Завантаження для очищення стічних вод електроімпульсним методом

1. Завантаження для очищення стічних вод електроімпульсним методом, яке містить подрібнений двокомпонентний матеріал, що складається з частинок металу і мінеральної складової, яке відрізняє ться тим, що як мінеральну складову воно містить природний каркасний алюмосилікат і компоненти беруть при наступному співвідношенні, мас. %: частинки металу 30,0-90,0 природний каркасний алюмосилікат 10,0-70,0. 2. Завантаження за п.1, яке відрізняється тим, що воно містить алюмосилікат із розміром частинок 3,0-10,0мм. Винахід належить до галузі обробки води, промислових і побутових стічних вод, зокрема, до завантаження реактора, яке використовується при обробці води електроімпульсними розрядами і може бути використане для очистки стічних вод звалищ тверди х побутових відходів висококонцентрованих по органічним і мінеральним забруднювачами. Відоме електропровідне металеве завантаження для очистки стічних вод електроімпульсним методом [1]. Як металеве завантаження використовують відходи металообробки (залізну стружку, обрізки, брухт). Очистк у здійснюють наступним чином. Металеве завантаження вміщують у міжелектродний простір реактора проточного типу, що підключений до електроімпульсного генератора За допомогою насосу стічн у воду прокачують через шар металевого завантаження реактора, в якому вона піддається обробці імпульсними електричними розрядами великої потужності. Забруднення, що знаходяться у стічній воді руйнуються під дією імпульсних розрядів, піддаються коагуляції утворюваними гідроксидами металів і виводяться з об'єму реактора. Основним недоліком відомого завантаження для очистки стічних вод є низький ступінь вида лення забруднень, особливо у випадках присутності у стічни х вода х складних за складом, різних за хімічною природою компонентів. Найбільш близьким аналогом до винаходу за технічною суттю і досягаемому результату є електропровідне завантаження для очистки стічних вод електроімпульсним методом [2]. Відоме електропровідне завантаження містить подрібнений двокомпонентний матеріал, що відповідно до наших розрахунків складається з частинок металу і вуглевмісного матеріалу при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: частинки металу 9,1-90,9; вуглевмісний матеріал 9,1-90,9. При цьому, як вуглевмісний матеріал, завантаження містить кокс, або графіт, або вугілля, або відходи вуглегра фітового виробництва, а як метал, завантаження містить залізну стружку (сталь 3). Очистку стічних вод з використанням відомого завантаження реалізують наступним чином. В міжелектродний простір реактора завантажують суміш залізної стружки (сталь 3) і подрібненого коксу з розмірами 5,0-15,0мм при їхньому різному масовому співвідношенні. Стічні води піддають очистці електроімпульсним методом, у яко (19) UA (11) 77714 (13) C2 (21) 20040604781 (22) 17.06.2004 (24) 15.01.2007 (46) 15.01.2007, Бюл. №1, 2007р. (72) Гончарук Владислав Володимирович, Яременко Валентин Олексійович, Маляренко Валентин Володимирович (73) ІНСТИТУТ КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ ТА ХІМІЇ ВОДИ ІМ. А. В. ДУМАНСЬКОГО НАЦІОН АЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ Н АУК УКРАЇНИ (56) UA 55046, C02F1/46, 2003 Левченко В.Ф. Электроимпульсный метод комплексной переработки материалов// Проблемы машиностроения.- К.: Наукова думка, 1992.- Вып.38.- С. 78-86 3 77714 му обробку водної суспензії здійснюють електричними розрядами високої потужності при прокачуванні її через шар електропровідного завантаження. При використанні запропонованого складу електропровідного завантаження глибина очистки стоків за значенням ХСК (мгО/дм 3) знаходиться в межах 112,0-175,0мгО/дм 3, при вихідному показнику ХСК, що дорівнює 1248,0мгО/дм 3. Нами була досліджена можливість використання відомого завантаження для очистки стічних вод, висококонцентрованих за органічними і мінеральними забрудниками, міських звалищ твердих побутових відходів (МЗТПВ) шламонакопичувача с. Пирогово. Стічні води з