Спосіб безстічної утилізації стічних вод, забруднених мінеральними й органічними речовинами

Реферат: Винахід належить до способів знешкодження й утилізації стічних вод, забруднених мінеральними й органічними речовинами, зниження негативного екологічного навантаження на об'єкти природного середовища та може бути використаний для комплексного очищення екологічно небезпечних мінералізованих стічних вод. Спосіб безстічної утилізації стічних вод, забруднених мінеральними й органічними речовинами, включає одностадійну реагентну обробку стічних вод, просвітлення, двостадійну баромембранну обробку з ультрафільтрацією та зворотним осмосом, термообробку із кристалізацією розчинених у воді солей, відділення корисних летких компонентів і одержання маточного розчину, що використовується для гідрокавітаційного виготовлення композиційних палив. Композиційне паливо виготовляють на основі рідких вуглеводнів та водно-органічної складової, що міститься в маточному розчині, а водно-органічна частина таких палив становить від 0 до 20 %. Запропонований спосіб є безстічним, дозволяє максимально використовувати корисні речовини, які є в стоках, повернути у виробництво очищену воду та забезпечити екологічно чисте спалювання отриманого композиційного палива. UA 113118 C2 UA 113118 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до способів знешкодження й утилізації стічних вод, забруднених мінеральними й органічними речовинами, зниження негативного екологічного навантаження на об'єкти природного середовища та може бути використаний для комплексного очищення екологічно небезпечних мінералізованих стічних вод. Відомі різні способи утилізації та переробки стічних вод залежно від їхнього складу, фізикохімічних властивостей, конкретних умов і технічних можливостей підприємства (термічні, механічні, хімічні, фізико-хімічні, біологічні). Для ефективного знешкодження стічних вод інтерес становлять технології, що наносять мінімальний екологічний збиток навколишньому природному середовищу, мають низькі капітальні витрати та економічно ефективні. Найбільш раціональним методом утилізації стічних вод є використання їх складових як вторинних матеріальних ресурсів. Відомий спосіб утилізації стічних вод, забруднених мінеральними й органічними речовинами ("Спосіб очищення та використання шахтної води з ліквідованої шахти як зворотної води металургійного виробництва", пат. на корисну модель 69726 Україна, МПК (2006) C02F 9/08, 10.05.2012, бюл. № 9), що полягає в обробці води коагулянтами, просвітленні і зворотно осмотичному концентруванні води. Потім концентрат випарюється, і солі, що розчинені в ньому, кристалізуються. Маточний розчин після кристалізації повертається на вхід процесу випарювання. Описаним шляхом можна повністю утилізувати стоки, з вмістом лише невеликої кількості органічних речовин. Однак, при значному вмісті органічних домішок вони накопичуються в маточному розчині, перешкоджаючи подальшій кристалізації. Таким чином, утвориться стік з вмістом органічних та залишків мінеральних речовин, і процес уже не є безстічним. Відомий спосіб утилізації стічних вод, забруднених мінеральними й органічними речовинами ("Спосіб комплексної переробки дренажних вод звалищ твердих побутових відходів", пат. на винахід 75838 Україна, МПК (2006) C02F 9/02, 9/04, 15.05.2006, бюл. № 5). Спосіб припускає реагентну обробку вод коагулянтом, у ролі якого використовується свіжоодержаний при гальванокоагуляції гідроокис заліза. Потім суміш розділяється, і просвітлений розчин додатково коагулюють сульфатом заліза (III). Шлам відокремлюють і воду фільтрують через піролюзитне завантаження з метою окиснювання органічних речовин. Потім воду обробляють нанофільтрацією і зворотним осмосом, що концентрується, а далі випарюють в апараті заглибного горіння з виділенням сухих солей. До недоліків цього способу належить неможливість одержання чистих солей, які можна було б