Новейшие методы очистки сточных вод

Новейшие методы очистки сточных вод

Содержание

1. Введение

. Электрохимические методы

. Мембранные методы

. Новые изобретения для очистки сточных вод

. Заключение

. Список использованной литературы

1.   Введение

В реках и других водоемах происходит естественный процесс самоочищения воды. Однако он протекает медленно. Пока промышленно-бытовые сбросы были невелики, реки сами справлялись с ними. В наш индустриальный век в связи с резким увеличением отходов водоемы уже не справляются со столь значительным загрязнением. Возникла необходимость обезвреживать, очищать сточные воды и утилизировать их.

Очистка сточных вод - обработка сточных вод с целью разрушения или удаления из них вредных веществ. Освобождение сточных вод от загрязнения - сложное производство. В нем, как и в любом другом производстве, имеется сырье (сточные воды) и готовая продукция (очищенная вода).

Рассмотрим новые методы и новые разработки по очистке сточных вод.

2.   Электрохимические методы

Очистка промышленных сточных вод с использованием электрохимических процессов.

В соответствии с общепринятой классификацией относятся к физико-химическим процессам очистки водных систем. Они отличаются многостадийностью и относительной сложностью происходящих в аппаратах водоочистки физико-химических явлений. Механизм и скорость протекания отдельных стадий зависят от многих факторов, выявление влияния и правильный учет которых необходимы для оптимального конструирования электролизеров и рационального ведения процессов очистки воды.

Основываясь на законах физической химии, электрохимии и химической технологии, электрохимические методы очистки промышленных сточных вод можно разделить на три основные группы: методы превращения, методы разделения и комбинированные методы.

Методы превращения обеспечивают изменение физико-химических и фазово-дисперсных характеристик загрязнений сточных вод с целью их обезвреживания и быстрого извлечения из стоков. Превращение примесей может проходить ряд последовательных стадий, начиная с электронного уровня взаимодействия растворимых соединений и заканчивая изменением каких-либо электроповерхностных и объемных характеристик грубодисперсных веществ, содержащихся в сточных водах.

Методы разделения предназначены для концентрирования примесей в локальном объеме раствора без существенного изменения фазово-дисперсных или физико-химических свойств извлекаемых из сточных вод веществ. Разделение примесей и воды происходит в основном за счет флотации электрогенерируемыми пузырьками газов или силового воздействия электрического поля, обеспечивающего транспорт заряженных частиц в воде.

К комбинированным методам электрохимической очистки сточных вод относятся методы, которые предполагают совмещение одного или нескольких методов превращения и разделения загрязнений стоков в одном аппарате.

На основании классификации методов электрохимической очистки сточных вод следует осуществлять и выбор типа аппарата, который определяется в первую очередь видом генерируемого электролитического эффекта в сточной воде.

Аппараты для электрохимической очистки промышленных сточных вод (электролизеры) классифицируются по следующим признакам:

1.       по организации процесса очистки стоков - аппараты непрерывного или периодического действия

2.       по гидродинамическому режиму работы - напорные и безнапорные

.        по типу реактора - открытые, закрытые, бездиафрагменные и диафрагменные

.        по организации движения сточной воды в межэлектродном пространстве - горизонтальные, угловые, вертикальные с восходящим и нисходящим движением воды

.        по организации движения воды в аппарате - однопоточные, многопоточные и комбинированные

.        по виду воздействия на дисперсную систему - электрическим полем, электродными процессами, электроразрядом, комплексным воздействием

Очистка промышленных сточных вод методом электрокоагуляции

Очистка сточных вод методом электрокоагуляции основан на их электролизе с использованием стальных или алюминиевых анодов, подвергающихся электролитическому растворению. В результате осуществляется процесс коагуляции, аналогичный обработке сточной воды солями железа и алюминия. Однако, по сравнению с реагентным коагулированием при электрохимическом растворении металлов не происходит обогащения воды сульфатами и хлоридами, содержание которых в воде лимитируется как при сбросе очищенных сточных вод в водоемы, так и при повторном использовании в системах промышленного водоснабжения.

При электрокоагуляции сточных вод протекают и другие электрохимические и физико-химические процессы:

1.       электрофорез

2.       катодное восстановление растворенных в стоках органических и неорганических веществ или их химическое восстановление, а также образование катодных осадков металлов

.        флотация твердых эмульгированных частиц обрабатываемой сточной воды пузырьками газообразного водорода, выделяющегося на катоде

.        сорбция ионов и молекул растворенных примесей стоков, а также частиц эмульгированных в воде примесей на поверхности гидроксидов железа и алюминия, которые обладают значительной сорбционной способностью

В основе гальванокоагуляции лежат те же физико-химические процессы, которые составляют сущность электрокоагуляции. Отличие данного метода очистки промышленных стоков от электрокоагуляции заключается в способе введения в обрабатываемые сточные воды ионов железа, а также в отсутствии электростатической коагуляции, возникающей при наложении электрического поля.

При гальванокоагуляционной очистке обрабатываемую сточную воду с рН 2-4пропускают через зону загрузки скрапа (смеси железа, меди и кокса), который представляет собой гальваническую пару, где железо является анодом. За счет разности потенциалов железо переходит в сток без наложения тока от внешнего источника в двухвалентной форме. В результате контакта с кислородом воздуха происходит окисление двухвалентного железа до трехвалентного. Таким образом, в обрабатываемой сточной воде образуются соединения железа (II) и (III).

В качестве катодных реакций могут протекать реакции выделения водорода, контактного осаждения более благородных, чем железо, металлов.