шламонакопичувача мають наступні показники: - Біхроматну окисність, що характеризує вміст розчинених у воді органічних і неорганічних речовин - ХСК, мгО/дм 3, (хімічне споживання кисню), яке складає 2500-3000 мгО/дм 3 [3]. - Коефіцієнт світлопропускання (А, %), який характеризує ступінь прозорості води і знаходиться в межах 6-8,0%. Прозорість води, що визначається на приладі КФК-2 (колориметр фотоелектричний концентраційний), обумовлена вмістом різних забарвлених і завислих органічних і мінеральних речовин [4]). Для очистки стічних вод шламонакопичувача використовують електропровідне завантаження, яке містить залізну стр ужку - 90,9 мас. % і подрібнений кокс - 9,1 мас. % з розміром частинок 515,0мм. В міжелектродний простір реактора з розмірами 60x65x70мм загружають завантаження у кількості 50,0г. За допомогою насосу прокачують стічну воду через реактор з швидкістю 10,0дм 3/год. При цьому, на електроди подають від генератора імпульсну напругу 80,0В частотою 200Гц при довжині імпульсів 0,0005с, здійснюючи таким чином обробку стічних вод імпульсними розрядами в об'ємі завантаження реактора. На виході реактора здійснюють відділення очищеної води від осадку шляхом фільтрації або центрифугування. Ступінь очистки стічних вод від розчинених органічних і мінеральних речовин ( Ст ХСК ) визначають за зниженням значень ХСК (мгО/дм 3), і розраховують з виразу: ХСК Вих - ХСКОчщ Ст ХСК = × 100% ХСК Вих де: ХСКВих - значення біхроматної окисності вихідних стоків, мгО/дм 3; ХСКОчщ -значення біхроматної окисності очищених стоків, мгО/дм 3. Ступінь очистки стічних вод від розчинених органічних і мінеральних речовин ( Ст ХСК ) досягала 61,0%. Показник коефіцієнту світлопропускання (А, %), що характеризує ступінь прозорості води, обумовленої присутністю забарвлених завислих органічних і мінеральних речовин, який визначається на приладі КФК-2, досягає значення 68,0%. Як видно з представлених даних, основним недоліком відомого складу завантаження (2) є низький ступінь очистки висококонцентрованих стіч 4 них вод від розчинених і завислих органічних і мінеральних речовин. Крім того, використання відомого завантаження [2] призводить до вторинного забруднення води органічними складовими вуглевмісної речовини (кокс, графіт, вугілля), які вимиваються у процесі її експлуатації. В основу винаходу поставлена задача удосконалити склад електропровідного завантаження реактора шляхом зміни природи мінеральної складової, що забезпечило б підвищення ступеня очистки стічних вод, висококонцентрованих за органічними і мінеральними забрудниками, у процесі електроімпульсної обробки. Для вирішення поставленої задачі запропоновано завантаження для очистки стічних вод електроімпульсним методом, яке містить подрібнений двокомпонентний матеріал, що складається з частинок металу і мінеральної складової, яке, згідно з винаходом, як мінеральну складову містить природний каркасний алюмосилікат і компоненти беруть при наступному співвідношенні, мас. %: частинки металу 30,0-90,0; природний каркасний алюмосилікат 10,0-70,0. При цьому, завантаження містить алюмосилікат з розміром частинок 3,0-10,0мм. Нами встановлено, що використання, як мінеральної складової двокомпонентного завантаження, природного каркасного алюмосилікату (морденіт, клиноптилоліт, шабазит) забезпечує, як ми вважаємо, формування електроімпульсних розрядів більшої амплітуди, які обумовлюють поляризацію гідрофільного шару частинок алюмосилікату, активацію їхньої поверхні, забезпечуючи тим самим інтенсифікацію сорбційних процесів, що сприяє ініціюванню процесів коагуляційної взаємодії і більш повному висвітленню висококонцентрованих, складних за хімічним складом компонентів дисперсних систем. Така комплексна дія вищевказаних факторів забезпечує підвищення ступеню очистки концентрованих стічних вод від завислих і забарвлених органічних і мінеральних речовин. Таким чином, сукупність суттєви х ознак запропонованого складу завантаження для очистки стічних вод електроімпульсним методом є необхідною і достатньою