Способ очистки дренажного стока и устройство для его осуществления
Владельцы патента RU 2401804:
Федеральное государственное научное учреждение Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации Российской академии сельскохозяйственных наук (RU)
Изобретения относятся к очистке дренажных стоков и могут быть использованы в водоохранных мероприятиях при получении дополнительных объемов чистой воды для оросительной мелиорации. Для осуществления способа проводят удаление механических примесей, органических веществ, тяжелых металлов, а также избытка солей в дренажно-сбросном канале путем прохождения дренажного стока через закрепленную в русле дренажно-сбросного канала фильтрующую матрицу, содержащую сорбенты в следующей последовательности, с учетом занимаемого объема сорбентов в фильтрующей матрице: ракушечник-50%, глауконитовый песок-30%, керамзит-20%. Фильтрующая матрица выполнена в виде жесткого металлического каркаса из стального уголка, дно и боковые грани которого покрыты листовой сталью. С рабочей стороны, обеспечивающей пропускание дренажного стока, каркас оборудован сороудерживающей решеткой. Каркас содержит три вставленные съемные кассеты с сорбентами, расположенные в определенной последовательности по пути прохождения дренажного стока: ракушечник, глауконитовый песок, керамзит. Каждая съемная кассета представляет собой металлический корпус из стального уголка, дно и боковые грани которого покрыты листовой сталью. Корпус кассеты оборудован по рабочим сторонам латунными сетками с прикрепленным на них изнутри волокнистым фильтрующим материалом и имеет по периметру две стяжки в виде полос листовой стали, выполняющих роль ребер жесткости, с монтажными петлями. Изобретения обеспечивают повышение степени очистки дренажного стока. 2 н.п. ф-лы, 4 ил., 4 табл.
Изобретение относится к очистке дренажного стока и может быть использовано в водоохранных мероприятиях для получения дополнительных объемов чистой воды для оросительных мелиораций.
Известен способ /1/ очистки сточных коллекторно-дренажных и подземных вод от тяжелых металлов, марганца, железа, пестицидов и фенолов с помощью дробленого вспученного аргиллита.
Недостатком являются значительные затраты из-за необходимости использования специального оборудования для термообработки сорбента.
Известен также способ /2/ очистки сточных вод от ионов меди сорбцией, использующийся для глубокой очистки промышленных сточных вод. Для этого в сточные воды добавляют активированный уголь, вводят гидроксид натрия, затем всю смесь нагревают при температуре 50÷55°С.
Недостатками являются высокая стоимость очистки сточных вод и необходимость термообработки сорбента. Данный способ позволяет произвести очистку сточных вод от определенных групп загрязняющих веществ, присущих в большей степени промышленным сточным водам, т.е. недостаточно универсален.
Известно сооружение /3/ для очистки коллекторно-дренажных и сточных вод, возводящееся на трассе открытого коллекторно-дренажного канала, состоящее из последовательно установленных отстойников и сорбционных фильтров, выполненных в виде колодцев с установленными в них съемными сетчатыми емкостями, заполненными сорбентом.
Недостатком данного сооружения является дороговизна используемого сорбента: модифицированного аргиллита.
Наиболее близким техническим решением к заявленному является способ очистки дренажного стока и устройство для его осуществления /4/, представляющий собой удаление механических примесей, последующее удаление солей, остатков пестицидов и удобрений непосредственно в дрене пропуском дренажного стока через съемный фильтрующий патрон из гранулированного сапропеля, обернутого волокнистым фильтрующим материалом.
Недостатками данного способа являются большие трудозатраты на гранулирование сапропеля, обработку волокнистого фильтрующего материала глиноземом, изготовление фильтрующего патрона.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение - повышение степени очистки дренажного стока, улучшение эколого-мелиоративной обстановки.
Решение данной задачи достигается тем, что для повышения степени очистки дренажного стока предлагается использовать три сорбента, при следующем их расположении по ходу пропуска дренажного стока через очистное устройство - фильтрующую матрицу с расположенными в ней съемными кассетами с сорбентами в следующей последовательности с учетом занимаемого ими объема в процентах: ракушечник-50%, глауконитовый песок-30%, керамзит-20%.
