Устройство для очистки сточной воды

Полезная модель относится к очистке сточных вод от различных загрязнителей до требований предельно допустимой концентрации и может быть использовано в различных отраслях промышленности.

Техническим решением полезной модели является повышение эффективности и надежности очистки сточной воды, уменьшение габаритов и стоимости оборудования, эксплуатационных затрат» расход реагентов и расходов на текущее обслуживание.

Технический результат достигается тем, что устройство для очистки сточной воды, содержащее систему дозирования коагулянта, контактную емкость, эжектор для создания пузырьков газа, генератор озона, причем хлопья и коллоидные частицы, полученные в результате коагуляции и пузырьки газа, образовавшиеся в результате окисления органических соединений удаляются вместе с адсорбированными растворенными и взвешенными примесями при помощи мембранного фильтрующего устройства, работающего в тангенциальном режиме, когда концентрат примесей, не прошедший через мембрану, возвращается обратно в контактную емкость, а очищенная вода, прошедшая через мембрану отбирается из контактной емкости до момента образования шлама нужной степени концентрации.

В качестве мембранного фильтрующего устройства используется ультрафильтрационная мембрана, либо микрофильтрационная мембрана, либо нанофильтрационная мембрана, а качестве в качестве коагулянта применяется соль двухвалентного железа, причем пена, образующаяся на поверхности жидкости в контактной емкости при процессе подачи озоно-воздушной смеси осаждается при помощи распыления всего потока либо части потока концентрата примесей не прошедшего через мембрану при помощи центробежной форсунки.

Техническо-экономическим эффектом полезной модели является повышение эффективности и надежности очистки сточной воды, чем отстаивание, фильтрация либо контактная коагуляция, так как размер генерируемых и фильтруемых частиц в предлагаемом техническом решении на несколько порядков меньше, что позволяет резко уменьшить время процесса, следовательно, уменьшить габариты установки и увеличить его эффективность в десятки раз за счет надежной фильтрации наиболее активной субмикронной части хлопьев, микропузырьков газа содержащих основной количество адсорбированных примесей.

Полезная модель относится к очистке сточных вод от различных загрязнителей до требований предельно допустимой концентрации (ПДК) и может быть использовано в различных отраслях промышленности.

Общеизвестно устройство очистки природных вод от загрязнений (см, Г.И.Николадзе, 1987, Технология очистки природных вод, Москва, Высшая школа, стр.44-50), заключающееся в смешении очищаемой воды с реагентами (коагулянтом, щелочью и флокулянтом), образованием хлопьев, отделении их основной части от очищаемой воды отстаиванием и пропуске частично осветленной воды через слой зернистой загрузки, причем для повышения эффекта очистки от растворенной органики (например, от гуминовых и фульвокислот, обуславливающих цветность природных вод) перед смешением очищаемой воды с реагентами в нее вводят окислитель (например, хлор или его производные), а в некоторых случаях дополнительно вводится тонкопомолотый каменный уголь или порошкообразный активный уголь.

Однако к недостаткам данного технического решения очистки относятся значительные расходы реагентов и окислителя, особенно при очистке маломутных высокоцветных вод с низкими температурами. Кроме того, даже при этих условиях далеко не всегда достигается требуемый эффект очистки, особенно от растворенной органики (фенолов, хлорорганических соединений, поверхностно-активных веществ - ПАВ и др.) и следов тяжелых металлов, а также сложное реагентное хозяйство (особенно при использовании тонкопомолотого каменного угля или порошкообразного активного угля), достаточно высокая стоимость и недостаточная эффективность очистки. Ограничение эффективности очистки связанно с тем, что наиболее мелкая фракция хлопьев, имеющая наиболее открытую поверхность не успевает утонуть в течение процесса очистки или вообще не тонет из-за перемешивания связанного с броуновским движением или из-за захваченных пузырьков газа, а также не может быть отфильтрована зернистым фильтром.

Известно устройство для очистки жидких сред флотацией (см., патент RU 2166481 МПК C02F 01/24, G05D 27/00, публикация от 10.05.2001), содержащее флотатор, насос для ввода очищаемой жидкости, эжектор с сатуратором, лоток для удаления пены, мутномеры, сопло, заслонку, сумматор, функциональный преобразователь, устройство автоматического поиска экстремума, следящий привод.

Недостатки устройства: Ограничение эффективности очистки связанное с тем, что наиболее мелкая фракция пузырьков, имеющая наиболее развитую поверхность и сорбционную активность не успевает всплыть в течение процесса очистки или вообще не всплывает из-за перемешивания связанного с броуновским движением.

Известна установка для очистки сточных вод (см., патент RU 2104968 МПК C02F 09/00, публикация от 20.02.1998), содержащая резервуар-усреднитель, решетку, насос, коагулятор, фильтр с зернистой загрузкой, озонатор и узел обработки осадка, причем она снабжена электролизером, коагулятором с блоками нерастворимых и растворимых электродов, виброфильтром для первичного отделения осадка, электрокоагулятором второй ступени с растворимыми анодами, фильтрами первой, второй, третьей, четвертой ступеней, а узел обработки осадка снабжен виброуплотнителем, барабанной сушилкой-дробилкой, электрокалорифером и бункером для выгрузки и пакетирования осадка.

