Спосіб очистки води від органічних та неорганічних завислих речовин

Изобретение относится к области обработки воды, промышленных и бытовых сточных вод, в частности, к очистке сточных вод, содержащих органические вещества типа красителей, ПАВ, оптических отбеливателей, закрепителей, пестицидов и др. и может быть использовано на предприятиях легкой промышленности, органического синтеза и других предприятиях. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки промышленных и бытовых сточных вод от органических веществ [1]. Согласно этому способу очищаемая вода обрабатывается органическим полимером катионным полиэлектролитом, который вводится из расчета 10 - 80мг/дм3 совместно с сульфатом или хлоридом алюминия или железа при массовом содержании 100 - 500мг/дм3. В качестве органического полимера - катионного полиэлектролита используют полиэтиленнмин (ПЭИ), поливинил-бензил-триметил аммоний хлорид (ВПК), поливинилпирролидон (ПВП) и др. Процесс очистки ведут при pH 8,5 - 9,0 в течение 5 - 6 час. Способ эффективен при очистке мутных вод, загрязненных поверхностно-активными веществами, красителями, нефтепродуктами. Его использование позволяет значительно понизить цветность и мутность воды при одновременном понижении ХПК и ВПК. Высокая остаточная окрашенность, остаточное ХПК и остаточная концентрация ПАВ очищенной таким способом воды свидетельствуют о малой эффективности известного способа по отношению к загрязнению, содержащему смесь красителя и ПАВ, что является недостатком известного технического решения, Задачей изобретения является разработка способа очистки сточных вод, который имел бы более высокие показатели очистного действия по отношению к органическим загрязнениям типа красителей, ПАВ, оптических отбеливателей, закрепителей, ядохимикатов, пестицидов, нефтепродуктов и др., а именно, улучшал бы показатель ХПК и уменьшал бы окрашенность (цветность) и остаточную концентрацию ПАВ. Это позволит существенно уменьшить загрязнение сбросовыми водами природных водоемов и за счет использования отходов шлама-коагулята уменьшить расход свежих реагентов на очистку воды. Достигаемый результат изобретения обеспечивается тем, что в отличие от известного решения, во-первых., используется новый реагент и, во-вторых, используется оригинальный режим процесса очистки. В качестве нового реагента используется шлам-коагулят многокомпонентный отход процесса коагуляционной очистки воды. Особенность режима процесса очистки состоит в том, что первоначально процесс ведут в кислой области pH, а затем в щелочной. Выполненные нами физико-химические исследования показали возможность использования шламов-коагулятов как реагентов, обладающих необходимыми свойствами в очистных процессах. Для решения поставленной задачи предложен способ очистки воды от органических и неорганических взвешенных веществ, включающий обработку солью поливалентного металла и органическим полимером, в котором, согласно изобретению, обработку ведут в присутствии шлама-коагулята влажностью от 50 до 99% при массовом соотношении (в пересчете на сухое вещество) шлам-коагулят; соль поливалентного металла: органический полимер 1,0 : (0,02 - 10,0) : (0,01 - 1,0), при этом процесс ведут вначале при pH 2,5 - 6,5 в течение 20 - 150мин, а затем при pH 6,6 - 11,0 в течение 20 - 120мин. Как нами установлено, шлам-коагулят, образованный в результате коагуляционной очистки воды, обладает развитой поверхностью и высокой концентрацией активных центров, обусловливающих его сорбционную способность по отношению к органическим веществам типа красителей, ПАВ, нефтепродуктов и др. Поэтому введение шлама-коагулята в смеси с солью поливалентного металла и органическим полимером в процесс очистки приводит, во-первых, к улучшению сорбционных свойств образующегося осадка и, во-вторых, к интенсификации хлопьеобразования благодаря упрощению процесса зародышеобразования хлопьев. Происходит стимулирование процесса очистки и повышение степени очистки, что выражается в улучшении показателей интенсивности окраски по порогу разведения, ХПК и остаточной концентрации ПАВ: интенсивность окраски по порогу разведения составляет 1 : 1 - 1 : 4, показатель ХПК - 30 45мг/дм3 и остаточное содержание ПАВ - 20 - 25мг/дм3. Это позволяет повторно использовать очищенную воду на технологические и другие производственные нужды. Способ реализуется следующим образом. Очистке подвергают сточную воду, содержащую органические загрязнения (красители типа прямых, кислотных, основных, дисперсных); ПАВ типа анионных, катионных, неионных, амфолитных; оптические отбели ватели (типа стильбенсульфонатов, белофор-КД, белофор ОД и др.), закрепители краски на тканях, ядохимикаты типа пестицидов, гербицидов и др., нефтепродукты типа масел, смол и др., имеющую исходные показатели: интенсивность окраски по порогу разведения 1 : 400 - 1 : 800, ХПК - (500 - 570)мг/дм3, суммарное