В качестве сорбента в съемных кассетах предлагается использовать глауконитовый песок месторождения р.Тузлов Октябрьского района Ростовской области и керамзит Ростовского завода легких заполнителей, которые обладают поглотительной способностью по отношению к ионам тяжелых металлов, а также ракушечник Мишкинского месторождения Ростовской области, обладающий наибольшей емкостью катионного обмена и способностью к подкислению. Совместное использование перечисленных компонентов местного ресурса позволяет эффективно производить очистку дренажного стока, который, проходя сорбционный материал, загруженный в съемные кассеты, помещенный в фильтрующую матрицу, очищается от механических примесей, ионов тяжелых металлов, а также избытка ионов солей и может в дальнейшем использоваться при оросительных мелиорациях.
Для изучения процесса очистки дренажного стока были проведены полевые исследования, а также лабораторные опыты по выявлению оптимального состава сорбента.
Исследования по определению химического состава дренажного стока и оптимального состава сорбента (соотношения: ракушечник, глауконитовый песок, керамзит) для его очистки проводились в эколого-аналитической лаборатории ФГНУ «РосНИИПМ». Лаборатория аккредитована в системе Саал, аттестат аккредитации №POCC.RU 0001.512581 действует до 08.08.2010 г.
Производилась очистка дренажного стока, имеющего исходный химический состав, представленный в таблице 1. Результаты анализа исходного дренажного стока показывают, что в нем преобладает сульфатно-натриевый состав, дренажный сток слабоминерализован. При его использовании может возникнуть натриевое осолонцевание и хлоридное засоление почв. В дренажном стоке содержится повышенное количество ионов меди (ЗПДК) /5/ и ионов цинка (2 ПДК). Данный дренажный сток непригоден для полива сельскохозяйственных культур.
Результаты механического и микроагрегатного составов компонентов сорбента приводятся в таблице 2, которые показывают, что в механическом составе глауконитового песка преобладают фракции размером 0,25÷0,05 мм (66,78%), в керамзите - фракции размером более 0,25 мм (82,16%), в ракушечнике - 0,25÷0,005 мм и более (73,18%). Содержание физической глины в ракушечнике повышено - более 12%. Ракушечник обладает наибольшей емкостью катионного обмена из всех трех предложенных компонентов (508 мг-экв на 100 г сорбента).
Для установления оптимального соотношения компонентов сорбента для эффективной очистки исходного дренажного стока, проводились лабораторные опыты с экспериментально заданной долей каждого из сорбентов (в процентах по отношению к общему объему всех трех компонентов сорбента), представленных в таблице 3.
| Таблица 3 Варианты составов сорбентов |
|||
| № состава | Глауконитовый песок, % по объему | Керамзит, % по объему | Ракушечник, % по объему |
| 1 | 40 | 30 | 30 |
| 2 | 50 | 20 | 30 |
| 3 | 60 | 20 | 20 |
| 4 | 50 | 10 | 40 |
| 5 | 30 | 20 | 50 |
| 6 | 40 | 40 | 20 |
В опыте №1 (табл.4) проводилась очистка дренажного стока через сорбенты по составу №1. При этом эффект очистки дренажного стока от ионов меди составил 96,167%, ионов железа - 99,7%, ионов цинка - 97,2%, ионов магния - 58,5%, ионов натрия - 14,43%, сульфат-ионов - 11,16%, значение рН увеличилось на 3,56%, количество ионов кальция возросло на 25%.
В опыте №2 (табл.4) очистка дренажного стока проводилась через сорбенты по составу №2, при этом эффект очистки дренажного стока от ионов меди составил 98,33%, ионов железа - 99,83%, ионов цинка - 94,67%, ионов магния - 37,8%, ионов натрия - 27,45%, сульфат-ионов - 15,7%, значение рН увеличилось на 5,2%, количество ионов кальция возросло на 30,7%.
В опыте №3 очистка проводилась через сорбенты по составу №3, при этом эффект очистки дренажного стока от ионов меди составил 97,5%, ионов железа - 100%, ионов цинка - 96,6%, ионов магния - 56,1%, значение рН увеличилось на 3,56%, количество ионов кальция возросло на 44,2%.