Гальванокоагуляция широко применяется при очистке сточных вод от ионов тяжелых металлов и Cr⁶⁺. При данном методе водоочистки тяжелые цветные металлы извлекаются в виде ферритов. Наиболее эффективное извлечение меди, цинка, хрома (VI) и хрома (III) из стоков в виде сернокислых растворов наблюдается при pH исходной сточной воды 2.5-2.7, причем меди и трехвалентный хром эффективно извлекаются в широком диапазоне исходных концентраций - от 50 до 250 мг/литр, а шестивалентный хром - до 200 мг/литр. Цинк и никель хорошо извлекаются из сточных вод при низких концентрациях, до 50 и 100 мг/литр, соответственно.

При гальванокоагуляции расход железа составляет 0.2-1 кг на тонну очищенной сточной воды - в зависимости от pH. В результате на тонну очищенных стоков образуется до 1.5 кг железистого отхода.

Для глубокой очистки сточных вод описываемый метод применяют в сочетании с последующей обработкой стоков известковым молоком. Сточная вода, прошедшая очистку методом гальванокоагуляции, содержит большое количество взвешенных, плохо отстаивающихся мелкодисперсных твердых частиц, представляющих собой главным образом ферриты и частицы кокса. Поэтому сточные воды перед сбросом в канализацию подвергают многоступенчатой очистке от взвешенных частиц: выдержке в отстойнике, фильтрованию через пористые материалы и фильтры с плавающей загрузкой. Осадок из нижней части отстойника подвергают очистке на пресс-фильтрах.

Пример реальной схемы очистки вод электрокоагуляцией

1.Назначение установки: очистка хромсодержащих и кислото-щелочных промывных сточных вод до требований ПДК по тяжелым металлам на слив в канализацию.

2.Сущность предлагаемой технологии: Для очистки кислотно-щелочных промывных сточных вод от металлов и солей предлагаются метод электрокоагуляции с последующим отстаиванием образующегося осадка.

3.Состав установки:

·              узел корректировки значений pH;

·              электрокоагулятор для перевода тяжелых металлов в нерастворимую форму;

·              узел разделения суспензии, представляющий собой отстойник с тонкослойными модулями для осаждения образовавшихся гидроксидов;

·              узел тонкой фильтрации и осветления сточной воды;

·              узел обезвоживания осадка.

4.Технологическая схема очистки для слива в промканализацию:

Узел электрокоагуляции

5.Описание технологии:

Сущность электрохимической обработки воды заключается в том, что при подаче напряжения постоянного тока на электроды начинается процесс растворения железных анодов. В результате электрохимической обработки в аппарате поз. ЭК осуществляется ряд процессов:

·              изменение дисперсного состояния примесей за счет их коагуляции под действием электрического поля продуктов электродных реакций и закрепление пузырьков электролитического газа на поверхности коагулирующих частиц, что обеспечивает их последующую флотацию;

·              сорбция тяжелых металлов на поверхности электролитически получаемых оксидов металлов;

·              химическое восстановление ионов Cr⁶⁺ до ионов Cr³⁺.

Образующиеся соединения нерастворимого гидроксида железа сорбируют на своей поверхности ионы тяжелых металлов и выпадают в осадок.

Исходные кислотно-щелочные воды поступают в сборник-накопитель Е0. Из накопителя Е0 насосом Н1 усредненный сток подается на электрокоагулятор ЭК, в котором по описанному выше механизму происходит восстановление ионов шестивалентного хрома и очистка от примесей тяжелых металлов. Предварительно из емкости Е2(Е3) дозирующим насосом НД1(НД2) подается раствор едкого натрия или кислоты для корректировки рН. Из электрокоагулятора водная суспензия направляется в отстойник поз. ТО для разделения суспензии на осветленную жидкость и осадок. Для ускорения процесса осаждения отстойник комплектуется тонкослойным модулем. Осветленная вода, сливается в емкость поз.Е1 и насосом Н2 подается на фильтр механической очистки Ф и затем на узел доочистки ИО, где с помощью ионного обмена вода очищается от следовых количеств тяжелых металлов, а затем направляется на слив в канализацию.

Осадок из электрокоагуляторов и отстойника поступает на фильтр-пресс поз. ФП, где обезвоживается, и с влажностью до 80% утилизируется.

Метод электрокоагуляция и обратный осмос (замкнутый водооборот).

1.Назначение установки: очистка хромсодержащих и кислото-щелочных промывных сточных вод с целью создания замкнутого водооборота (ГОСТ 9.314-90 кат.II. «Вода для гальванического производства»).

2.Сущность предлагаемой технологии: Для очистки кислото-щелочных и хромсодержащих промывных сточных вод от тяжелых металлов предлагается метод электрокоагуляции с последующим отстаиванием образующегося осадка и обратноосмотическим обессоливанием очищенной воды.

3.Состав установки:

·              узел электрокоагуляции;

·              узел мембранной очистки.

4.Описание технологии:

Узел электрокоагуляции

Процесс протекает также (см. метод - электрокоагуляция), только после фильтра механической очистки Ф очищенная вода собирается в емкости Е4, откуда подается на вторую ступень очистки - мембранную установку.

Осадок из электрокоагуляторов и отстойника поступает на фильтр-пресс поз. ФП, где обезвоживается, и с влажностью до 80% утилизируется, а осветленная вода направляется в емкость Е4.

Для доочистки воды после электрокоагуляции с целью создания замкнутого водооборота (требование ГОСТ 9.314-90 категория) предлагается мембранная установка.

Технологическая схема включает основные узлы:

·              узел тонкой фильтрации от взвешенных частиц;

·              узел глубокой очистки и обессоливания на высокоселективных обратноосмотических мембранах;

·              узел выпарки с получением осадка в виде влажных солей.

