Спосіб і установка для очищення рідких стоків, що містять забруднюючі речовини

1. Спосіб очищення водних середовищ, а саме рідких стоків, таких як водопровідна вода, що містить в розчиненому стані речовини органічного походження, який включає очистку засобами гравітаційного розділення, таких, зокрема, як декантатор і флотаційна установка, а також засобами мембранного розділення на етапі остаточного очищення, відповідно до якого перший порошкоподібний адсорбуючий агент (1) вводять в потік середовища, що підлягає очищенню, перед обробкою пристроєм гравітаційного розділення, а другий порошкоподібний адсорбуючий агент (2) вводять перед обробкою пристроєм мембранного розділення, який відрізняється тим, що впорскують коагулянт за часом до введення першого порошкоподібного адсорбуючого агента (1), причому вказані перший і другий порошкоподібні адсорбуючі агенти мають відповідні характеристики, а саме мають відповідний гранулометричний склад і адсорбційну здатність, яка є адаптованою до характеристик тих забруднюючих речовин, які підлягають видаленню, а зазначений порошкоподібний адсорбуючий агент (2) повертають у цикл і подають з засобів мембранного розділення до засобів розділення гравітаційною дією. 2. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що час перебування першого порошкоподібного адсорбуючого агента у реакторі, в якому приводять його у контакт з середовищем, що очищують, знаходиться в діапазоні від 5 до 60 годин, а переважно, в межах від 5 до 20 годин. 3. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що вибирають порошкоподібні адсорбуючі агенти з 2 (19) 1 3 84142 4 рециркуляції осаду, який доповнюється системою ламелярного розділення, перед яким розміщено або зону контакту для впорскування коагулянту, або зону проведення повного етапу очищення, що включає в себе коагуляцію і флокуляцію. 8. Пристрій за п.4, який відрізняється тим, що засоби гравітаційного розділення (10') виконані у вигляді фільтра з шаром гранульованого матеріалу (12'), з висхідним або низхідним потоком середовища, що підлягає очищенню, перед яким розміщено або зону контакту для впорскування коагулянту, або зону проведення повного етапу очищення, що включає в себе процеси коагуляції і флокуляції. 9. Пристрій за будь-яким з пп.4-7, який відрізняється тим, що засоби мембранного розділення (13) виконані на базі систем мікрофільтрації, ультрафільтрації і нанофільтрації, або пристроїв зворотного осмосу. Даний винахід стосується способу, а також пристрою, призначеного для забезпечення очищення рідких стоків, що містять зокрема в розчиненому стані забруднюючі речовини, наприклад, речовини органічного походження, мікрозабруднення і т.д. У подібних способах і пристроях застосовуються засоби розділення гравітаційної дії, на базі відомих систем типу декантаторів або флотаційних установок з встановленими після них пристроями фільтрації на шарі гранульованого матеріалу. Відомо, що при очищенні рідких стоків можуть бути потрібні різні порошкоподібні реагенти, такі, як адсорбенти (в ролі яких можуть виступати, наприклад, бентонітова глина або іонообмінні смоли з гелеподібною або макропористою структурою і зі скелетною формулою стандартного або магнітного типу). Додавання цих реагентів в технологічну лінію очищення рідких стоків проводиться частіше за все одночасно з іншими реагентами, сприяючими коагуляції, флокуляції і гравітаційному відділенню забруднюючих речовин, що знаходяться в розчиненому стані. Подібне застосування засобів розділення дозволяє усунути з потоку рідкого стоку, що піддається очищенню, частинки забруднюючих речовин, які знаходяться в колоїдальному або розчиненому стані. Однак, відомо також і те, що для підвищення ефективності проведення технологічних процесів цього типу, доцільно вносити в рідкий стік, що очищається, адсорбуючий реагент за часом до реагенту, що викликає коагуляцію, оскільки ці реагенти поводяться у суспендованому стані як колоїди і необхідно враховувати факт їх присутності в стоці при регулюванні доз реагентів, що вимагаються для проведення процесу освітлення. Поява технологій мембранного розділення, зокрема основаних на застосуванні процесів ультрафільтрації рідких стоків, дозволила підвищити загальну ефективність застосування засобів освітлення і фільтрації, що встановлюються до пристроїв мембранного розділення (для частинок, розміри яких перевищують розділювальну здатність мембран, що використовуються, К.