В опыте №4 проводилась очистка дренажного стока по четвертому составу компонентов сорбента, при этом эффект очистки дренажного стока от ионов меди составил 82%, ионов железа - 99,7%, ионов цинка - 43,2%, ионов магния - 23,17%, значение рН снизилось на 6,85%, количество ионов кальция возросло на 21,15%.
В опыте №5 проводилась очистка дренажного стока по пятому соотношению компонентов сорбента, при этом эффект очистки дренажного стока от ионов меди составил 92,2%, ионов железа - 99,6%, ионов цинка - 61,75%, ионов магния - 12,2%, ионов натрия - 20,2%, сульфат-ионов - 16,1%, значение рН снизилось на 6,03%, количество ионов кальция возросло на 2%.
В опыте №6 проводилась очистка по шестому составу компонентов сорбента, при этом эффект очистки дренажного стока от ионов меди составил 97,8%, ионов железа - 99,96%, ионов цинка - 97,04%, ионов магния - 58,54%, ионов натрия - 22,2%, сульфат-ионов - 14,5%, значение рН увеличилось на 4,1%, количество ионов кальция возросло на 25%, ионов калия -на 80%.
Согласно полученным результатам, наиболее оптимальным является состав сорбента №5 (табл.4), т.е. сорбция осуществлялась через последовательно расположенные в фильтрующей матрице сорбенты в следующем соотношении % по объему: ракушечник - 50%, глауконитовый песок - 30%, керамзит - 20%. Полученный эффект очистки от ионов тяжелых металлов удовлетворяет ПДК /5/ веществ в дренажном стоке для орошения и способствует улучшению качества дренажного стока, что позволяет использовать его при оросительных мелиорациях.
Способ позволяет упростить подготовку (обработку) сорбирующих материалов, произвести очистку дренажного стока от различных групп загрязняющих веществ в зависимости от соотношения компонентов сорбентов, подготовить дренажный сток к использованию в оросительных мелиорациях.
Изобретение поясняется чертежами (фиг.1, 2, 3 и 4).
На фиг.1 изображен каркас фильтрующей матрицы.
На фиг.2 - съемная кассета.
На фиг.3 - фильтрующая матрица в сборе.
На фиг.4 - отрезок дренажно-сбросного канала с размещенной в нем фильтрующей матрицей (вид сверху).
Способ очистки дренажного стока включает в себя удаление механических примесей, последовательное удаление органических веществ, тяжелых металлов, а также избытка ионов солей. Удаление загрязнений осуществляется в русле дренажно-сбросного канала путем прохождения дренажного стока через вложенную в него фильтрующую матрицу. Фильтрующая матрица (фиг.1) представляет собой металлический каркас 1 из уголка стального 50×50 мм, дно и боковые грани которого покрыты листовой сталью толщиной 5 мм. С рабочей стороны (позволяющей пропускать дренажный сток на очистку) фильтрующая матрица оборудована сороудерживающей решеткой 2 из арматуры стыкосварной А-500 ГОСТ 5781 d-8 мм с шагом 50 мм, с противоположной рабочей стороны (при выходе дренажного стока из устройства) - ребрами жесткости 3 из арматуры d=16 мм. Каркас фильтрующей матрицы изготавливается на монтажной площадке и помещается в русло дренажно-сбросного канала автокраном. Пространство между откосами канала и боковыми гранями фильтрующей матрицы (фиг.4) заполняется водонепроницаемым составом (например бетоном). Высота фильтрующей матрицы определяется максимальным уровнем воды в дренажно-сбросном канале, а ширина равна ширине дренажно-сбросного канала по дну.
В фильтрующую матрицу вставляются съемные кассеты (фиг.2 и фиг.3) (4, 5, 6) с сорбентами, расположенными в определенной последовательности по ходу прохождения дренажного стока с учетом занимаемого ими объема в процентах (ракушечник-50%, глауконитовый песок-30%, керамзит-20%). Каждая съемная кассета (фиг.2) представляет собой металлический корпус 7 из уголка стального 40×40 мм, дно и боковые грани которого покрыты листовой сталью толщиной 5 мм. Корпус 7 защищен с рабочих сторон латунными фильтровальными сетками 8 с ячейками 10×10 мм, на которые изнутри при помощи скоб прикрепляется волокнистый фильтрующий материал 9 из нетканого полотна, имеющий средний размер пор не более 0,005 мм и толщину 2÷4 мм (в 3-5 слоев в зависимости от степени загрязненности дренажного стока). Каркас каждой съемной кассеты имеет по своему поперечному периметру две металлические стяжки 10 в виде полос листовой стали толщиной 5 мм (служащие ребрами жесткости - шириной 10 см) с монтажными петлями 11 сверху для удобства погрузо-разгрузочных работ.
