-61,0%. При цьому показники ступеню очистки стоків Таким чином, основним недоліком відомого від розчинених органічних і мінеральних речовин, способу [2] є низький ступінь очистки стічних вод (Ст(хск)), знаходяться в межах 75-83,0%. від розчинених і завислих органічних і мінеральних Показники коефіцієнту світлопропускання (А речовин різної природи. %), що характеризує ступінь прозорості води, обуНайбільш близьким аналогом до винаходу за мовленої присутністю забарвлених завислих оргатехнічною суттю і досягаемому результату є спосіб нічних і мінеральних речовин, які визначаються на очистки стічних вод міських звалищ побутових приладі КФК-2, досягають значень 78-89,0%. відходів [UA, патент №69806 А, кл. 7 Як слідує з наведених даних, основним недоС02F1/28,1/36, оп. 15.09.2004p.], [3]. ліком відомого способу очистки стічних вод [3] є Суть способу полягає в наступному. недостатньо високий ступінь очистки від розчинеОчистці піддають стічні води міських звалищ них і завислих органічних і мінеральних речовин побутових відходів з наступними фізико-хімічними різної природи. показниками: В основу винаходу поставлена задача вдоско- біхроматною окисністю, що характеризує налити спосіб очистки стічних вод шляхом попевміст розчинених у воді органічних і неорганічних редньої дії на очищувану стічну воду електричним речовин - ХСК, мгO/дм3, (хімічне споживання кисрозрядом у тонкому шарі води, а також УЗню), яке складає 3200-4000мгО/дм3, [Ю.Ю.Лурье. обробки іншого складу водної суспензії, що забезУнифицированные методы анализа вод, М., «Хипечило б досягнення технічного результату - підмия»,1972г., с.261-263], [4]; вищення ступеню очистки стічних вод міських зва- коефіцієнтом світлопропускання (А %), який лищ побутових відходів від розчинених і завислих характеризує ступінь прозорості води і знаходить(колоїдних) органічних і мінеральних речовин. ся в межах 4-6,0%. Для вирішення поставленої задачі запропоноПри цьому прозорість води, визначена на привано спосіб очистки стічних вод, що включає УЗладі КФК-2 (колориметр фотоелектричний конценобробку останніх у присутності вугілля з наступним траційний), обумовлена вмістом різних забарвлевведенням солі полівалентного металу, у якому, них і завислих органічних і мінеральних речовин згідно з винаходом, спочатку стічну воду пропус[4, с.235-236]. кають у вигляді плівки і останню піддають електПри визначенні якості очистки стічних вод згідроплазмовій дії, обробку водної суспензії сіллю но з вказаним способом (3) обробку стічної води металу здійснюють при масовому співвідношенні здійснюють наступним чином. Попередньо готують вугілля: сіль металу, що дорівнює 1:(0,1-0,36), відсуспензію вугілля і цеоліту у стічній воді. Для цього повідно. При цьому плівку води створюють товщиу реактор-змішувач загружають певну кількість ною 0,3-4,5мм, швидкість витікання плівки здійсстічних вод, вугілля у кількості 4-8,0% від маси нюють у ламінарному режимі, а електроплазмову стічної води і природний цеоліт (Закарпатського. дію проводять коронним розрядом напругою (U, родовища) при масовому співвідношенні вугілля: кВ), 14-20кВ і силою струму (І, мА), 50-200,0мА. цеоліт, що складає 1:(0,05-0,25). Як вугілля викоНами встановлено, що попередня електропристовують природне вугілля Донецького родовилазмова обробка стічних вод у вигляді плівки заща, що являє собою суміш фракцій з розміром безпечує іонізацію молекул забруднюючих речочастинок 0,5-1,0мм. Вміст вуглецю у вугіллі склавин, що приводить, як ми вважаємо, до дав 82,0%, зольність - 11,5%. Перемішування здійінтенсифікації процесів сорбційної взаємодії комснюють протягом 15-30хв. Підготовлену таким чипонентів суспензії при УЗ-обробці, а