К.Д. розділення останніх дорівнює 100%). Враховуючи вищевикладене, бажано впорскувати коагулюючий реагент в рідкий стік, що очищається, за часом до впорскування адсорбуючих реагентів: гідроокис металу, що утворюється в процесі коагуляції і флокуляції, дозволяє адсорбувати велику частину органічної речовини (яка складається з молекул з високою молекулярною вагою), що підвищує адсорбцію залишкової органічної речовини і мікрозабруднень порошкоподібним адсорбентом. Речовини органічного походження і мікрозабруднення володіють, як виявилося, відносно одних і тих же адсорбентів однаковою здатністю до адсорбції; в зв'язку з цим продуктивність лінії очищення, що розглядається, може бути підвищена за рахунок збільшення кількості місць впорскування реагентів, а також більшої різноманітності адсорбентів, що застосовуються. Так, наприклад, в те хнологічному ланцюжку, що складається з декантатора і встановлених за ним мембран, перший адсорбент буде додаватися перед декантатором, а другий перед мембранами. При цьому вид і кількість кожного з реагентів, що вводяться в стік, будуть підбиратися з урахуванням характеристик підлягаючих видаленню з стоків речовин і адсорбентів, що застосовуються. Саме такого типу установок і стосується даний винахід. Відомі [FR-A-2 628 337] установки для очищення середовищ за допомогою мембран, в які вводиться адсорбуючий реагент, наприклад, активоване вугілля, порошкоподібне і/або гранульоване, причому введення цього адсорбуючого реагенту в потік середовища, що очищається, виконується перед фільтруючими мембранами. Відомі [US-A-4 610 792] установки по очищенню стічних вод, які мають в своєму складі засоби освітлення і засоби мембранного розділення, виступаючі в ролі пристроїв остаточного очищення. В установках вказаного типу порошкоподібний реагент, наприклад активоване вугілля, вводиться в технологічну лінію обробки сирої води між засобами освітлення класичного типу і засобами мембранного розділення, причому порошкоподібний реагент повертається в фільтраційний контур мембранного розділення між засо 5 бами освітлення і засобами мембранного розділення. Відомі також і більш старі системи введення порошкоподібних реагентів, в яких реагент впорскується в технологічну лінію обробки безпосередньо перед пристроєм гравітаційного розділення (флотаційного або декантаційного типу). І, нарешті, відомі [FR-A-2 696 440] установки для очищення середовищ, що містять засоби розділення гравітаційної дії і засоби мембранного розділення, в яких порошкоподібний реагент вводиться перед мембранами, причому води, використані для зворотного промивання цих мембран і містять цей порошкоподібний реагент, повертаються в цикл, надходячи на вхід засобів гравітаційного розділення. Виходячи з вказаного стану техніки, в даному винаході пропонуються удосконалення, що дозволяють підвищити продуктивність процесу видалення забруднень, розчинених в рідкому середовищі, при одночасному зниженні вартості експлуатації пристроїв, що використовуються. Отже, задачею даного винаходу є насамперед розробка способу очищення і фільтрації середовищ, зокрема рідких стоків, таких, як сира вода, яка містить розчинені в ній забруднюючі речовини органічного походження, що передбачає використання засобів розділення гравітаційної дії, таких як декантатор і флотаційна установка, а також засобів мембранного розділення, що застосовуються на етапі остаточного очищення, відповідно до якого перший порошкоподібний реагент вводять в потік середовища, що піддається очищенню, перед пристроєм гравітаційного розділення, а другий порошкоподібний реагент вводять перед пристроєм мембранного розділення, причому вказаний спосіб відрізняється тим, що: коагулянт, необхідний для виконання процесу розділення, впорскують за часом до першого порошкоподібного реагенту; вказані перший і другий порошкоподібні реагенти мають різні характеристики, зокрема мають різний гранулометричний склад і адсорбційну здатність, адаптовану до характеристик тих забруднюючих речовин, які підлягають видаленню; вказаний другий порошкоподібний реагент повертають в цикл очищення, шляхом його подачі з виходу засобів мембранного розділення на вхід засобів розділення гравітаційної дії. Введення, згідно з винаходом, в реактор коагулянту з подальшим введенням першого порошкоподібного реагенту, причому час контакту вказаних коагулянту і реагенту з сирою водою підбирається з урахуванням параметрів останньої, а саме її температури, каламутності, вмісту в ній речовин органічного походження і т.