Осветленная вода с из емкости Е4 через фильтр тонкой очистки Ф1 насосом Н3 подается на первую ступень обратноосмотической мембранной установки ООМ1, укомплектованной рулонными мембранными элементами. В процессе разделения исходный поток делится на два: фильтрат - очищенная и обессоленная до требуемых показателей вода и концентрат, содержащий сконцентрированные извлекаемые примеси. Очищенная вода собирается в емкости Е5 (поставка Заказчика) и насосом Н6 подается на повторное использование на операции промывки. Концентрат первой ступени подвергается дополнительному доконцентрированию на второй ступени мембранной установки ООМ2. Для чего концентрат высоконапорным насосом Н4 подается на мембранные аппараты второй ступени, где происходит разделение потока на две части: фильтрат отводится в емкость Е4, где смешивается с исходным потоком, и концентрат, который направляется в емкость Е6, откуда далее насосом Н5 подается на выпарной аппарат ВА. Соли с влажностью до 50% подвергаются утилизации.

Очистка (доочистка) сточных вод от следов металлов

1. Сущность предлагаемой технологии: После вертикальных отстойников существующей схемы, осветленная вода перед сбросом ее в канализацию проходит дополнительно глубокую очистку на фильтрах с зернистой загрузкой с целью удаления следов тяжелых металлов. Очищенная вода направляется в резервуар чистой воды и далее на повторное использование (до 50% очищенной воды может быть использовано для промывки деталей, остальное - на другие технические нужды). Фильтр с зернистой загрузкой периодически (не чаще одного раза в две недели) подвергается обратноточной промывке, промывная вода возвращается в голову процесса. По мере исчерпания обменной емкости через 3-5 фильтроциклов адсорбент подвергается активации (р-ром Na₂CO₃ или MgSO₄, активирующий раствор можно использовать до 20 раз). Узел регенерации включает в себя емкость для приготовления рабочих растворов и дозировочные насосы. Отработанные регенерирующие растворы направляются в накопитель (существующей схемы) и подвергаются очистке с основным потоком. Срок службы адсорбента не ограничен. При доочистке не образуются дополнительные отходы и отработанные растворы, объем осадка не увеличивается.

2. Состав установки: Фильтры напорные стальные, емкости, насосное оборудование, трубопроводы и запорная арматура.

3. Технологическая схема очистки

Очистка промышленных сточных вод от ионов тяжелых металлов методом электрохимического восстановления

Метод электрохимического восстановления с применением нерастворимых анодов особенно эффективен для обезвреживания хромсодержащих сточных вод с большими концентрациями Cr⁶⁺ (более 2 г/литр). Катодное восстановление металлов происходит по схеме:

ⁿ +ne^- → Me⁰

При этом металлы осаждаются на катоде и могут быть рекуперированы. При использовании метода электрохимического восстановления можно снизит концентрацию хрома в сточных водах на 3 порядка.

Наиболее широко для выделения металлов из промышленных сточных вод применяются следующие виды катодов:

1.       пористые

2.       объемно-насыпные проточные

.        плоские пластины с инертной загрузкой

. Мембранные методы

Ультрафильтрация (УФ) УФ-мембрана задерживает взвешенные вещества, микроорганизмы, водоросли, бактерии и вирусы, значительно снижает мутность воды. В ряде случаев, УФ-мембраны эффективно уменьшают окисляемость и цветность воды. Ультрофильтрация заменяет отстаивание, осаждение, микрафильтрацию.

В промышленной водоподготовке наибольшее распространение получили половолоконные мембраны, основным элементом которых является полое волокно диаметром 0,5?1,5 мм с нанесенной на внутренней поверхности ультрафильтрационной мембраной. Для получения большой фильтрующей поверхности группы полых волокон группируются в модули обеспечивая 47?50 м².

Ультрафильтрация позволяет сохранить солевой состав воды и осуществить ее осветление и обеззараживание практически без применения химреагентов.

Обычно, УФ-установка работает в режиме "тупиковой фильтрации" без сброса концентрата. Процесс фильтрации чередуется с обратной промывкой мембран от накопившихся загрязнений. Для этого часть очищенной воды подается в обратном направлении. Периодически в промывную воду дозируется раствор моющих реагентов. Промывные воды, являющиеся концентратом составляют не более 10?20% от потока исходной воды.

Один-два раза в год производится усиленная циркуляционная промывка мембран специальными моющими растворами.

Ультрафильтрация может применяться для получения питьевой воды непосредственно из поверхностного источника. Поскольку УФ-мембрана является барьером для бактерий и вирусов, не требуется первичное хлорирование воды. Обеззараживание осуществляется уже непосредственно перед подачей воды потребителю.

Т.к. ультрафильтрат полностью свободен от взвешенных и коллоидных веществ, то возможно применение данной технологии как предподготовки воды перед обратным осмосом.

Нанофильтрация (НФ) занимает промежуточное положение между обратным осмосом и ультрафильтрацией. Обратный осмос и нанофильтрация очень близки по механизму разделения сред, схеме организации процесса, рабочему давлению, мембранам и оборудованию. Нанофильтрационная мембрана частично задерживает органические молекулы, растворенные соли, все микроорганизмы, бактерии и вирусы. При этом степень обессоливания ниже, чем при обратном осмосе. Нанофильтрат почти не содержит солей жесткости (снижение в 10...15 раз), т.е. он умягчен. Происходит также эффективное снижение цветности и окисляемости воды. В результате исходная вода умягчается, обеззараживается и частично обессоливается.