також сприяє ном суспензію стічних вод з вугіллям і цеолітом наступному підвищенню ефективності коагуляційзливають у циліндричну ємність і піддають УЗних процесів і прискоренню освітлення суспензії у обробці протягом 3,0-4,5хв. при частоті 22кГц і присутності солі металу. Заявлена комплексна дія потужності у межах 4-8,0Вт/см на приладі УЗДН-1. вищевказаних факторів забезпечує зростання стуПісля закінчення часу вказаної обробки у систему пеню очистки концентрованих стічних вод від розвводять сіль полівалентного металу при масовому чинених завислих і забарвлених органічних і мінеспіввідношенні вугілля: сіль металу, що дорівнює ральних речовин. 1: (0,2-0,4) відповідно і отриману систему (суспенТаким чином, сукупність суттєвих ознак заявзію) видержують протягом 10 - 20,0хв. при постійляємого способу очистки стічних вод є необхідною ному перемішуванні. Після охолодження системи і достатньою для досягнення забезпечуваного до 18-20°С проводять відокремлення очищеної винаходом технічного результату - підвищення води від твердої фази шляхом фільтрації або ступеню очистки висококонцентрованих стічних 5 76655 6 вод від розчинених і завислих органічних і мінераде ХСКвих - значення біхроматної окисності вильних речовин: за показником ХСК до84-90% і за хідної стічної води, мгО/дм3; коефіцієнтом світлопропуcкання (А %) до 90ХСКочщ - значення біхроматної окисності очи93,0%. щеної стічної води, мгО/дм3. Спосіб реалізується наступним чином. 2. Ступінь очистки від завислих органічних і Очистці піддають стічні води - фільтрат місьмінеральних речовин оцінюють за збільшенням ких звалищ побутових відходів із ємностікоефіцієнту світлопропускання (А %), який визнанакопичувача с Пирогово з наступними фізикочають на приладі КФК-2. хімічними показниками: Приклад конкретного виконання. - біхроматною окисністю (ХСК, мгО/дм3) Очистці піддають стічні води - фільтрат місько3200-4000,0мгO/дм3; го звалища побутових відходів з підвищеною кон- коефіцієнтом світлопропускання (А % ) - 4,0центрацією забрудників: показники біхроматної 6,0. окисності (ХСК)=4000,0мгО/дм3 і коефіцієнту світТехнологія очистки стічної води складається з лопропускання (А %) - 4,0%. Як вугілля використоелектроплазмової дії (у вигляді коронного розряду) вують природне вугілля Донецького родовища з на вихідну воду, УЗ - обробки суспензії вугілля і розміром частинок 0,5-1,0мм, а як сіль полівалентводи, обробленої коронним розрядом, і наступної ного металу - сульфат заліза. обробки сіллю полівалентного металу. Спочатку стічні води подають у ламінарному Електроплазмову обробку стічної води здійсрежимі у електроплазмовий реактор і створюють нюють у об'ємі електроплазмового реактору проплівку води товщиною 2,4 мм, підключають висоточного типу, що складається з корпусу з регулюковольтне джерело живлення з утворенням у міючими штуцерами і двох високовольтних желектродному просторі коронного розряду напруелектродів. Один з високовольтних електродів гою (U, кВ) - 14,0кВ і силою струму (І, мА) - 50мА. (анод) з круглою пластиною на кінці, розміщують Потім оброблену таким чином воду у кількості над водною поверхнею, і підключають до високо100,0см3 подають у реактор-змішувач, оснащений вольтного блоку. Роль другого електроду виконує мішалкою, куди загружаюсь 5г вугілля (5,0% від плівка води з заземленою пластиною. маси води). Вмикають мішалку і суспензію переОчищувану стічну воду за допомогою насосу мішують з швидкістю 250 об/хв. протягом 20хв. прокачують по дну корпусу реактора у ламінарноПідготовлену суспензію стоків з вугіллям зливають му режимі, забезпечуючи утворення плівки води у циліндричну ємність і піддають УЗ-обробці протовщиною 0,3-4,5мм. Після подачі