Фильтры первой и четвертой ступеней имеют нейтральную зернистую загрузку, а фильтры второй и третьей ступеней сорбционную зернистую загрузку активированным углем, причем в качестве нейтральной зернистой загрузки используют, например, кварцевый песок, дробленый керамзит, горелую породу или другие местные материалы фракции 1,0 2,0 мм, а в качестве сорбционной загрузки используют дробленый активированный уголь фракции 2,8 5,0 мм в фильтре второй ступени и фракции 0,5 2,8 мм в фильтре третьей ступени.

К недостаткам этого устройства относится большие эксплуатационные затраты, связанные с расходом электроэнергии на процесс электролиза, необходимость частой замены растворимых электродов и ограничение степени очистки воды связанное с невозможностью отделения мелких коллоидных частиц, полученных в результате реагентной и электролизной коагуляции.

Для более полного понимания сущности предлагаемого технического решения приводим уточняющие термины, употребляемые для его описания: поверхностно-активные вещества - ПАВ - химические соединения, которые, концентрируясь на поверхности раздела фаз, вызывают снижение поверхностного натяжения;

сатуратор - аппарат для газирования жидкостей; коагулянты, коагулирующие агенты - вещества, введение которых в жидкую среду, содержащую мелкие частицы какого-либо тела, вызывает коагуляцию, т.е. слипание этих частиц;

флокулянты - увеличивают размеры хлопьев, образовавшихся в ходе коагуляции и агломерация взвешенных частиц для их механического удаления;

флокулянт-коагулянт обеспечивает снижение времени образования осадка, рост скорости его седиментации, применяем при пониженных температурах, эффективно удаляет нефтепродукты, жировые загрязнения и взвешенные вещества;

коалесцирующий элемент - синтетическая ткань, имеющая гладкую поверхность с одной стороны и ворсистую с другой, работающей только по принципу поверхностной коалесценции одной ворсистой стороной, где происходит ускоренное слияние укрупненных капель и окончательное фазоразделение;

мембрана - разделяющая фаза, находящаяся между двумя другими фазами и действующая как активный или пассивный барьер в процессе переноса вещества между этими фазами под действием движущей силы;

мембрана нанофильтрационная - полупроницаемая анизотропная мембрана с размером пор от 3 до 30 нм, обладающая собственным зарядом и используемая в баромембранных процессах разделения многовалентных электролитов;

ультрафильтрация - баромембранный процесс разделения, в котором мембрана задерживает высокомолекулярные частички молекулярной массой от 2000 до 106 Д;

озонирование - один из лучших способов обеззараживания питьевой воды, при высокой степени обеззараживания озонирование обеспечивает наилучшие органолептические показатели воды и отсутствие высокотоксичных и канцерогенных продуктов; озон - состоящий из трехатомных молекул О₃ аллотропная модификация кислорода:

водородный показатель, рН (potentia hydrogeni - сила водорода), - мера активности (в случае разбавленных растворов совпадает с концентрацией) ионов водорода в растворе, количественно выражающая его кислотность, вычисляется как отрицательный (взятый с обратным знаком) десятичный логарифм концентрации водородных ионов, выраженной в молях на литр;

синтетические поверхностно-активные вещества - СПАВ - вещества, которые при растворении в воде понижают ее поверхностное натяжение на границе с воздухом, а также на границе раздела с другими телами;

предельно допустимая концентрация - ПДК - утвержденный в законодательном порядке санитарно-гигиенический норматив содержания вредного вещества в окружающей (или производственной) среде, практически не влияющего на здоровье человека;

Техническим решением полезной модели является повышение эффективности и надежности очистки сточной воды, уменьшение габаритов и стоимости оборудования, эксплуатационных затрат, расход реагентов и расходов на текущее обслуживание.

Технический результат достигается тем, что устройство для очистки сточной воды, содержащее систему дозирования коагулянта, контактную емкость, эжектор для создания пузырьков газа, генератор озона, причем хлопья и коллоидные частицы, полученные в результате коагуляции и пузырьки газа, образовавшиеся в результате окисления органических соединений удаляются вместе с адсорбированными растворенными и взвешенными примесями при помощи мембранного фильтрующего устройства, работающего в тангенциальном режиме, когда концентрат примесей, не прошедший через мембрану, возвращается обратно в контактную емкость, а очищенная вода, прошедшая через мембрану отбирается из контактной емкости до момента образования шлама нужной степени концентрации.

В качестве мембранного фильтрующего устройства используется ультрафильтрационная мембрана, либо микрофильтрационная мембрана, либо нанофильтрационная мембрана, а качестве в качестве коагулянта применяется соль двухвалентного железа, причем пена, образующаяся на поверхности жидкости в контактной емкости при процессе подачи озоно-воздушной смеси осаждается при помощи распыления всего потока либо части потока концентрата примесей не прошедшего через мембрану при помощи центробежной форсунки.

