Спосіб очищення фільтратів полігонів твердих побутових відходів без витрат зовнішньої енергії

Реферат: Спосіб очищення висококонцентрованих фільтратів твердих побутових відходів (ТПВ) і стічних вод без витрат зовнішньої енергії методом електрокоагуляції і відстою, при якому електрокоагуляцію здійснюють методом пропускання розчину, що очищається, через реактор, який являє собою безмембранну паливну комірку, що виробляє електричний струм, який протікаючи по замкнутому ланцюгу через паливну комірку і пристрій управління, комутації і контролю, коагулює речовини, що забруднюють розчин, які збираються у відстійнику, а задля прискорення процесу очищення одночасно проводиться аерація розчину повітрям. UA 81761 U (54) СПОСІБ ОЧИЩЕННЯ ФІЛЬТРАТІВ ПОЛІГОНІВ ТВЕРДИХ ПОБУТОВИХ ВІДХОДІВ БЕЗ ВИТРАТ ЗОВНІШНЬОЇ ЕНЕРГІЇ UA 81761 U UA 81761 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до області глибокого фізико-хімічного очищення стічних вод від складних сполук, наприклад, фільтратів звалищ твердих побутових відходів (ТПВ), стоків гальванічних виробництв, очищення стоків різних галузей промисловості, у тому числі для здобичі важких металів з морської води (урану, літію и т.д.) Відомі способи глибокого фізико-хімічного очищення стічних вод високого ступеню забрудненості елементами органічного і неорганічного походження [1; 2; 3]. Відомими способами очищення стічних вод є коагуляція, флокуляція і фільтрація з подальшою доочисткою до технічного і більш високого ступеню очищення. Ці способи застосовують у вказаній послідовності, після попереднього очищення стоків механічними фільтрами, від крупних забруднюючих елементів. До недоліків широко відомих методів слід віднести їх велику електричну енерговитратність і багатостадійність процесу очищення. Кафедра каналізації ЛІСІ 30 жовтня 2012 року на своєму сайті про способи очищення води і повітря опублікувала інформацію про розробку, випробування і технологію очищення стічних вод підприємств побутової хімії, що містять ПАР, органічні фарбники, пігменти, хлорофос, феноли і інші забруднення, що знаходяться в розчинному стані. Концентрацію ПАР їм вдалося понизити з 300 мг/л до 20-40 мг/л при обробці за схемою: електрофлотація і електроокислення в 3 присутності каталізатора. "Загальна витрата електроенергії не перевищує шість кВт/г на 1 м стічних вод.» При цьому "Параметри обробки: анодна щільність струму при електрокоагуляції 2 2 2 100-200 А/м , при електрофлотації - 200-300 А/м , при електроокисленні - 200 А/м ; тривалість обробки при електрокоагуляції 10-15 хвилин, при електрофлотації і електроокисленні 20-30 хвилин.» Витрати електроенергії в 6 кіловат на один кубічний метр і більш роблять таке очищення не рентабельним. Характерною особливістю стічних фільтратів звалищ ТПВ є вміст в них, разом з органічними і неорганічними речовинами, великого числа металоорганічних комплексних сполук, наприклад сполук важких багатовалентних металів з амінокислотами або гуміновими кислотами. Саме складність сполук забруднення приводила до багатостадійності процесу очищення [1;3], а саме, до стадій відгонки аміаку, корегування рН, фільтрування, електрокоагуляції і електрофлотації, з одночасним повторним коректуванням рН, ультрафіолетової обробки і біоочищення, з подальшою доочисткою в біоставках. Є і інші цифри, які дозволяють розглянути вказані процеси з інших позицій. Так, місто з 100000 населенням скидає в очисні системи 16400000 літрів стічних вод за добу. Якщо всю енергію, укладену в цій масі стічних вод реалізувати у вигляді електричної енергії в моторній установці, можна отримати 2,3 MB електричної енергії, або приблизно 140 Ват з одного кубічного метра. Отже, фільтрати і стічні води, які за своїм фізико-хімічним складом є електролітами, дозволяють одержувати електроенергію [4], яку можна використовувати для їх же очищення. Завдання корисної моделі - розробити спосіб очищення фільтратів полігонів ТПВ без витрат зовнішньої енергії. Поставлена задача вирішується застосуванням такого способу: Спосіб очищення висококонцентрованих фільтратів ТПВ і стічних вод без витрат зовнішньої енергії методом електрокоагуляції і відстою, який відрізняється тим, що електрокоагуляцію здійснюють методом пропускання розчину, що очищається, через реактор, який являє собою безмембранну паливну комірку, що виробляє електричний струм, який протікаючи по замкнутому ланцюгу через паливну комірку і пристрій управління, комутації і контролю, коагулює речовини, що забруднюють розчин, які збираються у відстійнику, а задля прискорення процесу очищення одночасно проводиться аерація розчину повітрям. Поставлена задача підвищення ефективності способу і пристрою фізико-хімічного очищення розв'язується удосконаленням способу електрокоагуляції фільтратів шляхом заміни електроенергії, що затрачувалась від зовнішнього джерела струму на електроенергію зібрану за допомогою безмембранної паливної комірки з фільтрату, що очищається. Це є новизною даного винаходу. Спосіб здійснюється в наступній послідовності. Фільтрат або інша рідина, що має властивості електроліту, подається в реактор, де встановлена безмембранна паливна комірка, яка перетворює його вільні заряди в електричний струм, що коагулює забруднюючи речовини, а управління швидкістю та якістю коагуляції здійснюється пристроєм управління, контролю і комутації (ПУКК), що включно в зовнішній ланцюг, який з'єднує електроди паливної комірки. Стічна вода, що пройшла стадію коагуляції, передається у відстійник, де коагульовані речовини осідають, а очищена вода подається на повторне очищення або споживачу. 