реалізувати як попутні продукти, значна витрата палива на випарювання концентрату зворотного осмосу, а також поступове нагромадження органічних речовин у маточному розчині випарного апарата й, таким чином, утворення брудного маточного розчину, який у свою чергу є стічною водою. Найближчим технічним рішенням є спосіб утилізації стічних вод, забруднених мінеральними й органічними речовинами ("Спосіб очищення амонійвмісних стічних вод", пат. на винахід 85802 Україна, МПК (2006) C02F 1/00, 1/44, 9/00, 25.02.2009, бюл. № 4), що включає реагентну обробку вод коагулянтом, у ролі якого використовується свіжоодержаний при гальванокоагуляції гідроокис заліза. Потім суміш просвітлюється, додатково обробляється реагентами - сумішшю оксиду магнію й ортофосфорної кислоти, знову просвітлюється, та дочищається ультрафільтрацією. Пермеат ультрафільтрації концентрується зворотним осмосом і направляється на термообробку - випарювання. До недоліків цього способу належить складність реагентної обробки та подальшого механічного очищення від завислих часток, що здійснюються у дві стадії, а також поступове нагромадження органічних речовин у маточному розчині випарних апаратів і, таким чином, утворення брудного маточного розчину, якій у свою чергу є стічною водою. Таким чином, і цей процес не є безстічним. Задачею запропонованого винаходу є розробка способу безстічної утилізації стічних вод, забруднених мінеральними й органічними речовинами з одержанням екологічно безпечних продуктів як вторинного матеріального ресурсу - сухих і рідких продуктів, придатних для повторного використання, і композиційних палив. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в способі безстічної утилізації стічних вод, забруднених мінеральними й органічними речовинами, що включає реагентну обробку стічних вод, просвітлення, двостадійну баромембранну обробку з ультрафільтрацією і зворотним осмосом, термообробку із кристалізацією солей, розчинених у воді, і одержанням маточного розчину з вмістом основної кількості органічних речовин, відповідно до винаходу процес реагентної обробки і відділення осадів, що утворилися, проводять в одну стадію, а маточний розчин після кристалізації та відділення корисних летких компонентів 1 UA 113118 C2 5 10 15 20 25 30 використовується для гідрокавітаційного виготовлення композиційних палив. Композиційне паливо виготовляють на основі рідких вуглеводнів та водно-органічної складової, що міститься в маточному розчині, а водно-органічна частина таких палив становить від 0 до 20 %. Застосування одностадійної реагентної обробки дозволяє істотно спростити технологічний процес за рахунок використання меншої кількості дорогого і габаритного устаткування, що зменшує витрати на утилізацію стоку в цілому. Відділення корисних летких компонентів дозволяє використовувати їх в інших галузях промисловості як вторинні сировинні ресурси і, таким чином, підвищити комплексність використання сировини. Використання маточного розчину після кристалізації й відділення корисних летких компонентів для гідрокавітаційного виготовлення композиційних палив на основі рідких вуглеводнів, у яких водно-органічна частина становить від 0 до 20 %, дозволяє одержувати композиційні палива, спалювання яких поліпшує енергоекологічні показники стандартних вуглеводневих палив. Поліпшення екологічних показників досягається зниженням у продуктах згоряння NOx і CO. Шкідливі органічні речовини, які є в маточному розчині, згоряють, підвищуючи енергетичну цінність палива відносно його вуглеводневої складової. На кресленні подано блок-схему реалізації способу. Спосіб здійснюється таким чином. Стічна вода, забруднена мінеральними й органічними речовинами, обробляється алюмінієвим або залізним коагулянтом, сполуками кальцію й/або іншими реагентами, просвітлюється й очищується ультрафільтрацією. Шлам коагуляції збезводнюється та використовується в металургійному виробництві. Концентрат