Способ очистки сточной воды и устройство для его осуществления

 

Использование: очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов, эмульгированных нефтепродуктов, взвешенных веществ. Сущность изобретения: сточную воду с предварительно введенным кислородом воздуха через диспергатор в виде пористой перегородки пропускают через загрузку из смеси железной стружки с гранулами активированного угля. Способ может быть осуществлен при одновременном воздействии на воду электрического тока, подаваемого от внешнего источника на дополнительный анод, выполненный в виде стального стержня, размещенный в загрузке и изолированный от нее перфорированной трубой из диэлектрического материала, и корпус, выполненный в виде катода. 2 с. и 3 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способам очистки природных, оборотных и сточных вод гальванокоагуляцией и может быть использовано для очистки воды от тяжелых металлов, эмульгированных нефтепродуктов, взвешенных веществ и др. Для осуществления этого способа необходимо соответствующее устройство.

Известен способ очистки сточных вод [1] путем обработки их в поле гальванического элемента смеси частиц меди и алюминия размером 1-5 мм при следующем соотношении компонентов, медь 30-80; алюминий 20-70.

Недостатками способа являются быстрое пассивирование алюминиевой загрузки, высокое остаточное содержание алюминия в очищенной воде, а также узкий диапазон работы по рН. Изоэлектрическая область для Al(OH)₃, в которой он имеет наименьшую растворимость, соответствует рН6,5-7,8. Осаждение гидроксосоединений железа (в отличие от Al(OH)₃) протекает в значительно более широком диапазоне рН.

Известен способ очистки сточных вод с использованием эффекта короткозамкнутого гальванического элемента на основе пары Fe-C [2] включающий пропускание воды через пористый стационарный слой частиц железа в присутствии кокса, который вводят постоянно измельченным до пылевидного состояния. Одновременно с коксом в очищаемую воду подают кислород в количестве 0,3-0,6% от объема очищаемой воды и процесс очистки ведут при избыточном давлении 0,05-0,15 МПа.

Недостатками способа являются постоянный расход катодной части загрузки и связанное с этим образование большого количества осадков, невозможность регулировать процесс растворения анодной части загрузки в случаях резкого возрастания концентрации загрязняющих веществ.

Известно устройство [3] для очистки хромсодержащих, кислотно-щелочных промывных и сточных вод, которое представляет собой горизонтальный проточный аппарат барабанного типа, работающий в непрерывном режиме гальванокоагуляции.

Недостатками устройства являются большие габариты, необходимость изготовления устройства из дорогостоящих коррозионностойких материалов, постоянный расход катодной части загрузки, затраты электроэнергии на вращение барабана.

Цель изобретения повышение производительности и эффективности процесса очистки воды при одновременном снижении затрат на его проведение.

Предлагаемый способ очистки осуществляют путем пропускания сточной воды через неподвижную пористую загрузку, состоящую из смеси железных стружек (отходы металлообработки) и гранулированного активированного угля марки БАУ. Одновременно через пористую пластину, расположенную в нижней части устройства для очистки воды, подается воздух. В результате работы короткозамкнутого гальванического элемента Fe-C происходит растворение железа и его интенсивное окисления до Fe (III) кислородом воздуха. Использование активированного угля в качестве катодной части загрузки способствует не только более интенсивному протеканию процессов окисления железа, но и окислению присутствующих в воде органических веществ. Взаимодействие Fe(III) с тяжелыми металлами, ионами кальция и магния приводит к образованию нерастворимых соединений ферритов, которые выносятся из зоны реакции потоком воды и пузырьками воздуха. Одновременно за счет взаимодействия гидроксокатионов железа (III) с сульфат- и силикат-ионами образуются сложные малорастворимые соединения типа Na(K)Fe₃(SO₄)₂(OH)₆, что способствует уменьшению солесодержания в очищенной воде. Образовавшиеся соединения железа являются эффективными коагулянтами, удаляющими из воды мелкодисперсные, эмульгированные и растворенные примеси. Растворение железной загрузки можно интенсифицировать путем наложения внешнего электрического поля, что необходимо при очистке воды с большим содержанием примесей либо для увеличения производительности устройства без снижения качества обработки сточной воды.

На чертеже показано устройство для реализации предлагаемого способа.

Устройство (гальванокоагулятор) содержит стальной цилиндрический корпус 1, служащий катодом, с двумя диэлектрическими крышками 2. В верхней крышке вмонтирован стальной анод 3, отделенный от железоугольной загрузки 4 перфорированной диэлектрической трубой 5. Загрузка из железных стружек и гранул активированного угля, взятых в соотношении 4:1, занимает 70-80% объема конструкции. В нижней части корпуса под дренажным диском 6 ниже патрубка 7 подачи воды расположен диспергатор воздуха 8, выполненный в виде перегородки из пористой нержавеющей стали или другого пористого материала. Воздух в количестве 10 л/с^.м² подается через патрубок 9. Патрубок отвода очищенной воды 10 расположен в верхней части корпуса. Гальванокоагулятор производительностью 2 м³/ч, рассчитанный на обработку 5000 м³ сточной воды без смены загрузки, имеет следующие технические характеристики: расход железной стружки 0,05-0,2 кг/м³; расход электроэнергии на управление процессом растворения железной стружки 0-0,1 кВт-ч/м³, степень очистки от тяжелых цветных металлов при номинальной производительности 95-100% масса железной стружки 500 кг, масса угля 125 кг. Габаритные размеры: высота корпуса 2000 мм при высоте загрузки 1500 мм; диаметр 800 мм.