д., дозволяє встановити необхідний час перебування адсорбенту в апараті, який звичайно знаходиться в діапазоні від 5 до 20 годин, але ніколи не перевищує 60 годин, тобто терміну, після якого реєструють явне зниження ефективності першої стадії адсорбції, зокрема в тому, що стосується звільнення води від мікрозабруднень. Відповідно до методу застосування способу, що розглядається, в тому вигляді, в якому він 84142 6 описаний вище, кожний з порошкоподібних реагентів, складається з адсорбуючих реагентів, зокрема бентонітової глини або іонообмінних смол з гелеподібною або макропористою структурою і зі скелетною формулою стандартного або магнітного типу. Винахід стосується також пристрою для застосування описаного вище способу. Пристрій включає в себе лінію очищення, до складу якої входять засоби гравітаційного розділення, засоби мембранного розділення, що застосовуються на стадії остаточного очищення, засоби, що дозволяють забезпечити відповідно введення коагулянту і першого порошкоподібного реагенту перед засобами гравітаційного розділення і другого порошкоподібного реагенту перед засобами мембранного розділення, причому цей пристрій відрізняється тим, що додатково містить контур рециркуляції другого порошкоподібного реагенту, що починається в місці промивання засобів мембранного розділення і закінчується в трубопроводі, який розташовуються перед засобами гравітаційного розділення, в яких циркулює рідкий стік, що очищається, причому перед засобами інжекції першого порошкоподібного реагенту вводять засоби інжекції коагулянту, необхідного для відділення забруднюючих речовин. Згідно з одним з прикладів виконання цього пристрою, засоби гравітаційного розділення виконуються у вигляді апарату для освітлення, який в свою чергу може бути виконаний у вигляді декантатору з осадовим шаром або у вигляді апарату з рециркуляцією осаду, який може бути доповнений системою ламелярного розділення і перед яким можуть розміщуватися або зона контакту, в якій проводиться впорскування коагулянту, або повний етап очищення, що включає в себе коагуляцію і флокуляцію, причому вибір різних варіантів комбінування перерахованих систем і апаратів залежить від часу, необхідного коагулянту для виконання першого етапу адсорбції, а також від часу знаходження першого порошкоподібного реагенту у відповідному апараті, необхідного для оптимального виконання процесу адсорбції. Згідно з іншим способом здійснення винаходу, що розглядається, засоби гравітаційного розділення виконуються у вигляді освітлювача, зокрема, флотаційної установки, перед якою можуть бути розташовані або зона контакту, в якій проводиться впорскування коагулянту, або повний етап очищення, що включає в себе коагуляцію і флокуляцію. Згідно з винаходом, засоби мембранного розділення представлені системами мікрофільтрації, ультрафільтрації і нанофільтрації і навіть пристроїв зворотного осмосу, обладнаними мембранами з плоскою, трубчастою і спіралеподібною конфігурацією, а також з конфігурацією у вигляді порожнистих волокон (із зовнішньою або внутрішньою плівкою). Засоби гравітаційного розділення можуть бути виконані у вигляді гравітаційного фільтра з висхідним або низхідним потоком середовища, що очищається. 7 Інші характеристики і переваги даного винаходу витікають з приведеного нижче опису, забезпеченого посиланнями на прикладені фігури креслень, які ілюструють лише один приклад здійснення винаходу, що розглядається, який не носить якого-небудь обмежувального характеру. Фіг.1, 2 являють собою схематичні зображення двох методів реалізації пристрою очищення, в якому використовується спосіб, що є предметом даного винаходу. При розгляді Фіг.1 можна пересвідчитися в тому, що пристрій згідно з даним винаходом включає в себе вже відомий пристрій гравітаційного розділення, позначений позицією 10, який може складатися з освітлювача 11 з встановленим за ним фільтром з шаром гранульованого матеріалу 12 і із засобу мембранного розділення 13, виконаного, наприклад, у вигляді систем мікрофільтрації, ультрафільтрації, нанофільтрації або навіть пристроїв зворотного осмосу. Освітлювач 11 може складатися з декантатора з осадовим шаром або з апарату з рециркуляцією осадового шару, виконаного у вигляді флотаційної установки або