ультрафільтрації направляється на повторну реагентну обробку. Потім очищена вода після ультрафільтрації концентрується зворотним осмосом. Концентрат зворотного осмосу випарюється, більша частина солей при цьому виділяється в кристалічному вигляді і може використовуватися в інших галузях промисловості. Маточний розчин після відділення солей з вмістом основної частини органічних речовин використовується для гідрокавітаційного виготовлення композиційних паливних емульсій, а конденсат випарювання змішується з пермеатом зворотного осмосу й використовується в технологічних потребах виробництва. Таким чином досягається безстічність і маловідхідність процесу утилізації стічної води. Додавання водно-органічної складової маточного розчину в композиційне паливо не тільки підвищує його енергетичну цінність, але й сприяє більш повному згорянню палива та зниженню концентрації шкідливих речовин у газовому вихлопі табл. 1. Таблиця 1 Газовий аналіз продуктів згоряння композиційного палива, до складу якого входить маточний розчин після кристалізації солей та мазут Вимірюваний параметр Значення Норматив ГДК 35 40 3 3 3 3 O2, % CO, мг/м NO, мг/м NO2, мг/м SO2, мг/м СО2, % 4,4 60 250 116 0 100 3100 12,4 α ΝΟx, мг/м 1,26 177 500 3 Т, °C 898,6 Наведені нижче приклади ілюструють запропонований спосіб. Приклад 1. Переробці піддається відпрацьована рідина гідророзриву пласта, що утворюється при видобутку нетрадиційних вуглеводнів. Показники якості первинної рідини й очищеної води за стадіями очищення наведені в табл. 2 (ХСК, г/л - хімічне споживання кисню). Спосіб очищення складається з реагентної обробки рідини і її просвітлення, ультрафільтрації, концентрування зворотним осмосом, випарювання та кристалізації солей. Маточний розчин після кристалізації є сировиною для виготовлення водомазутної емульсії шляхом гідрокавітаційної обробки компонентів. Отримані в результаті очищення вода й хлористий натрій можуть бути використані для приготування нової рідини гідророзриву. 45 2 UA 113118 C2 Таблиця 2 Основні показники складу концентрату рідини гідророзриву за стадіями обробки Значення показників за стадіями очистки Після Пермеат Концентрат Назва показника Первинна Маточник реагентної ультра- зворотного рідина кристалізації обробки фільтрації осмосу ХСК, г/л 3 2,8 2,4 5 120 Мінералізація, г/л 32 32 33 80 290 Втрати при прожарюванні, г/л (г/кг) 2 2 1,8 3,5 70 Залишок мінеральних солей, % 100 100 100 100 15 Залишок органічних речовин, % 100 98 95 95 93 5 10 Приклад 2. Переробці піддається підмильний луг - відхід виробництва мила на миловарних заводах. Склад первинного підмильного лугу й очищеної води за стадіями очищення наведено у табл. 3. Спосіб очищення складається з реагентної обробки підмильного лугу та його просвітлення, ультрафільтрації, концентрування зворотним осмосом, випарювання з виділенням гліцерину і кристалізації солей. Маточний розчин після відгону гліцерину й кристалізації є сировиною для виготовлення водомазутної емульсії шляхом гідрокавітаційної обробки компонентів. Отримані в результаті очищення вода і хлористий натрій можуть бути повернуті в цикл виробництва мила. Таблиця 3 Основні показники складу підмильного лугу за стадіями переробки Назва показника ХСК, г/л Мінералізація, г/л Втрати при прожарюванні Залишок мінеральних солей, % Залишок органічних речовин % 15 20 Значення показників за стадіями очистки Маточник Після Пермеат Концентрат Первинна кристалізації реагентної ультра- зворотного рідина та видалення обробки фільтрації осмосу гліцерину 130 90 85 170 320 40 40 40 80 290 80 75 75 140 230 100 100 100 100 5 100 93 90 90 50 Приклад 3. Переробці піддається стічна вода - відхід целюлозно-паперового комбінату. Склад первинної й очищеної води за стадіями очищення наведено у табл. 4. Спосіб очищення складається з реагентної обробки стоку і його просвітлення, ультрафільтрації, концентрування зворотним осмосом, випарювання