содержание ПАВ - (150 - 180)мг/дм3. Воду помещают в емкость, в которую затем вводят шлам-коагулят, соль поливалентного металла и органический полимер, при следующем соотношении компонентов: 1 : (0,02 - 10,0) : (0,01 - 1,0) (в пересчете на сухое вещество). В качестве реагентов используют: шлам-коагулят, образованный как отход при коагуляционной обработке воды в процессе получения питьевой воды из воды природных источников (нами испытаны шламы-коагуляты Киевского водопровода (река Днепр), Деснянского водопровода (река Десна), Кременчугского водохранилища (река Днепр) и др.); соль поливалентного металла, в качестве которой используются реактивы классификации "Ч" хлористых солей алюминия, железа (II или III) или их сульфаты или их смеси; в качестве органического полимера используется высокомолекулярный полиэтиленимин (ПЭИ), поливинил-бензил-триметил-аммоний хлорид (ВПК), дициандиамид уксуснокислый, уротропин (У2), полидиметиламинометакрилаты (ДМАЭМА), поливинилпирролидоны (ПВП) и др. Все использованные в изобретении вещества (реагенты) выпускаются химической промышленностью Украины или стран СНГ и не являются дефицитными. Использованные при реализации изобретения вещества имеют следующие характеристики: Закрепитель ДЦУ - ГОСТ 6858 - 78 Закрепитель У-2 - ГОСТ 23174 - 78 Алюминий сернокислый "Ч" - ГОСТ 3758 - 65 Железо хлорное техническое - ГОСТ 11159 - 76 Железо сернокислое окисное техническое - ГОСТ 9485 - 74 Натрий едкий "Ч" - ГОСТ 11078 - 78 Кислота соляная техническая - ГОСТ 857 - 78 Вода дистиллированная - ГОСТ 6709 - 72. В начале процесса очистки при помощи добавок кислоты устанавливают pH в пределах 2,5 6,5, производят перемешивание в течение 2 - 5мин., после чего дают жидкости отстояться в течение 20 - 150мин. После этого жидкость отделяют от выпавшего осадка путем его сливания или, не отделяя жидкость от осадка, создают в резервуаре добавлением щелочи pH в пределах 6,6 - 11,0. Производят перемешивание в течение 20 - 120мин. Очищенную таким образом воду отделяют от осадка, например, декантацией, фильтрованием или центрифугированием. Примеры осуществления изобретения Пример 1. Готовим модельный раствор с органическими и неорганическими взвешенными веществами: красители и ПАВ, идентичный по составу и концентрациям сточной воде, подлежащей очистке: Раствор, подлежащий очистке, имеет следующие исходные параметры: Для проведения очистки в емкость вместимостью 1дм3 вводим 950см3 исходного раствора, подлежащего очистке. Затем добавляем туда для очистки 25г шлама-коагулята, имеющего влажность 99%. Используем шлам-коагулят из отходов коагуляционной очистки воды на Днепровском водопроводе г.Киева. Затем в емкость с этим раствором вводим 10г 5% - ного раствора сульфата железа (II) и 5г органического полиэлектролита типа У-2, концентрацией 5%мас. Массовое соотношение указанных компонентов (в пересчете на сухие вещества) составляет 1,0 : 0,02 : 0,01. После этого регулируем pH раствором серной кислоты (5мас.%), доводя его до 2,5. Раствор перемешиваем мешалкой в течение 3мин и производим отстаивание в течение 90мин. Затем осадок сливаем, а в надосадочную жидкость добавляем 5% - ный раствор едкого натра, доводя pH до 9,5. Затем раствор перемешиваем мешалкой в течение 3мин и даем отстояться в течение 60мин. Очищенный таким способом раствор отделяем от осадка и определяем показатели качества очистки. Получены следующие результаты: Таким образом, в результате очистки интенсивность окраски уменьшилась в 400 раз, ХПК - в 9,2 раза, общее содержание ПАВ уменьшилось в 7,4 раза. Пример 2. Испытываем предлагаемый способ очистки на реальной сточной воде, содержащей органические и неорганические вещества: загрязнители типа красителей и ПАВ. Берем сточную воду Киевской фетровой фабрики, имеющую следующие показатели: Для проведения очистки в емкость вместимостью 1дм3 вводим 950см3 сточной воды Киевской фетровой фабрики, подлежащей очистке. Затем добавляем туда 20г шлама-коагулята (влажностью 95%) из отходов коагуляционной очистки воды на Днепровском водопроводе г.Киева. Затем в емкость с этим раствором вводим 10,8г 5% - ного раствора сульфата алюминия и 7,2г органического полиэлектролита типа У-2, концентрацией 5% мас. Массовое соотношение указанных компонентов (в пересчете на сухие вещества) составляет 1 : 0,03 : 0,02. После этого регулируем рН раствором серной кислоты (5%мас.), доводя его до 4,0. Раствор перемешиваем мешалкой в течение 3мин и производим отстаивание в течение 30мин. Затем надосадочную жидкость сливаем в другой сосуд и доводим ее pH до 8,0 при помощи 5% - ного раствора едкого натра. Раствор перемешиваем мешалкой в течение 3мин и даем отстояться в течение 45мин. Очищенную таким образом сточную воду отделяем от осадка и определяем показатели качества очистки. Получены следующие результаты: Таким образом, в результате очистки сточной воды фетровой