для досягнення забезпечуваного винаходом технічного результату - підвищення ступеня очистки стічних вод звалищ твердих побутових відходів, висококонцентрованих за органічними і мінеральними забрудниками: за показниками ХСК до 78-84,0% і за величинами коефіцієнта світлопропускання (А) до 76-85,0%. Згідно з винаходом, запропонований склад міжелектродного завантаження, як металеві частинки містить залізну стружку (сталь 3) з розміром частинок 5-15мм, а як мінеральну складову природний каркасний алюмосилікат (клиноптилоліт, або модерніт, або шабазит Закарпатського родовища) з розміром частинок 3-10мм. Для отримання електропровідного завантаження беруть у заявленій кількості подрібнений природний алюмосилікат і залізну стружку і перемішують протягом 10-20хв. При цьому, завантаження містить, мас. %: залізна стружка 30,0-90,0; природний каркасний алю10,0-70,0. 5 77714 мосилікат Очистці піддавали стічні води міських звалищ твердих побутових відходів, висококонцентрованих за органічними і мінеральними забрудниками, з ємності-накопичувача с.Пирогово з наступними фізико-хімічними показниками: біхроматна окисність (ХСК), мгО/дм 3 2500-3000; коефіцієнт світлопропускання (А), % 6,0-8,0. У реактор з розмірами 60x65x70мм загружають підготовлене електропровідне завантаження при різному співвідношенні інгредієнтів у кількості 50,0г. Потім через шар завантаження, яке знаходиться в міжелектродному просторі, прокачують стічну воду насосом з швидкістю 8-12,0дм 3/год. Одночасно на електроди реактора подають від генератора імпульсну напругу 80,0В частотою 200,0Гц з довжиною імпульсу 0,0005с. При цьому здійснюється очистка стічних вод імпульсними розрядами у об'ємі завантаження реактора. Після виходу з реактора суспензію охолоджують до температури 20-25°С і потім проводять відділення очищеної води від осаду шляхом фільтрації або центрифугування. 1. Ступінь очистки від розчинених органічних і мінеральних речовин визначають за зниженням значень ХСК і розраховують з виразу: ХСК Вих - ХСКОчщ Ст ХСК = × 100% ХСК Вих де: ХСКВих - значення біхроматної окисності вихідної стічної води, мгО/дм 3; ХСКОчщ -значення біхроматної окисності очищеної стічної води, мгО/дм 3. 2. Ступінь очистки від завислих органічних і мінеральних речовин оцінюють величиною коефіцієнта світлопропускання (А, %), який визначають на приладі КФК-2. Приклад конкретного виконання Очистці піддають стічні води МЗТПВ з показниками: біхроматна окисність (ХСК), мгО/дм 3 3000; коефіцієнт світлопропускання (А), % 6,0. Для одержання електропровідного завантаження беруть подрібнений природний алюмосилікат - клиноптилоліт з розміром частинок 3-10,0мм у кількості 15,0г, залізну стр ужку (сталь 3) з розмірами частинок 5-15,0мм у кількості 35,0г і компоненти перемішують протягом 10,0хв. Одержують електропровідне завантаження наступного складу, мас. %: залізна стружка 70,0; клиноптилоліт 30,0. Підготовлений склад завантаження у кількості 50,0г поміщають у реактор. Потім через шар завантаження у міжелектродному просторі реактора прокачують насосом стічну воду з швидкістю 10,0дм 3/год. Одночасно на електроди реактора подають від генератора імпульсну напругу 80,0В частотою 200,0Гц і тривалістю імпульсу 0,0005с, 6 що забезпечує очистку стічних вод імпульсними розрядами в об'ємі реактора. Після охолодження суспензії до 20,0°С відділяють очищену воду від осаду шля хом фільтрації. У отриманому фільтраті визначають величину біхроматної окисності, яка дорівнює, в даному випадку, 660,0мгО/дм 3. Ступінь очистки стічної води від розчинених органічних і мінеральних речовин досягає 78,0%: 3000 - 660 Ст ХСК = × 100% = 78% 3000 При цьому, ступінь очистки фільтрату стічни х вод від завислих органічних і мінеральних речовин, що характеризується величиною коефіцієнту світлопропускання (А, %), дорівнює 76,0% (табл., приклад 1). Аналогічно прикладу виконання за винаходом, були проведені досліди по очищенню стічних вод МЗТПВ, висококонцентрованих по органічним і мінеральним забрудникам, з використанням електропровідного