Традиционно, для умягчения воды используется технология ионообменного Na-катионирования. При умягчении больших количеств воды данная технология становится убыточной в связи со сложностью автоматизации, значительными расходами поваренной соли на регенерацию, образования большого количества стоков с высоким солесодержанием.

НФ-установки лишены всех вышеперечисленных недостатков, что делает их реальной альтернативой установкам ионообменного умягчения.

Обратный осмос (ОО). Под термином осмос понимается процесс самопроизвольного проникновения растворителя (воды) через полупроницаемую мембрану, разделяющую сосуд, в более концентрированный раствор. Мембрана пропускает растворитель и задерживает соли, органические соединения и другие примеси.

При этом уровень раствора со стороны с большей концентрацией повышается, а уровень с другой стороны уменьшается.

Разность уровней по обе стороны мембраны в момент установившегося равновесия характеризует осмотическое давление растворенного вещества в растворе. Если в растворе создать давление, превышающее осмотическое, то возникает миграция молекул растворителя в направлении обратном ее естественному движению, т.е. вода из раствора начинает протекать через мембрану к растворителю. Такой процесс известен под названием обратный осмос.

Принцип действия метода обратного осмоса для очистки воды заключается в том, что под давлением, превышающем осмотическое, происходит движение растворителя (воды) через полу-проницаемые мембраны со стороны более концентрированного раствора (исходной воды) в сторону более разбавленного раствора. Очищенная вода, подается потребителю, а оставшийся более насыщенный солями и механическими частицами раствор (концентрат) сбрасывается в канализацию.

Основным элементом обратноосмотических установок является мембрана. Исходная, загрязненная различными примесями и частицами, вода пропускается через поры мембраны, столь мелкие, что загрязнения сквозь них практически не проходят. Для того чтобы поры мембраны не забивались, входной поток направляется вдоль мембранной поверхности, который вымывает загрязнения. Таким образом, один входной поток разделяется на два выходных потока: раствор, проходящий через мембранную поверхность (пермеат) и часть исходного потока, не прошедшего через мембрану (концентрат).

ЗАО Гидрогаз применяет в своих установках мембраны, выполненные в виде элемента рулонного типа. Элемент содержит два слоя мембран, склеенных по трем сторонам "пакетом" и заведенных незаклееным краем во втулку канала пермеата. Этот пакет спирально обернут вокруг перфорированной трубы, в которую пермеат сливается из межмембранного пространства, проходя через дренажный слой из промежуточной сетки, которая формирует каналы и оптимизирует течение потока концентрата, увеличивая турбулентность потока, что препятствует отложению осадков на мембране.

Мембрана действует как барьер для всех растворенных солей и неорганических молекул, а также органических молекул с молекулярной массой более 100. Молекулы воды свободно проходят через мембрану, создавая поток пермеата. Качество пермеата сопоставимо с качеством обессоленной воды, полученной по традиционной схеме Н-ОН-ионирования, а по некоторым параметрам (окисляемость, содержание кремниевой кислоты, железа и др.) превосходит.

4.   Новые изобретения для очистки сточных вод

очистка сточный электрохимический мембранный

Способ очистки сточных вод от синтетических анионных поверхностно-активных веществ

Изобретение относится к экологии и может быть использовано для очистки сточных вод от синтетических анионных поверхностно активных веществ (САПАВ).

Сложность очистки сточных вод от синтетических поверхностно-активных веществ, в частности от синтетических анионных поверхностно-активных веществ (САПАВ), вызвана тем, что они способствуют растворимости других соединений в воде. При использовании наиболее распространенного для очистки от САПАВ гидроксида кальция связывающего анионную часть САПАВ в нерастворимые соединения кальция, происходит повышение реакции среды (pН) с выделением ионов натрия (калия) в раствор и последующему омылению других органических веществ (жиров, масел), для которых применялись САПАВ (П.Каррер. Курс органической химии. Л. Госхимиздат, 1962).

Известен способ двухступенчатой очистки сточных вод производства САПАВ, где на первой стадии проводят обработку воды гидроксидом кальция, вторую ступень очистки осуществляют методом напорной флотации. Доза гидроксида кальция на первой ступени составляет 30 г/дм³ при степени очистки 75 - 80 Применение второй ступени позволяет получить суммарный эффект 82 84 Очищенная вода содержит САПАВ до 60 мг/дм³ (Грищенко А.С. Гущина Л. И. Методы очистки сточных вод от ПАВ. М. 1984, с. 47).

Недостатком данного способа является невысокая степень очистки, значительный расход реагента, повышенная величина реакции среды.

Наиболее близким к изобретению является способ комплексной очистки, включающий обработку хлоридом кальция с последующий электрокоагуляцией в присутствии растворимого электрода (Новикова С.П. Шкоробогатова Т.Д. Сокол Е.Я. Верейко А. В. Способ очистки сточных вод от поверхностноактивных веществ. Авт.св. СССР N 789406,1980). Расход хлорида кальция составляет 1,0 г/дм³ обрабатываемой воды. При этом анионная часть САПАВ частично связывается ионами кальция в нерастворимые соединения. После этого проводят электрообработку раствора в течение 20 мин, используя в качестве растворимого электрода алюминий; плотность тока составляет 100 А/м². Образующуюся пену удаляют. Концентрация САПАВ в очищенной воде составляет 20 мг/дм³ при степени очистки до 90 и конечной рН 8,4.

Недостатком данного способа является применение дефицитных материалов - хлорида кальция и алюминия металлического, расход электроэнергии при незначительной глубине очистки воды.