Съемные кассеты с сорбентами доставляются автотранспортом и вставляются в фильтрующую матрицу автокраном. Уровень сорбентов в фильтрующей матрице должен быть не ниже максимального уровня воды пропускаемого дренажно-сбросного стока.
Устройство работает следующим образом. Дренажный сток, проходя через фильтрующую матрицу со съемными кассетами, последовательно очищается от крупного мусора на сороудерживающей решетке 2 (фиг.3), затем через латунные фильтровальные сетки 8 и волокнистый фильтрующий материал 9 съемных кассет, которые задерживают на себе коллоидные частицы дренажного стока и одновременно препятствуют вымыванию частиц сорбентов из съемных кассет. При прохождении дренажного стока через сорбенты, расположенные в фильтрующей матрице в следующей последовательности с учетом занимаемого объема в процентах (ракушечник-50%, глауконитовый песок-30%, керамзит-20%), происходит сорбция примесей (т.е. поглощение тяжелых металлов и коррекция ионного состава). Атмосферные осадки не оказывают влияния на процесс очистки дренажно-сбросного стока.
Для определения снижения впитывающей способности сорбентов необходимо проводить отбор и анализ проб очищенного дренажного стока в начале, середине и конце поливного сезона. В случае значительного увеличения концентраций загрязняющих веществ в дренажном стоке, прошедшем очистку, сорбент в съемных кассетах заменяется. Отработанный сорбент утилизируется в дамбах обвалования полигонов твердых бытовых отходов (ТБО).
Очистка от определенных групп загрязняющих веществ может осуществляться в зависимости от подбираемого соотношения сорбентов.
Источники информации
1. SU, А.С. № 2062751, C02F 1/28, Б.И. №17 от 20.06.2000.
2. SU, А.С. СССР № 1495308, C02F 1/62, Б.И. №27 от 23.07.89.
3. SU, А.С. № 2062634, B01D 36/04, Б.И. №17 от 20.06.2000.
4. SU, А.С. № 2091538, Е02 В 11/00, Б.И. №08 от 27.09.1997.
5. Ясониди О.Е. Водосбережение при орошении / Новочеркасская государственная мелиоративная академия. - Новочеркасск, УПТ «Набла» ЮРГТУ (НПИ), 2004 г., с.165.
1. Способ очистки дренажного стока от находящихся в нем механических примесей, ионов тяжелых металлов, избытка соединений солей путем пропускания его через сорбент непосредственно в дренажно-сбросном канале, отличающийся тем, что сорбцию осуществляют путем пропускания стока через сорбенты в следующей последовательности с учетом занимаемого объема сорбентов в фильтрующей матрице в процентах: ракушечник-50%, глауконитовый песок-30%, керамзит-20%.
2. Устройство для очистки дренажного стока, включающее фильтрующую матрицу с сорбентами для удаления механических примесей, ионов тяжелых металлов, избытка соединений солей, монолитно закрепленную в русле дренажно-сбросного канала, отличающееся тем, что фильтрующая матрица выполнена в виде жесткого металлического каркаса из стального уголка, дно и боковые грани которого покрыты листовой сталью, с рабочей стороны оборудованного сороудерживающей решеткой, и включающего в себя три вставленные съемные кассеты с сорбентами, расположенными в следующей последовательности по ходу прохождения дренажного стока с учетом занимаемого объема сорбентов в фильтрующей матрице в процентах: ракушечник-50%, глауконитовый песок-30%, керамзит-20%, причем каждая съемная кассета представляет собой металлический корпус из стального уголка, дно и боковые грани которого покрыты листовой сталью, оборудованный по рабочим сторонам латунными сетками с прикрепленным на них изнутри волокнистым фильтрующим материалом, и имеющий по поперечному периметру две металлические стяжки в виде полос листовой стали с монтажными петлями.