у реактор води, тягом 3,7хв. при частоті 22,0кГц і потужності включають високовольтне джерело живлення, що 6,0Вт/см . забезпечує утворення коронного розряду напруПісля закінчення УЗ-обробки у суспензію ввогою (U, кВ), 14-20,0кВ і силою струму (І, мА), 50дять сульфат заліза у кількості 1,15г, що відпові200мА у міжелектродному просторі. При цьому дає масовому співвідношенню вугілля: сіль поліплівка води піддається обробці утвореним коронвалентного металу, що дорівнює 1:0,23, і ним розрядом. Оброблену коронним розрядом витримують при перемішуванні протягом 10,0хв. стічну воду направляють у реактор-змішувач з Після охолодження суспензії до 20°С проводять мішалкою, куди загружають вугілля у кількості 4відділення очищеної води від твердої фази шля8,0% від маси води. Як вугілля використовують хом фільтрації. природне вугілля Донецького родовища, що являє Величина біхроматної окисності фільтрату при собою суміш фракцій з розміром частинок 0,5цьому дорівнює 590,0мгО/дм3. 1,0мм. Вміст вуглецю у вугіллі становить 82,0%, Cтупінь очистки стоків від розчинених органічзольність, у середньому, 11,5%. них і мінеральних речовин Cт(хск) складає: Отриману суспензію стічної води з вугіллям Ст(хск)=[(4000-590,0)/4000] 100%=85,3%. перемішують протягом 15-30,0хв., подають до циПри цьому ступінь очистки стічної води від заліндричної ємності і піддають УЗ-обробці протягом вислих органічних і мінеральних речовин, що ха3,0-4,5хв. при частоті 22,0кГц і потужності у межах рактеризується величиною коефіцієнта світлопро4,0-8,0Вт/см2 на приладі УЗДН-1. Після УЗ-обробки пускання (А, %), дорівнює 91,0% (табл., пр.1). у суспензію вводять сіль полівалентного металу Аналогічно прикладу виконання за винаходом, при масовому співвідношенні вугілля: сіль полівабули проведені досліди по очистці стічної води при лентного металу, що дорівнює 1:(0,1-0,36) відповірізних параметрах електроплазмової дії (напруга і дно і перемішують протягом 10-20хв. Як сіль полісила струму коронного розряду) на оброблювану валентного металу використовують сульфат стічну воду у вигляді плівки різної товщини, а таалюмінію (ГОСТ 12966-55) або сульфат заліза кож при різних кількостях введеної солі полівален(ГОСТ 6198-75). Потім, після охолодження суспентного металу, як у заявленому діапазоні, так і при зії до 18-22°С, проводять відокремлення очищеної позамежних значеннях. Отримані результати води від осадку шляхом фільтрації або центрифупредставлені у таблиці. гування. Встановлено, що заявлена послідовність обСтупінь очистки стічних вод міських звалищ робки стічної води, а саме, електроплазмова дія, побутових відходів характеризують наступними УЗ-обробка і обробка сіллю полівалентного метапоказниками: лу у заявлених умовах забезпечує високий ступінь 1. Ступінь очистки від розчинених органічних і очистки від розчинених і завислих органічних і мімінеральних речовин визначають за зниженням неральних речовин (табл., пр.1-9). значень ХСК і розраховують з виразу: Важливим моментом у процесі електроплазСт(хск)=[(ХСКвих-ХСКочщ)/ХСКвих] 100%, мової обробки води є параметри коронного розря 7 76655 8 ду, напруга в межах (U, кВ) - 14-20,0кВ і сила пр.14). струму (І, мА) - 50-200мА. При зменшенні напруги і Позамежне збільшення кількості добавленої сили струму коронного розряду нижче заявлених солі полівалентного металу, що відповідає співмеж, наприклад, U=12,0кВ і І=40мА, знижується відношенню вугілля: сіль 1:0,50, не впливає суттєефективність усіх етапів технологічного процесу во на якість очистки стічної води від органічних і очистки, що призводить до зменшення ступеню мінеральних речовин, але приводить до додаткоочистки стічних вод, особливо за органічною склавого