Задачей предлагаемого способа очистки сточных вод от САПАВ является создание способа, позволяющего проводить глубокую очистку от синтетических анионных поверхностно-активных веществ с использованием более доступных и эффективных соединений кальция в сочетании с электрохимической обработкой без использования внешних источников энергии и дорогостоящих и дефицитных материалов.

Задача решается тем, что комплексную очистку сточных вод, содержащих САПАВ, осуществляют путем введения в сточную воду цемента, как кальцийсодержащего комплексного реагента с последующей обработкой раствора в поле гальванопары.

Технический результат предлагаемого способа заключается в том, что достигается высокая степень очистки от САПАВ (до 99,2) и других органических загрязнений (до 98,6% по показателю ХПК).

Принцип действия метода основан на том, что строительный цемент, имеющий следующий состав, 62 76 Са0, 19 24 SiO₂, 4 7 Al₂O₃, 2 6 Fе₂O₃, 1,5 4,0 MgO, вводят в раствор, с концентрацией САПАВ 200 2500 мг/дм³ и величине ХПК 1000 25000 мг/дм³ количестве 5 10 г/дм³, раствор перемешивается с последующим отстаиванием. Далее раствор проходит деструктивную обработку в поле гальванопары, в качестве которой может быть использована пара - железо-углеродсодержащий материал с последующими отстаиванием и фильтрацией. Суммарная степень очистки после двух стадий и фильтрации составляет для САПАВ до 99,2 и для всей суммы органических веществ (суммарный показатель ХПК) до 98,6

Механизм действия метода основан на том, что на первой стадии анионная часть диссоциированных молекул САПАВ связывается с кальцием цемента в нерастворимые соединения с последующей сорбцией на развитой поверхности комплексных соединений алюминия и железа с кальцием, входящих в состав цемента. При этом соединения кремния, находящиеся в цементе, играют роль флокулянта, ускоряющего осаждение. При использовании цемента не происходит повышения реакции среды, т. к. при обменной реакции натрия (калия) на кальций первые связываются (соединяются) с ионами алюминия, железа и кремния - структурными составляющими цемента. Одновременно происходит выделения в воду других органических составляющих из структуры ОАПАВ в виде тонкой эмульсии и бывших ранее, благодаря действию САПАВ, в воде в виде истинно-растворенных веществ. Часть их также сорбируется на поверхности соединений цемента, а часть, имея сложную структуру, остается в растворе и является не реакционно-способной по отношению к цементу.

Для разрушения сложных молекул до более простых и их окисления, т.е. для создания условий для взаимодействия с кальцием, растворы подвергаются второй стадии обработки в электрическом поле, создаваемом гальванопарой, например железо-углеродсодержащие соединения, как наиболее дешевые и доступные материалы, в частности железо-кокс. Далее поведение деструктированных соединений идентично поведению на первой стадии очистки. Проведение фильтрации позволяет осуществить тонкое отделение взвеси нерастворимых соединений.

Таким образом проводится очистка сточной воды от синтетических анионных поверхностно-активных веществ и сопутствующих им примесей.

Пример. В 1 дм³ сточной воды (например косметическое производство кремов и шампуней), содержащей 2500 мг/дм³ АПАВ, и с показателем содержания органических веществ ХПК, равным 25000 мг/дм³, вводят 10 г строительного цемента. Раствор перемешивают, затем дают образовавшемуся осадку осесть. Мелкодисперсные частицы остаются в растворе. Реакция среды раствора рН составляет 7,5. Этот раствор подают в гальванокоагулятор, выполненный смесью железной стружки с углеродсодержащим веществом, образующей гальванопару. Раствор контактирует с гальванопарой. В качестве гальванопары используется пара железо-углерод, взятые в соотношении (весовом) 4:1. Затем раствор фильтруется (отделяется) от дополнительно выделенных загрязняющих компонентов.

Содержание в очищенной воде АПАВ составляет не более 5 мг/дм³ при величине показателя содержания органических веществ до ХПК 200 мг/дм³.

В таблице в качестве примеров, подтверждающих достижение технического результата, приведены результаты экспериментов, выполненных аналогично описанному при диапазоне концентраций АПАВ и величине показателя ХПК.

Способ очистки и обеззараживания коммунально-бытовых и сельскохозяйственных сточных вод, содержащих органические вещества, тяжелые металлы, бактериальные клетки (кишечные палочки, сапрофитные микроорганизмы).

Способ осуществляется в поле гальванопары в две стадии, изменяя величины pН от 4,0-4,5 до 8,5-9,5. При использовании способа степень очистки достигает от органических веществ 92,8-98,0%, от ионов тяжелых металлов 99,5-100%, бактериальных клеток 100%.

Изобретение относится к очистке и обеззараживанию сточных вод и может быть использовано для коммунально-бытовых и сельскохозяйственных сточных вод.

Коммунально-бытовые и сельскохозяйственные сточные воды содержат наряду с эфирорастворимыми загрязняющими веществами (нефтепродукты, жиры, СПАВ) еще ряд тяжелых металлов, причем их количество значительно меньше, чем в промышленных сточных водах. Известно, что очистка от малых количеств примесей весьма затруднена.

Известен способ очистки и обеззараживания сточных вод путем двухстадийной электрофлотации в присутствии ионов хлора, причем перед электрофлотацией сточные воды обрабатывают известью (авторское свидетельство N 979276, кл. С 02 F 1/46. опубл. 07.12.82, БИ N 42). Степень очистки от бактерий высока и составляет по коли-индексу 100% (100 ед./л) и по сапрофитным микроорганизмам 93,3 (1,5 10³ ед./л).