Сущностью технического решения является то, что одновременное озонирование сточной воды вместе с дозированием коагулянта стимулирует образование сверхмелких хлопьев и коллоидных частиц, что резко увеличивает эффективность коагуляции. При использовании в качестве коагулянта растворимых солей двухвалентного железа одновременно с озонированием происходит, окисление железа до нерастворимой трехвалентной формы с образованием коллоидных частиц субмикронного размера, обладающих каталитической и адсорбционной активностью и большой развитой поверхностью. Кроме того озонирование увеличивает способность к коагуляции молекул органических соединений. Это происходит потому, что молекулы растворенных органических соединений, частично окисленные озоном, более подвержены коагуляции. В ряде случаев, таким образом, удается достичь эффективной коагуляции веществ вообще не способных к коагуляции без обработки озоном. При эжекторной подаче озона в воду возникает эффект вскипания, аналогичный используемый в напорной флотации, но пузыри газа образующиеся при этом существенно меньше. Механизм образования этих микропузырей в этом случае связан с выделением углекислоты при окислении озоном органических соединений в толще воды. Таким образом, удается получить пузыри субмикронного размера, обладающие чрезвычайно развитой поверхностью и адсорбционной активностью, однако большое время всплытия таких пузырей не позволяет их использовать при обычной флотационной очистке. Для удаления полученных хлопьев, коллоидных частиц и микропузырей использовалась ультрафильтрационная мембрана. Фильтрация микропузырей и хлопьев, полученных в результате коагуляции, при помощи ультрафильтрационной мембраны - самая простая и надежная механическая очистка воды после применения коагулянта и озонирования.

Сравнение предлагаемого решения с известными техническими решениями показывает, что оно обладает новой совокупностью существенных признаков, которые совместно с известными признаками позволяют успешно реализовать поставленную цель.

Сущность полезной модели поясняется чертежом.

Состав устройства:

1-система дозирования коагулянта;

2-контактная емкость;

3-эжектор;

4-центробежная форсунка;

5-озонатор;

6-мембранное фильтрующее устройство;

7-насос;

Устройство работает следующим образом:

Вода после механического отделения твердых и крупных взвешенных частиц в контактную емкость 2, где, в процессе перекачки происходит подача озона, коагулянта и при необходимости коррекция рН. Далее вода, продолжает перекачиваться по циклу проходя через эжектор 3 для дополнительного ввода озоно-воздушной либо озоно-кислородной смеси что стимулирует образование хлопьев и микропузырьков газа в виде мелкодисперсного коллоидного раствора или эмульсии, причем хлопья, коллоидные частицы и микропузырьки адсорбируют растворенные примеси и взвешенные частицы. Крупные частицы тонут, относительно крупные пузырьки газа образуют слой пены на поверхности воды. После завершения процесса вода начинает подаваться на ультрафильтрационный мембранный модуль 6, задерживающий все коллоидные частицы и микропузырьки газа, содержащие основное количество адсорбированных органических соединений и СПАВ. Очищенная вода, прошедшая через мембрану 6 подается в резервуар чистой воды, и сливается либо поступает на следующие ступни очистки, а концентрат примесей не прошедший через мембрану 6 возвращается в контактный аппарат 2. После откачки чистой воды в контактном аппарате 2 остается шлам в виде пены и концентрированного коллоидного раствора, который откачивается в накопитель шлама и цикл повторяется.

Техническо-экономическим эффектом полезной модели является повышение эффективности и надежности очистки сточной воды, чем отстаивание, фильтрация либо контактная коагуляция, так как размер генерируемых и фильтруемых частиц в предлагаемом техническом решении на несколько порядков меньше, что позволяет резко уменьшить время процесса, следовательно, уменьшить габариты установки и увеличить его эффективность в десятки раз за счет надежной фильтрации наиболее активной субмикронной части хлопьев, микропузырьков газа, содержащих основной количество адсорбированных примесей.

1. Устройство для очистки сточной воды, содержащее систему дозирования коагулянта, контактную емкость, эжектор для создания пузырьков газа, генератор озона, отличающееся тем, что хлопья и коллоидные частицы, полученные в результате коагуляции, и пузырьки газа, образовавшиеся в результате окисления органических соединений, удаляются вместе с адсорбированными растворенными и взвешенными примесями при помощи мембранного фильтрующего устройства, работающего в тангенциальном режиме, когда концентрат примесей, не прошедших через мембрану, возвращается обратно в контактную емкость, а очищенная вода, прошедшая через мембрану, отбирается из контактной емкости до момента образования шлама нужной степени концентрации.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве мембранного фильтрующего устройства используется ультрафильтрационная мембрана.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве мембранного фильтрующего устройства реализуется микрофильтрационная мембрана.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве мембранного фильтрующего устройства выполняется нанофильтрационная мембрана.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пена, образующаяся на поверхности жидкости в контактной емкости при процессе подачи озоно-воздушной смеси, осаждается при помощи распыления всего потока либо части потока концентрата примесей, не прошедшего через мембрану при помощи центробежной форсунки.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве коагулянта используется соль двухвалентного железа.