Устройство работает следующим образом.

Сточная вода через патрубок 7 подается в аппарат снизу вверх. Одновременно через патрубок 9 и диспергатор 8 равномерно по всему сечению устройства подается сжатый воздух. Вода, обогащенная кислородом воздуха, поступает в камеру с железоугольной загрузкой 4, в которой железо вследствие контакта с угольным катодом подвергается анодному растворению и интенсивному окислению до Fe(III). Наложение небольшого по величине внешнего электрического поля, причем центральный стержень 3 подключается к положительному полюсу источника тока, а корпус 1 к отрицательному, позволяет интенсифицировать растворение железной стружки. Обработанная вода через патрубок 10 подается на осветление.

П р и м е р 1. Проводят очистку сточных вод линии цинкования, содержащим ионы цинка, никеля, железа и меди в концентрациях соответственно 11,4; 1,1; 5,5 и 18 г/м³ и имеющих рН 7,6.

Сточные воды из усреднителя через патрубок 7 поступает в гальванокоагулятор, заполненный железной стружкой и активированным углем в массовом соотношении 4: 1. Одновременно через патрубок 9 подается воздух. Время контакта воды и загрузки составляет 7 мин. В результате протекания процессов, описанных выше, образуется осадок, который потоком воды и воздуха выносится из активной зоны устройства. На выходе вода подщелачивается до рН 8,5 и поступает в тонкослойный отстойник, где осадок отделяется, а затем подается на утилизацию. Расход железа 48 г/м³. В очищенной воде исходные металлы (цинк, никель, железо, медь) отсутствуют.

П р и м е р 2. Проводят очистку сточных вод, содержащих ионы цинка, никеля, железа и меди соответственно в концентрациях 160; 0,64; 6,0; 1,8 г/м³ и имеющих рН 6,6. В отличие от примера 1 сточная вода содержит значительно больше цинка. На выходе из гальванокоагулятора вода подщелачивается до рН 8,3. В очищенной воде железо и медь отсутствуют, а цинк и никель найдены соответственно в концентрациях 0,68 и 0,3 г/м³. Расход железа 93 г/м³.

П р и м е р 3. Проводят очистку сточных вод, содержащих ионы цинка, никеля, железа и меди соответственно в концентрациях 160; 0,64; 6,0; 1,8 г/м³ и имеющих рН 6,6. В отличие от примера 2 растворение железа интенсифицируется наложением внешнего электрического поля. Расход электроэнергии составил 0,08 кВт-ч/м³. Время контакта 5 мин. В очищенной воде исходные металлы отсутствуют. Расход железа 202 г/м³.

П р и м е р 4. Проводят очистку сточных вод, содержащих ионы цинка, никеля, железа и меди соответственно в концентрациях 11,4; 1,1; 5,5; 18,0 г/м³ и имеющих рН 7,6. Время контакта 7 мин. Внешнее электрическое поле отсутствует. На выходе из гальванокоагулятора рН воды доводится до 8,5. В отличие от примера 1 гальванокоагулятор заполнен железной стружкой и коксом, взятых в соотношении 4:1. В очищенной воде железо отсутствует, а цинк, никель и медь содержатся соответственно в концентрациях 0,4; 0,5 и 1,75 г/м³. Расход железа 22 г/м³.

Таким образом, предлагаемый способ и компактное устройство для его реализации при соблюдении рекомендованных параметров обработки позволяют проводить очистку сточных вод от тяжелых металлов и других примесей на 95-100% в широком интервале концентраций. Время обработки не превышает 7 мин, что значительно превосходит производительность известного способа. Необходимо отметить, что в процессе работы гальванокоагулятора активированный уголь не расходуется и может быть использован многократно. При работе со сточными водами, содержащими большое количество нефтепродуктов, активированный угол периодически следует прокаливать для восстановления его свойств.

Ферритизированные осадки, получаемые в результате очистки сточных вод по предлагаемому способу, относятся к малотоксичным отходам и легко перерабатываются в пигменты типа "железный сурик".

Формула изобретения

1. Способ очистки сточной воды, включающий ее пропускание с предварительно введенным кислородом воздуха через загрузку из смеси железной стружки и углеродсодержащего материала, отличающийся тем, что в качестве углеродсодержащего материала используют гранулы активированного угля, а воздух вводят диспергированием через очищаемую воду и загрузку.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что очистку воды ведут при одновременном воздействии на нее электрического тока, подаваемого от внешнего источника тока на дополнительные анод и катод.

3. Устройство для очистки сточной воды, содержащее цилиндрический металлический корпус с размещенной в нем загрузкой из смеси железной стружки и углеродсодержащего материала, патрубки подачи и отвода воды, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено диспергатором воздуха, выполненным в виде перегородки из пористого материала, размещенным под загрузкой, патрубком подачи воздуха, расположенным под перегородкой, корпус выполнен вертикальным неподвижным и снабжен верхней и нижней крышками, патрубок подачи воды размещен в нижней части корпуса, углеродсодержащий материал выполнен в виде гранул активированного угля.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что перегородка выполнена из пористого титана, или пористой нержавеющей стали, или из пористого фторопласта.

5. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным анодом, выполненным в виде стального стержня, размещенным в загрузке и изолированным от нее перфорированной трубой из диэлектрического материала, а корпус выполнен в виде катода.

РИСУНКИ

Рисунок 1