Недостатком этого способа является необходимость введения ионов хлора и недостаточно высокая степень очистки от органических веществ (по ХПК) 30,6 и сапрофитной микрофлоры (95,3% 1.510³ед/л). Кроме того, способ характеризуется высоким потреблением электроэнергии и потому не экономичен для очистки и обеззараживания коммунально-бытовых и сельскохозяйственных сточных вод.

Наиболее близким к заявляемому является способ очистки и обеззараживания коммунально-бытовых и сельскохозяйственных сточных вод путем двухстадийной обработки электрохимическими методами. Причем первую стадию осуществляют в электролизере типа электрокоагулятора с растворимым железным анодом, а вторую стадию в электролизере с нерастворимыми анодами из титана, вольфрама, молибдена, в котором подаваемый постоянный ток имеет потенциал, равный дзета-потенциалу бактериальных клеток. Осадки, образующиеся в обоих электролизерах, направляют на обеззараживание (авторское свидетельство N 859315, кл. С 02 F 1/46, опубл. 30.08.81, БИ N 32). Степень очистки от органических веществ составляет 79,4% от ионов тяжелых металлов (по железу) - 22,4% общее микробное число после очистки 2,210³ ед./л. коли - индекс 111 ед./л.

Недостатком этого способа является недостаточно высокая степень очистки практически по всем показателям, значительный расход коагулянтов, дорогостоящих электродов и электроэнергии. Кроме того, использование коагулянтов влечет за собой образование больших количеств осадков, которые необходимо дополнительно отправлять на обеззараживание.

Задача решается тем, что очистку и обеззараживание от органических веществ и тяжелых металлов и обеззараживание коммунально-бытовых и сельскохозяйственных сточных вод с использованием метода гальванокоагуляции, осуществляют в две стадии, причем на первой стадии очистки процесс осуществляют при рН 4,0-4,5, после чего рН раствора доводят до 8,5-9,5, осадок отделяют и проводят вторую стадию гальванокоагуляции.

Технический результат состоит в том, что достигается высокая степень очистки от бактериальных клеток 100% органических веществ (по ХПК) 93-98% и тяжелых металлов 99,8-100%

Проведение первой стадии гальванокоагуляции при рН 4,0-4,5 необходимо для дестабилизации коллоидного состояния сточной воды, обусловленного наличием СПАВ, белков, которые прочно удерживают в состоянии эмульсии жиры, нефтепродукты, бактериальные клетки и ионы тяжелых металлов. Кроме того, кислая реакция среды облегчает связывание бактериальных клеток с продуктами гидролиза соединений тяжелых металлов, находящихся в сточной воде. В процессе контакта подкисленной воды с гальванопарой (например, Fe-C, работающей в кислой среде, происходит электрохимическое окисление органических веществ и бактериальных клеток, а также образование нерастворимых ферритов ряда тяжелых металлов (например, медь), связанных с бактериальными клетками.

После 1-ой стадии гальванокоагуляции необходимо резкое изменение рН среды до 8,5-9,5 для перевода в нерастворимое состояние окисленных и гидролизованных органических примесей, после чего дают осадку осесть (10-15 минут) и сточную воду, содержащую часть органических соединений, комплексы тяжелых металлов (Ni, Zn) с бактериальными клетками, анионы РО^3-ч, вводят в контакт с гальванопарой, работающей в щелочной среде (например Аl С). Здесь образуются нерастворимые алюмосульфаты, на развитой поверхности которых собираются оставшиеся примеси.

Для подтверждения достижения технического результат приводим пример осуществления способа.

Пример 1.

Для очистки и обеззараживания коммунально-бытовых и сельскохозяйственных сточных вод 1 л раствора состава, мг/л: взвешенные вещества -835. ХПК-140, эфирорастворимые 30, СПАВ -20, медь-1,2, цинк-1,0, никель-2,3, железо-0,6, сульфат-анион-100, фосфат-анион-40, общее микробное число-610⁶ ед./л, коли-индекс-1100 ед./л, с pH=4,5 подавали на гальванокоагуляцию с использованием гальванопары, например, Fe-C и процесс вели 4 минуты. Далее раствор подщелачивали до pH=9,5, отделяли выпавший осадок, а раствор состава мг/л: взвешенные вещества 25, ХПК-50,эфирорастворимые-7, СПАВ-8, медь-0,1, железо-1,0, сульфат-анион 50, фосфат-анион-15, общее микробное число-140 ед./л, коли-индекс-620 ед./л, направляли на вторую стадию гальванокоагуляции с использованием гальванопары, например, Аl-С и процесс вели в течение 4 минут, отделяли осадок. Состав раствора после 2-ой стадии очистки и отделения осадка, мг/л: взвешенные вещества-6, ХПК-9,4. эфирорастворимые-0,02, СПАВ-0,5, медь-н/о, цинк-н/о, никель-н/о, железо-н/о, сульфат-анион-40, фосфат-анион-8,0, общее микробное число-3,0 ед./л. коли-индекс-5 ед./л. Степень очистки от органических веществ составляет (по ХПК) 93,3% от ионов тяжелых металлов 99,9% от бактериальных клеток 100%

Фильтр для очистки жидкостей и устройство для омагничивания и фильтрации очищаемых жидкостей

Предлагаемое изобретение относится к способам изготовления фильтрующих устройств, применяемых для очистки жидких и газообразных сред. В частности данное изобретение может быть использовано и может быть использовано в химической промышленности, автоматике, в электронике, электротехнике, медицине, приборостроении, при фильтрации пищевых продуктов, продукции фармакологии, газообразных веществ, радионуклидов, промышленной пыли.