та кристалізації солей, в основному, сульфату натрію. Маточний розчин після кристалізації є сировиною для виготовлення водомазутної емульсії шляхом гідрокавітаційної обробки компонентів. Отримана в результаті очищення вода може бути повернута в цикл целюлозно-паперового виробництва, а сульфат натрію реалізується споживачам 3 UA 113118 C2 Таблиця 4 Основні показники складу стоку целюлозно-паперового виробництва за стадіями переробки Назва показника ХСК, г/л Мінералізація, г/л Втрати при прожарюванні, г/л (г/кг) Залишок мінеральних солей, % Залишок органічних речовин, % 5 Значення показників за стадіями очистки Після Пермеат Концентрат Первинна Маточник реагентної ультра- зворотного рідина кристалізації обробки фільтрації осмосу 70 68 63 340 450 20 20 20 100 180 10 9 9 45 100 100 100 100 100 10 100 100 95 95 90 У табл. 5 наведено теплотворну здатність композиційного палива, отриманого відповідно до прикладів 1-3, а також збільшення теплотворної здатності водомазутного палива в результаті участі в екзотермічному окисненні додаткової кількості органічних речовин. З наведених даних випливає, що при додаванні 20 % маточного розчину теплота згоряння водомазутного палива підвищується від 1,7 у випадку рідини гідророзриву до 5,2 % при використанні підмильного лугу. Таблиця 5 Теплотворна здатність композиційних палив, отриманих у результаті використання запропонованого технічного рішення Склад палива (% мазуту (М) та % водної фази) 100 % Μ 95 % М+5 % в.ф. 90 % М+10 % в.ф. 85 % М+15 % в.ф. 80 % М+20 % в.ф. 10 Теплотворна здатність, МДж/кг палива/збільшення теплотворної здатності мазуту Стік целюлозноРідина гідророзриву Підмильний луг паперового виробництва 40,0/0 40,0/0 40,0/0 38,1/0,1 38,5/0,5 38,4/0,4 36,2/0,2 36,9/0,9 36,7/0,7 34,4/0,4 35,4/1,4 35,1/1,1 32,6/0,6 33,8/1,8 33,4/1,4 У табл. 6 наведено дані по стійкості композиційних палив, з вмістом різної кількості маточних розчинів. Із наведених даних видно, що максимальна кількість водної фази, яку може бути введено в мазут, становить 20 %. При більшій кількості водної фази наступає швидке розшаровування палива, і останнє стає непридатним до подальшого використання. Таблиця 6 Стійкість композиційних палив, отриманих у результаті використання запропонованого технічного рішення Склад палива (% мазуту (М) та % водної фази) 85 % М+15 % в.ф. 80 % М+20 % в.ф. 75 % М+25 % в.ф. Стійкість композиційного палива до розшаровування, год. Стік целюлозноРідина гідророзриву Підмильний луг паперового виробництва 40 45 45 15 16 15 0,1 0,1 0,1 15 Таким чином, запропонований спосіб безстічної утилізації стічних вод, забруднених мінеральними й органічними речовинами, дозволяє максимально використовувати корисні речовини, які є в стоках, повернути у виробництво очищену воду та забезпечити екологічно чисте спалювання отриманого композиційного палива. 20 4 UA 113118 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 1. Спосіб безстічної утилізації стічних вод, забруднених мінеральними й органічними речовинами, що включає реагентну обробку стічних вод, просвітлення, двостадійну баромембранну обробку з ультрафільтрацією та зворотним осмосом, термообробку із кристалізацією солей, розчинених у воді, і одержанням маточного розчину, з вмістом основної кількості органічних речовин, який відрізняється тим, що процес реагентної обробки і відділення осадів, що утворилися, проводять в одну стадію, а маточний розчин після кристалізації та відділення корисних летких компонентів використовують для гідрокавітаційного виготовлення композиційних палив. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що композиційне паливо виготовляють на основі рідких вуглеводнів та водно-органічної складової, що міститься в маточному розчині. 3. Спосіб за пп. 1-2, який відрізняється тим, що водно-органічна частина композиційних палив становить від 0 до 20 %. Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5