декантатора, можливо доповненого системою ламелярного розділення. В пристрої згідно з винаходом передбачене введення в сиру воду коагулюючого реагенту в точці 18 трубопроводу подачі сирої води, після чого остання надходить в реактор 14, в якому відбувається її перемішування і контакт з вказаним коагулюючим реагентом. Пристрій включає всебе також засоби для введення першого порошкоподібного реагенту (Адсорбент 1) перед роздільником гравітаційної дії 10, але після точки 18 впорскування коагулюючого реагенту, і засоби для введення другого порошкоподібного реагенту (Адсорбент 2) перед мембранним роздільником 13. Передбачена також наявність реактора 15 для перемішування і контакту води, що очищається, з реагентом, який розташовується між засобами введення Адсорбенту 2 і засобами мембранного розділення 13. У пристрої згідно з даним винаходом передбачена також рециркуляція другого порошкоподібного реагенту (Адсорбенту 2), який з місця промивання мембранного роздільника 13 повертається в цикл очищення. Вказана рециркуляція виконується за допомогою байпасного трубопроводу 16, по якому другий порошкоподібний реагент повертається в трубопровід подачі сирої води в точці 17, розташованій до роздільника гравітаційного розділення 10, але після точки 18 введення коагулянту. Як згадувалося вище, порошкоподібні реагенти (Адсорбенти 1 і 2) володіють різними характеристиками (склад матеріалу, гранулометричний склад, адсорбційна здатність, адаптована до параметрів забруднень, що підлягають видаленню з продукту, що очи щається). Фіг.2 ілюструє інший варіант пристрою згідно з винаходом. Розгляд цього варіанту дозволяє 84142 8 зробити висновок про те, що в пристрої, який пропонується, засіб гравітаційного розділення 10' не містить освітлювача і він може складатися з фільтра з шаром гранульованого матеріалу 12' (з процесом фільтрації, який відбувається з висхідним або низхідним потоком середовища, що очищається), якому можливо передує або зона контакту, призначена для впорскування коагулянту, або повний етап очищення, що включає в себе процеси коагуляції і флокуляції. Засіб мембранного розділення 13 може бути виконаний у вигляді пристроїв ультрафільтрації. Варіант пристрою, що розглядається, являє собою, зокрема, інтерес у випадку освітлення вод, які характеризуються низькими вмістами речовин, що знаходяться в колоїдному або суспендованому стані. Згідно з винаходом і, як це вже підкреслювалося вище, цей варіант передбачає застосування засобу введення коагулюючого реагенту в трубопровід подачі сирої води в точці 18, розташованій перед місцем впорскування першого порошкоподібного реагенту, за яким передбачена установка реактора 14, в якому відбувається перемішування і контакт продукту, що очищається, з вказаним реагентом; засоби впорскування порошкоподібного реагенту (Адсорбенту 1) в точці, розташованій перед фільтрами з шаром гранульованого матеріалу 12'; засоби впорскування другого порошкоподібного реагенту (Адсорбенту 2) в точці, розташованій до мембранного роздільника 13. Передбачене також повернення в робочий цикл другого порошкоподібного реагенту (Адсорбенту 2), який забирається з місця промивання мембранного роздільника 13 і спрямовується по байпасному трубопроводу 16 в трубопровід подачі сирої води в точку 17, розташовану на трубопроводі подачі сирої води перед роздільником гравітаційного розділення 10', але заточкою 18 впорскування коагулянту. Таким чином, в порівнянні з відомою технологією, в тому вигляді як вона представлена в публікаціях приведених вище, відмітною особливістю винаходу, який пропонується є те, що він пропонує використовувати два порошкоподібних реагенти з різними характеристиками і вводити їх в лінію очищення продукту в різних точках і те, що коагулянт впорскується за часом до першого порошкоподібного реагенту. Завдяки цьому вдається оптимізувати процес адсорбції різних забруднюючих речовин органічного походження (оскільки і коагулянт і адсорбент в цьому випадку не протидіють один одному), зменшивши при цьому витрати на експлуатацію технологічної лінії. Нижче приведені результати тестування способу згідно з винаходом, з вказівкою значень підвищення ефективності процесу адсорбції органічних речовин (MO) і пестицидів. Ці результати приведені в таблицях 1 і 2. 