1 UA 81761 U 5 10 15 20 25 30 Це відображено на Фіг. 1, де наведені такі елементи: 1 - накопичувач фільтрату; 2 - пристрій управління, комутації і контролю; 3 - реактор; 4 - катодна пластина паливної комірки; 5 - анодна пластина паливної комірки; 6 - регулятор глибини занурення анодної пластини; 7 - насос повторної обробки фільтрату і очищення забруднень реактора; 8 - відстійник; 9 - збірник обчищеної води; 10 - збірник відстою. Пристрій для здійснення пропонованого способу працює таким чином. Фільтрат з накопичувача послідовно подається в реактор очищення коагуляцією, який має безмембранну паливну комірку. Потрапляючи в простір між електродами паливної комірки аніони і катіони, що знаходяться в рідині, створюють різницю потенціалів між катодом і анодом комірки. Різниця потенціалів в свою чергу викликає струм рекомбінації аніонів і катіонів в електричному ланцюзі, що сполучає анод і катод комірки, під дією цього струму і відбувається коагуляція забруднень. Утворена суспензія подається у відстійник, де розділяється на очищену воду і осад. Таким чином, розв'язується поставлена задача - електрокоагуляція здійснюється без витрат електроенергії від зовнішніх джерел, а струм паливної комірки протікатиме до тих пір, доки не деструктують усі речовини, що містять електричні заряди. Процес коагуляції істотно залежить від умов роботи паливної комірки. Швидкість процесу очищення залежить від величини струму споживаного від комірки. Цей струм можна регулювати пристроєм УКК, по ньому ж можна судити про ступінь очищення фільтрату. Електрокоагуляцію можна проводити в аеробному або в анаеробному режимах. З цією метою реактор забезпечений регулятором занурення анодної пластини паливної комірки у фільтрат. Коли анодна пластина утримується на плаву, коагуляція здійснюється під дією електроструму і посилюється процесом окиснення киснем повітря. Істотну роль грає провідність електродів паливної комірки. Запропонований спосіб очищення не потребує затрат від зовнішнього джерела електроенергії, а це дуже важливо, маючи на увазі постійно зростаючу кількість стічних вод і фільтратів у всьому світі. Затрати на переміщення продукту, що очищається, не можуть бути більш ніж такі ж витрати відомих способів із зрозумілих причин. Запропонована технологія фактично одноступінчата, бо суміщає в одному реакторі коагуляцію з окисненням продуктів коагуляції. Пристрій управління, контролю і комутації не тільки забезпечує зміну режимів очищення, але і дозволяє контролювати поточний ступінь очищення і визначати закінчення очищення по закінченню струму, що виробляється паливною коміркою. Приклади очищення фільтратів полігону ТПВ і ДНВП "Електронмаш" міста Києва без використовування зовнішніх джерел енергії представлені на Фіг. 2 та в таблиці 1. 35 Таблиця 1 Очищення фільтрату полігону ТПВ Анаеробне очищення фільтрату ТБО: Вих. ХПК =17584 мг О2/л; рН= 8,7. Рез. ХПК. = 2560 мг О2/л; рН = 6,5. час очищення 30 діб. Аеробне очищення фільтрату ТБО: Вих. ХПК. = 17584 мг О2/л; рН = 8,7. Рез. ХПК. = 770 мг О2/л; рН = 6,5 час очищення 3 доби Сухий залишок складається з органічних і неорганічних сполук в співвідношенні 57,9 % / 42,1 %. Очищення фільтрату гальванічного виробництва ДНВП "Електронмаш" Сухий залишок - мідь з домішками. Дисперсне середовище - слабо кисле (рН4) 40 45 Наведені приклади підтверджують досягнення технічного результату при здійсненні заявленого способу і пристрою. Джерела інформації: 1. Патент 2099294 РФ, кл. C02F9/00, C02F1/32; СПОСІБ ГЛИБОКОГО ОЧИЩЕННЯ ВИСОКОКОНЦЕНТРОВАНИХ СТІЧНИХ ВОД І ПРИСТРІЙ ДЛЯ ЙОГО ЗДІЙСНЕННЯ. Опубліковано:1997.12.20. Патентовладелец - Скворцов Л.С. 2. Електрофлотационная обработка сточних вод микробиологических производств виробництв // Ксенофонтов Б.С. - М.: МГТУ им. Баумана, 10.10.2011. УДК 628.349.087 3. Патент 2042651 РФ, кл. C02F9/00, C02F1/32; Опубліковано: 1992.08.13. 4. Патент 98283 Україна. Спосіб прямого отримання електричної енергії з будь-якого електроліту і пристрій для його реалізації. МПК (2012): Н01М 8/00, Н01М 8/06, Н01М 8/08). 2 UA 81761 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Спосіб очищення висококонцентрованих фільтратів твердих побутових відходів (ТПВ) і стічних вод без витрат зовнішньої енергії методом електрокоагуляції і відстою, який відрізняється тим, що електрокоагуляцію здійснюють методом пропускання розчину, що очищається, через реактор, який являє собою безмембранну паливну комірку, що виробляє електричний струм, який протікаючи по замкнутому ланцюгу через паливну комірку і пристрій управління, комутації і контролю, коагулює речовини, що забруднюють розчин, які збираються у відстійнику, а задля прискорення процесу очищення одночасно проводиться аерація розчину повітрям. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3