фабрики предлагаемым способом интенсивность окраски уменьшилась в 400 раз, ХПК уменьшилось в 6,4 раза, общее содержание ПАВ уменьшилось в 3,2 раза. Для сравнения эффективности очистки предлагаемым способом и способом-прототипом производим очистку того же модельного раствора (в примере 1) и сточной воды Киевской фетровой фабрики (в примере 2), используя способ-прототип. Пример 3. Испытание способа-прототипа на модельном растворе. Модельный раствор красителя и ПАВ вышеописан ного (см. пример 1) состава вводим в количестве 950см3 в емкость вместимостью 1дм3, затем добавляем 10см3 3% - ного раствора сульфата алюминия и 2см3 полиэлектролита типа ВПК-101. После этого 5% - ным раствором едкого натра доводим pH раствора до 9,0, перемешиваем мешалкой в течение 5мин и даем отстояться в течение 6час. Затем раствор сливаем с осадка и определяем показатели качества очистки как указано выше. Получены следующие результаты: Сравнение результатов, полученных при очистке модельного раствора предлагаемым способом (пример 1) и способом-прототипом (пример 3), показывает, что предлагаемый способ, по сравнению с прототипом, улучшает показатель интенсивности окраски по порогу разведения в 12 раз, уменьшает ХПК - в 1,5 раза, уменьшает содержание ПАВ - в 2,4 раза. в таблице представлены результаты реализации предлагаемого способа при условиях, соответствующих граничным значениям заявляемых параметров: влажности шлама-коагулята, соотношения шлам-коагулят : соль поливалентного металла: органический полимер, pH начала и конца процесса очистки, а также при использовании реагентов различной природы (примеры №1 - 24). Отклонение условий проведения способа очистки от заявляемых (примеры №25 - 34) ухудшает действие предлагаемого способа очистки, понижая его показатели ниже параметров, получаемых при реализации прототипа. Так, при повышении влажности шлама выше заявляемой (пример №25), вследствие пептизации осадка, ухудшается показатель интенсивности окраски; при влажности шлама ниже заявляемой (пример № 26), вследствие его коллоидного структурирования, уменьшается сорбция ПАВ, что увеличивает ХПК и концентрацию ПАВ; повышение против заявляемого соотношения содержания соли поливалентного металла (№27) ухудшает очистку от ПАВ; при заниженном содержании соли поливалентного металла (№28) ухудшается показатель интенсивности окраски вследствие неполной коагуляции; при избыточном против заявляемого соотношения введении органического полимера (№29), вследствие ухудшения действия шлама, наблюдается недостаточное уменьшение ХПК и концентрации ПАВ; при пониженном соотношении органического полимера (№30), вследствие замедления процесса хлопьеобразования, также наблюдается ухудшение показателей ХПК и очистки от ПАВ; уменьшение pH начала процесса очистки ниже заявляемого (№31), вследствие подрастворения шлама, приводит к ухудшению показателя интенсивности окраски; завышенное против заявляемого начальное pH (№32) также ухудшает показатель интенсивности окраски и очистку от ПАВ; увеличение pH окончания процесса выше заявляемого (№33) ухудшает все показатели очистки; заниженное pH окончания процесса, против заявляемого, приводит к недостаточной очистке по показателю ХПК. Как следует из данных, приведенных в таблице, при использовании предлагаемого способа очистки при условиях, соответствующих заявляемым пределам (примеры №1 - 24), способ обеспечивает высокие показатели очистки по уменьшению интенсивности окраски, по уменьшению ХПК и уменьшению концентрации ПАЗ. Сравнительная оценка этих параметров для предлагаемого способа и известного способа (примеры 35 и 36) показывает, что предлагаемый способ, по сравнению с прототипом, улучшает показатель интенсивности окраски по порогу разведения в 10 - 15 раз, уменьшает ХПК в 1,5 - 2,0 раза, уменьшает содержание ПАВ в 1,9 - 2,5 раза. К достоинствам предлагаемого способа относится то, что он позволяет: использовать в качестве основного компонента шлам-коагулят, который представляет собой отход коагуляционной очистки природных вод при подготовке питьевой и технической воды. Использование шлама-коагулята позволяет значительно уменьшить расход дорогостоящих реагентов и таким образом удешевить очистку сточных и поверхностных вод; решить экологическую задачу по уменьшению загрязнения природных водоисточников отходами коагуляционной очистки; производить очистку сточных вод практически от любой смеси красителей и ПАВ, пестицидов и хлор-органических соединений; работать в широком температурном интервале; использовать для подкисления сточной воды в начале процесса недефицитные минеральные кислоты или их смесь; использовать в качестве одного из основных реагентов соль поливалентного металла невысокой степени чистоты или смесь солей поливалентных металлов; уменьшить количество отходов, образующихся в результате очистки воды, за счет повторного использования реагентов.