Известны способы изготовления фильтрующего элемента, включающий навивку проволоки на основу с образованием винтовой и щелевой поверхности, при этом витки проволоки расположены на поверхности каждого последующего витка проволоки, смещены относительно витков проволоки, расположенных на поверхности предшествующих витков проволоки.[1]. (Патент России №2006257, МПК B01D39/12).

Известен фильтр для очистки жидкости, содержащий герметичный разъемный корпус с патрубками для входа и выхода и установление в нем фильтрующий элемент атропнного типа, на который набито фильтрующая поверхность в виде пружины из нержавеющей проволоки с фильтрующим зазором между витками пружины.

Корпус выполнен в виде соединенных между собой быстросъемных соединений - стакана и основания в форме чашки с фланцем и патрубками для входа и выхода. Фильтрующий элемент выполнен двухступенчатым в виде двух фильтрующих патронов, размещенных один в другом и установленных на общем основании, выполненном в виде кольца. Каждый из патронов снабжен герметичной крышкой, закрепленной на входном патрубке, выполненном в виде трубы, пропущенного через фильтрующий элемент - полость, расположенную между дном стакана и крышкой наружного фильтрующего патрона. На хвостовой части трубы входного патрубка выполнена наружная резьба, а крышки фильтрующего элементы закреплены гайками.

Для предотвращения образования и ликвидации отложившийся накипи на стенках трубопроводов, внутренних элементов фильтра и завихрителя, а также для уменьшения коррозии этих элементов используют метод магнитной обработки жидкости путем воздействия постоянным магнитным полем определенной интенсивности, высокоэнергетических магнитов (не один железо, бор) с магнитной энергией более 260 кдж/м.куб. При этом в процессе по поверхности элементов формируется магнитовая пленка устойчивая к содержащимся в жидкости агрессивным газам, магнитная обработка жидкости не требует химических реактивов и электроэнергии, является экологически чистой.

Предложенное устройство для омагничивания и фильтрации очищаемых жидкостей и газов показано на фиг.1, где 1-корпус фильтра, 1а-верхняя часть, 1б-нижняя часть корпуса фильтра, 2-фильтрующий элемент, 3-завихритель, 4-гидромультиполь, 5-входной манометр, 6- выходной манометр, 7- входной трубопровод, 8-выходной трубопровод, 9- трубопровод обратной промывки, 10- кран обратной промывки, 11- кран для слива фильтрационных осадков, 12- ультразвуковой волновод, 13- входной шаровой кран, 14- выходной шаровой кран, 15- внутренняя полость фильтрующего элемента, 16- болты соединительные.

Предложенное устройство для омагничивания и фильтрации очищаемых жидкостей и газов содержит корпус фильтра -1, разделенный на верхний -1а, и нижнюю 1-б части. Внутри корпуса 1- установлен самопромывающий фильтрующий элемент -2, завихритель -3, выполненный в виде винтовой кавитационной насадки.

Гидромультиполь - 4 установлен непосредственно перед завихрителем -3 для создания постоянного магнитного поля и омагничивания обрабатываемой жидкости. Боициркуляционный поровый канал.

Для определения давления жидкости, поступающей в фильтр на входе устройства, установлен входной манометр -5, а для определения давления отфильтрованной жидкости, выходящей из фильтра установлен на выходе устройства выходной манометр -6.

Для обеспечения входа очищаемой и выхода очищенной жидкости установлен -7, и выходной-8 трубопроводы.

Ультразвуковой волновод (УЗВ) - 12 предназначен для ультразвуковой очистки фильтрующего элемента- 2 и бактерицидного воздействия на патогенные организмы, находящиеся в обрабатываемой жидкости.

Для осуществления обратной промывки жидкости используют трубопровод -9, кран обратной промывки 10, и ультразвуковой волновод-12.

Для слива фильтрационных осадков установлен кран слива -11.

На входе фильтра установлен входной шаровой кран-13, а на выходе выходной шаровой кран-14.

Соединительные больты-16 (не менее 3-х штук) соединяет верхнюю- 1а, и нижнюю -1б, части корпуса фильтра-1.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Очищаемая жидкость уступает через шаровой кран -13, по входному трубопроводу- 7, в гидромультиполь - 4, где происходит омагничивание поступающей жидкости……

Затем в завихритель - 3 и во внутреннее пространство корпуса фильтра -1 поступает жидкость и пройдя чрез поровые каналы фильтра-2, очищается и попадает во внутреннюю полость фильтрующего элемента 15. На входе фильтра устанавливают входной шаровой кран -13, а на выходе выходной шаровой кран- 14, которое во время промывки фильтрующего элемента закрыты во время обратной промывки фильтрующего элемента - 2, включает ультразвуковой волновод. При потере производительности фильтра более чем на 50% закрывают входной-13, и выходной -14 краны и открывают кран обратной промывки в течении 15-20 сек. Продолжительность обратной промывки фильтрующего элемента -2, составляет не менее 20 сек. При этом кран для слива-11, открывают для удалении фильтрационных осадков.

Если в процессе очистки фильтрующего элемента обратной промывки не удается восстановить расчетную производительность фильтра, то для смены и очистки фильтрующего элемента откручивают соединительные болты -16, после от соединения нижней части корпуса 1-б откручивают фильтрующий элемент - 2 от верхней части корпуса -1-а, и вынимают его, чистку фильтрующего элемента-2 проводят с помощью неметаллической щетки с применением моющих средств или слабых растворов кислот. Для промывки используют сульфаминовую, уксусную и лимонную или соляную кислоту. После кислотной промывки фильтрующий элемент -2 промывают проточной водой.

Сборку элементов фильтра осуществляют в обратном порядке.