забруднення стоків надлишком солі (табл., довою (табл., пр.10). пр.15). Підвищення показників напруги і сили струму Перевага запропонованого способу очистки коронного розряду вище заявлених меж, напристічних вод міських звалищ побутових відходів, у клад, U=24,0кВ і І=230,0мА, відповідно, не впливає порівнянні з відомим способом [3], полягає у досясуттєво на якість очистки, тому такий режим оброгненні підвищених показників очистки від розчинебки можна вважати економічно не доцільним них і завислих органічних і мінеральних речовин, (табл., пр.11). які є у стічних водах при високих концентраціях. Заявлена товщина оброблюваної плівки води Так, ступінь очистки стічних вод Ст(хск) від розчивибрана з умов досягнення максимального ступенених органічних і мінеральних речовин, згідно із ню дії коронного розряду на шар води, що сприяє запропонованим способом, досягає значень 84утворенню активних радикалів, прискорюючи сор90,0%, що на 7-9,0% перевищує аналогічні показбційно-коагуляційні процеси очистки. При збільники з використанням відомого способу (75шенні товщини плівки води вище заявленої межі, 83,0%); при цьому ступінь очистки від забарвлених наприклад, 5,5мм, знижується рівень впливу коі завислих органічних і мінеральних речовин, який ронного розряду на процеси іонізації молекул захарактеризується коефіцієнтом А %, досягає знабруднюючих речовин, що приводить до погіршенчень 90-93,0%, що на 4-12,0% перевищує показниня показників очистки стоків (табл., пр.13). ки відомого способу (78-89,0%). Зменшення товщини водної плівки нижче заяДостоїнством запропонованого способу очиствленої межі суттєво не впливає на якість очистки ки стічних вод - фільтрату міських звалищ побутостоків, але знижає продуктивність технологічного вих відходів з високою концентрацією забрудників процесу обробки (табл., пр.12). є можливість використання суміщених екологічно Порушення заявленого співвідношення вугілчистих методів обробки водних систем (електля: сіль полівалентного металу у бік зменшення роплазмова дія і УЗ-обробка), застосування недевідносного вмісту солі, наприклад, 1:0,05, призвофіцитних природних мінеральних добавок, а також дить до зниження показників ХСК, мгО/дм3 і коефіможливість використання отриманого шламу у цієнту світлопропускання (А, %) внаслідок неповвиробництві будівельних матеріалів. ного осадження забрудників із стічної води (табл., Таблиця Вихідні показники стічної води: ХПК (мгO/дм3)-4000,0; А,%-4,0 Електроплазмова дія № УЗ-обробка, Товщина водної плівки, хв. мм 4 5 U,kB І, мА 1 2 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 14,0 20,0 17,0 17,0 17,0 17,0 17,0 17,0 17,0 50,0 200,0 125,0 125,0 125,0 125,0 125,0 125,0 125,0 2,4 2,4 2,4 0,3 4,5 2,4 2,4 2,4 2,4 3,7 3,7 3,7 3,7 3,7 3,7 3,7 3,7 3,7 10 11 12 13 14 15 12,0 24,0 17,0 17,0 17,0 17,0 40,0 230,0 125,0 125,0 125,0 125,0 2,4 2,4 0,1 5,5 2,4 2,4 3,7 3,7 3,7 3,7 3,7 3,7 16 17 3,7 3,7 Комп’ютерна верстка Н. Лисенко Обробка солями металу Мас.співвідн. вуНайменування солі гілля: сіль 6 7 за винаходом 1:0,23 Fe2(SO4)3 1:0,23 Fe2(SO4)3 1:0,23 Fe2(SO4)3 1:0,23 Fe2(SO4)3 1:0,23 Fe2(SO4)3 1:0,10 Fe2(SO4)3 1:0,36 Fe2(SO4)3 1:0,10 A12(SO4)3 1,:0,36 A12(SO4)3 позамежні значення 1:0,23 Fe2(SO4)3 1:0,23 Fe2(SO4)3 1:0,23 Fe2(SO4)3 1:0,23 Fe2(SO4)3 1:0,05 Fe2(SO4)3 1:0,50 Fe2(SO4)3 за способом [3] 1:0,3 Fe2(SO4)3 1:0,3 Fe2(SO4)3 Підписне Ступінь очистки вод Масове співвідн. вугілля: Ст(хск), % А,% цеоліт 8 9 10 85,3 90,0 90,0 88,5 84,0 86,0 89,0 86,5 89,0 91,0 93,0 93,0 92,0 90,5 91,0 92,0 91,0 92,0 80,5 90,0 89,5 78,5 76,0 90,0 58,0 93,0 93,0 86,0 80,0 93,0 1:0,05 1:0,25 79,0 82,0 84,0 87,0 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