завантаження, яке містить частинки металу і природного алюмосилікату, як в заявленому діапазоні, так і за його межами (табл., приклади 1-9). Як видно з даних таблиці, заявлений кількісний і якісний склад двокомпонентного електропровідного завантаження забезпечує високу е фективність очистки стічних вод МЗТПВ, що характеризується видаленням розчинених органічних і мінеральних речовин на 78-84,0% за значенням ХСК, і видаленням забарвлених завислих органічних і мінеральних речовин на рівні 7685,0%, за значеннями коефіцієнту світлопропускання (табл., приклали 1-7). При позамежному зменшенні кількості залізної стружки в запропонованому завантаженні, наприклад, до 25,0 мас. %, спостерігається зниження ступеню очистки стічної води внаслідок зменшення потужності електроімпульсів: Ст ХСК знижується до 71,0%, а величина коефіцієнту світлопропускання (А, %) знижується до 69,0% (табл., приклад 8). Позамежне збільшення кількості залізної стружки у запропонованому складі завантаження більш 90,0мас.%, наприклад, 95,0мас.%, приводить до зменшення відносної кількості природного алюмосилікату, це обумовлює, як ми вважаємо, зниження впливу поляризаційних процесів на поверхні останнього, які знижують, тим самим, ефективність коагуляційної взаємодії компонентів і погіршують якість очистки стічних вод МЗТПВ, тому таке співвідношення компонентів можна вважати економічно недоцільним (табл., приклад 9). Експериментально встановлено, що оптимальний розмір частинок природного алюмосилікату у складі міжелектродного завантаження дорівнює 3-10,0мм, що забезпечує досягнення високого ступеню очистки стічних вод МЗТПВ від органічних і мінеральних забрудників за рахунок можливості інтенсивного прояву поляризаційних процесів. Перевага запропонованого складу міжелектродного завантаження для очистки стічних вод електроімпульсним методом, у порівнянні з відомим завантаженням [2], полягає в досягненні ви 7 77714 соких показників очистки стічних вод, що містять більш високі концентрації розчинених і завислих органічних і мінеральних речовин. Так, ступінь очистки стічних вод Ст ХСК від розчинених органічних і мінеральних речовин з використанням запропонованого завантаження досягає значень 78-84,0%, що на 17-23,0% перевищує аналогічні показники при використанні відомого завантаження (61,0%), а ступінь очистки від забарвлених і завислих органічних і мінеральних речовин, яка характеризується коефіцієнтом світлопропускання (А, %), досягає 76-85,0%, що в середньому на 8 12,0% перевищує показники відомого завантаження [2]. Достоїнством запропонованого складу завантаження для очистки стічних вод МЗТПВ, що мають підвищену концентрацію забрудників, є можливість використання одержаного шламу водоочистки у виробництві будівельних матеріалів, у тому числі силікатних в'яжучих, а також відсутність у його складі органічних складових вуглевмісної речовини, які вимиваються із завантаження у процесі експлуатації, викликаючи додаткове забруднення стічних вод і підвищення показників ХСК. Таблиця Ступінь очищення стічних вод МЗТПВ в залежності від складу між електродного завантаження № п/п Склад міжелектродного завантаження, мас. % Каркасний алюмосилікат Залізна стружка клиноптилоліт 1 2 3 4 5 6 7 30,0 60,0 90,0 30,0 90,0 30,0 90,0 70,0 40,0 10,0 8 9 25,0 95,0 75,0 5,0 10 90,9 морденіт За винаходом 70,0 10,0 Позамежні значення За способом [2] 9,1 (кокс) Джерела інформації 1. Левченко В.Ф. Електроімпульсний метод комплексної переробки матеріалів / Проблеми машинобудування НАН України. Вип. 38. - К.: Наукова думка, 1992. – С.78-86. Комп’ютерна в ерстка В. Сердюк Ступінь очищення стічних вод шабазит Ст ХСК , мг0/дм 3 А, % 70,0 10,0 78,0 81,0 83,0 79,0 84,0 78,0 84,0 76,0 79,0 85,0 78,0 85,0 76,0 83,0 60,0 71,0 69,0 67,0 61,0 68,0 2. UA, 55046, А, 17.03.2003. 3. Лур’є Ю.Ю. Унифицированные методы анализа вод. - М.: "Химия", 1972. - С.261-263. 4. Лур’є Ю.Ю. Унифицированные методы анализа вод. - М.: "Химия", 1972. - С.236-236. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601