Из внутренней полости фильтрующего элемента- 15 омагниченная и отфильтрованная жидкость поднимается выходной трубопровод и идет потребителю.

По мере засорения и фильтрующего элемента -2 механическими примесями растет перепад давления на фильтре, который контролируют на входном-5 и выходном-6 манометрах.

Для очистки фильтрующего элемента -2, проводят периодическую промывку его обратным потоком жидкости, подаваемый через кран обратной промывки- 10 и удаляют вместе с фильтрационными осадками через кран для слива -11.

За счет закручивания на входе входящей струи очищаемой жидкости и газа.

Посеребренная проволока.

Отличительной особенностью предлагаемого изобретения является:

биоциркуляционный поровый канал, форма которого образуется двумя цилиндрическими поверхностями, выполненными из микропроволоки с корозионно стойким нанопокрытием на основе КНТ (карбонитрит титана);

завихритель выполнен в виде винтовой кавитационной насадки, которая закручивает на входе струи жидкости или газа, обеспечивая высокую степень самоочищения фильтрующего элемента;

для повышения степени очистки фильтра на входной канал фильтра устанавливают ультразвуковой волновод, который позволяет проводить механическое самоочищение фильтрующего элемента;

в предлагаемом способе осуществляют покрытия проволоки нанокомпонентами, что снижает шероховатость поверхность проволоки и значительно увеличивает качество фильтров;

использование ультразвукового пьезоэлемента для механического самоочищения фильтрующего элемента;

особое покрытие проволоки нанокомпонентами, снижает шероховатость поверхности проволоки, что значительно увеличивает качество фильтра - снижая размер проникающих через наноструны части;

Ультрафильтрация позволяет уменьшить размер проникающих частиц, т.е. уменьшить проницаемость грязи.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение ресурса фильтрующего самоочищающегося элемента.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом, проводят очистку поверхности проволоки химическим путем обезжириванием или механической очисткой используя сжатый воздух или при прохождении 2-х войлочных пластин.

Осуществляют подготовку эмульсии, которая необходима для снижения коэффициента трения проволоки о поверхности волоки (волока - это калибровочное отверстие через которое протягивают проволоку с заданным коэффициентом). При этом эмульсия меняет состав в зависимости от степени деформации и состояния металлизированной проволоки. Использование эмульсии снижает износи повышает степень качества шероховатости поверхности проволоки.

В исходную эмульсию вводят карбонитрит титана (КНТ) и тщательно перемешивают, получая гомогенную эмульсию. Для того чтобы КНТ надежно соединилось с поверхностью исходной проволоки осуществляют финишную калибровку обработанной КНТ проволоки путем пропускании ее через алмазную волоку. Ввод КНТ в эмульсию необходим для снижения шероховатости получаемой в процессе волочения проволоки и повышения класса чистоты поверхности ее не ниже 12 класса.

Подаются эмульсию в зону очага деформации проволоки.

Нанесение коррозионного и износостойкого нанопокрытия обработанной проволоки позволяет повысить эксплуатационный срок работы фильтрующего элемента как минимум 3 раза и достигнуть шероховатости поверхности проволоки не ниже 12 класса.

Для предотвращения образования накипи на элементах предлагаемого фильтра осуществляют воздействие постоянным магнитным полем определенной напряженности не ниже 260 кДж/куб.м. на жидкие фильтруемые среды непосредственно перед подачей этих сред на фильтрующий элемент.

Обработанные таким образом фильтруемые жидкости не образуют накипи на всем протяжении трубопровода по которым происходит их транспортировка. Кроме того, таким способом осуществляют размягчение и удаление накипи с поверхности трубопровода ранее образованной накипи.

Для микрофильтрации жидкости и защиты от патогенных микроорганизмов используют серебряную проволоку. Для удешевления стоимости очистки жидкости используют микропроволоку из нержавеющей стали.

Введение магнита приводит к изменению структуры металлопроволоки.

Приборостроение - фильтры различного назначения: фильтры для горячего и холодного водоснабжения, как промышленного, так и для индивидуального использования.

Фильтрация светлых нефтепродуктов: бензин автомобильный, авиационный, керосин, дизельное топливо, технические масла, спирты и т.п.

Фильтрация пищевых продуктов: молоко, растительные масла, пиво, спирт, и спиртосодержащая продукция.

Фильтрация продукции фармакологии: физиологические растворы, компоненты в крови, например плазма и сыворотка.

Фильтрация газообразных веществ: дымы, промышленные и бытовой воздух, например - в шахтах или квартирах.

Фильтрация радионуклидов…..

Фильтрация промышленной пыли при производстве строительных материалов и конструкций (цементно-асбестовая пыль).

Медицина - сверхчистый спирт, вода, физиологические растворы, зонды, шовный материал для протезов и соединения костных тканей.

Подана заявка о выдаче патента РФ на изобретение. Приоритет №032399 от 14 ноября 2002 г.

Получено решение о выдаче патента на изобретение №2002130585/15(032399) от 03.02.2004 г.

5.   Заключение

На смену традиционным методам очистки и обессоливания воды, основой которых является реагентная обработка, ионный обмен и термодистилляция, пришли современные экономичные процессы разделения растворов на мембранах и использование электрохимических процессов. Основные преимущества методов: непрерывность работы; экологичность; отсутствие реагентного хозяйства; полная автоматизация процесса.

6.   Список использованной литературы

1.   А.И. Родионова, В.Н. Клушина, Н.С. Торочешникова. Техника защиты окружающей среды. - М.: Химия, 1989 г.

2.       Жуков А.И. Монгайт И.Л., Родзиллер И.Д. Методы очистки производственных сточных вод - М.: Стройиздат.