9 84142 10 Таблиця 1 Порівняння (в процентному відношенні) значень підвищення ефективності видалення з середовища, що очищається, речовини органічного походження (COT) у випадках одночасного і зі зсувом за часом впорскування коагулюючого і адсорбуючого реагентів Час контакту (в хвилинах) Одночасне проходження процесів коа- Коагуляція при t0=0, потім адсорбція при гуляції і адсорбції t0+3 хвилини 0 0% 70 10 57% 71 20 65% 76 зо 65% 80 60 68% 82 120 70% 85 180 72% 90 В обох випадках, що розглядаються, застосовували для однієї і тієї ж води, що містила 10мг/л COT (Повний Органічний Вуглець), дозування коагулянту, що дорівнювало 60мг/л хлориду заліза і дозування адсорбенту в розмірі 15мг/л порошкоподібного активованого вугілля, марки Norit W35. Ефективність видалення забруднень значно підвищилася у випадку зсуву за часом моментів впорскування коагулюючого і адсорбуючого реагентів. Таблиця 2 Ефективність процесу адсорбції COT, відмічена на технологічних лініях різного складу Склад технологічної лінії Процент видалення Процент видалення COT з продукту, що μ-забруднюючих ре- Коментарі очищається човин 30 50 30 70 (1) 15мг/л CAP1 в декантаторі з осадовим шаром 15мг/л CAP2 в мембранах [див. патент FR 2628337] 15мг/л CAP2 в мембранах з рециркуляцією в декантатор [див. патент FR 2696440] 10мг/л CAP1 на декантаторі+ 5мг/л CAP2 в мембранах з рециркуляцією в декантатор 45 75-80 (2) 55-60 90-99 (3)(4) CAP1= порошкоподібне не просіяне активоване вугілля (гранулометричний склад: 50-100μм) марки Norit W35. CAP2= порошкоподібне просіяне активоване вугілля (гранулометричний склад: 10μм) марки Norit S.A.U.F. (1): з ура хуванням того, що час контакту в осадовому шарі складає від 12 до 48 годин, а той же час у випадку мембран складає близько 60 хвилин, високе значення питомої поверхні CAP2 дозволяє отримувати рівнозначний результат по COT, який однак, буде вищим у випадку мікрозабруднень. (2): застосування рециркуляції дозволяє оптимізувати використання всього об'єму CAP. (3): поліпшені показники очищення, що поєднуються зі зниженням витрат, в зв'язку з тим, що вартість CAP1 значно нижча за вартість CAP2. Використання навіть малих доз CAP2 дозволяє працювати в режимі фронтальної фільтрації і без рециркуляції. (4): CAP 2 показав себе більш ефективним при очищенні середовища від пестицидів (мікрозабруднень) в тих випадках, коли вміст COT в C AP1 попередньо зменшувався. У порівнянні з відомими способами, що передбачають комбіноване використання засобів гравітаційного розділення з фільтрацією і з засобами мембранного розділення, винахід має наступні переваги: - Встановлення визначеного порядку впорскування реагентів (коли перший порошкоподібний адсорбуючий реагент вноситься в попередньо оброблену коагулянтом сиру воду) дозволяє оптимізувати процес повного видалення з води сполук органічного походження (Повний Органіч ний Вуглець - COT), відмінних підвищеною концентрацією (декілька мг/л). - Введення в точці, розташованій до мембран другого адсорбуючого порошкоподібного реагенту, забезпечує створення подвійного бар'єра адсорбції для мікрозабруднень (пестицидів, сполук, відповідальних за смак і запах) з низькою концентрацією (декілька μг/л). Цей другий адсорбент показав себе набагато більш ефективним при адсорбції мікрозабруднень, що пояснюється зниженням перед мембранами внаслідок процесів 11 84142 коагуляції і адсорбції концентрації природної речовини органічного походження (COT). - Повернення в цикл очищення другого адсорбуючого порошкоподібного реагенту, що здійснюється шляхом його подачі з виходу засобів мембранного розділення в те місце технологічної лінії, яке розташовується перед засобами гравітаційного розділення (вказані засоби характеризуються значним часом перебування в них реагенту) дозволяє підвищити концентрацію цього порошкоподібного реагенту і збільшити загальну ефективність адсорбції засобів гравітаційного розділення. Комп’ютерна в ерстка Т. Чепелев а 12 Відходи засобів мембранного розділення, що містять другий порошкоподібний реагент, спрямовуються на змішування з осадами, що надходять з роздільника гравітаційної дії, які містять перший адсорбент. Це спрощує проблему обробки осадів, що утворюються в лінії очищення, і зменшує до мінімуму кількість води, що "втрачається" разом з осадом, який видаляється. Даний винахід не обмежується вищенаведеними прикладами його здійснення і використання, але навпаки охоплює всі варіанти в рамках матеріалів заявки. Підписне Тираж 28 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