Способ очистки сточных вод

Изобретение относится к области очистки сточных вод и предназначено для очистки сточных вод от взвешенных веществ в коммунальном хозяйстве, при очистке ливневых вод, в золоторудной, целлюлозно-бумажной, металлургической, горной, нефтяной и нефтехимической промышленности, водном хозяйстве и энергетике. Очистку осуществляют биофлокуляцией, в качестве биофлокулянта вводят суспензию водорослей в количестве одна весовая часть от сухого вещества водорослей на 6-60 весовых частей взвешенных веществ сточных вод и осадок суспензии водорослей со взвешенными веществами отстаивают. На клетках водоросли создают заряд путем поддержания рН в пределах от 4 до 9, введением модификатора - многозарядного иона, обладающего способностью к сорбции на поверхности клеток водорослей, в качестве которого используют сополимер малеиновой кислоты со стиролом, полимер, белок. Технический эффект - снижение затрат, повышение эффективности и стабильности работы и улучшение качества очистки вод от взвешенных примесей в больших объемах. 8 з.п. ф-лы.

 

Предлагаемое изобретение относится к области очистки сточных вод. Способ преимущественно предназначен для очистки сточных вод от взвешенных веществ. Область применения - коммунальное хозяйство, очистка ливневых вод, золоторудная промышленность, целлюлозно-бумажная промышленность, горная промышленность, нефтяная и нефтехимическая промышленность, водное хозяйство, металлургическая промышленность и энергетика.

Известен способ биологической очистки сточных вод /Патент РФ №2240291, C02F 3/02 2004 г./. Способ используется в коммунальном хозяйстве при очистке городских и близких к ним по составу промышленных сточных вод. Способ включает процеживание воды, отстаивание, обработку стоков микроорганизмами и последующее обеззараживание очищенных стоков. Биологическую очистку осуществляют с использованием трехиловой системы.

Недостатком этого способа является нестабильность эффективности очистки в зависимости от природных факторов (снижение БПК и биозольных элементов в условиях холодного времени года и колебаний инсоляции).

Известен способ очистки сточных вод с использованием элементов естественной экологической системы /Патент РФ №2100292 C02F 3/32 1997 г./, включающий очистку воды в биологических прудах путем внесения в нее микроводорослей, сточную воду дополнительно очищают на биоплато и естественном болоте за счет контакта с высшей водной растительностью и болотным биоценозом. Сточную воду подвергают обеззараживанию в биологических прудах путем внесения в нее зеленых, сине-зеленых и диатомовых микроводорослей в соотношении 1:1:1 и концентрации 4,99·10⁵ кл/мл. Водоросли выращивают в сточной воде. Затем воду сбрасывают на биоплато, представляющее собой слабовыраженный по рельефу участок поверхности земли с высшей водной растительностью при густоте посадки 160 экз/м², скорости течения 0,01-0,003 м/с и высоте напуска стока 0,1-0,2 м. Окончательно воду очищают на естественном болоте с высшей водной растительностью с густотой посадки 75 экз/м², скоростью течения 0,001 м/с и высотой напуска 0,45 м.

Недостатком способа является низкая поверхностная поглотительность водорослей, снижение БПК и биозольных элементов в условиях холодного времени года и колебаний инсоляции, снежного покрова и осадков.

Наиболее близким техническим решением является способ очистки сточных вод животноводческих комплексов, ферм и птицефабрик с помощью адаптированного комплекса микроводорослей, высшей водной растительности, зоопланктона и рыбы /Патент РФ №2140735 А01К 61/00, C02F 3/32 1999 г./. Способ предусматривает прохождение сточной жидкости через водорослевые пруды, в которые вносят адаптированный альгологический комплекс из диатомовых зеленых и протококковых водорослей при контактном режиме работы. Затем очищают жидкость в рачковых прудах, которые инокулируют культурой Daphnia magna. После 30-40 дней биологической очистки сточные воды используют для выращивания рыбопосадочного материала. Для этого производят одновременное зарыбление прудов трехдневной личинкой карпа с плотностью посадки 30-40 тыс. шт./га или карпо-карася не более 30 тыс. шт./га и растительноядных рыб 10 тыс. шт./га. Сточная жидкость проходит через ботаническую площадку с высшей водной растительностью, размещенную между рачковыми и рыбоводными прудами.

Недостатком способа является снижение БПК и биозольных элементов в условиях холодного времени года и колебаний инсоляции, а также в нестабильности характеристик очистки из-за колебаний в расходе сточных вод.

Задачей предлагаемого изобретения является создание способа, позволяющего снизить затраты, повысить эффективность и стабильность работы и улучшить качество очистки вод от взвешенных примесей в больших объемах.

Поставленная задача достигается тем, что в способе очистки сточных вод путем введения культуры водорослей очистку осуществляют биофлокуляций, в качестве биофлокулянта вводят суспензию водорослей в количестве одна весовая часть от сухого вещества водорослей на 6-60 весовых частей взвешенных веществ сточных вод, и осадок суспензии водорослей со взвешенными веществами отстаивают.

На клетках водоросли создают заряд, путем поддержания рН в пределах от 4 до 9, введением модификатора - многозарядного иона, обладающего способностью к сорбции на поверхности клеток водорослей, в качестве которого используют сополимер малеиновой кислоты со стиролом, полимер, белок.

Суспензию водорослей вводят в приэлектродную зону электрода, создающего заряд, противоположный по знаку заряду суспензии водорослей.

Вводят суспензию водорослей с разными знаками заряда, а затем перемешивают смесь.

Отстоенный осадок освещают и флотируют выделяемым водорослями кислородом.

Вместе с суспензией водорослей вводят суспензию дрожжей, смесь перемешивают, сбраживают и флотируют осадок выделяющимся углекислым газом.

В сточной воде создают градиент светового поля и за счет фототропизма ускоряют процесс разделения фаз.

В сточной воде создают градиент электрического поля, обеспечивающий направленное движение водорослей вдоль градиента электрического поля.

После отстаивания сточную воду пропускают через сорбент, заряд поверхности которого противоположен заряду водорослей, а в качестве сорбента используют инертную матрицу, покрытую пленкой микроорганизмов, имеющей противоположный с водорослями знак заряда.

При рН меньше 4 и больше 9 не будет разницы между зарядами водорослей, они будут взаимно отталкиваться и не будет эффективной очистки.

При соотношении больше 1:6 вода будет загрязняться водорослями, а при соотношении меньше 1:60 вода будет загрязняться взвешенными веществами.

Способ осуществляется следующим образом.

Для флокуляции взвешенных и коллоидных частиц вводят «флокулянт» биологического происхождения, в качестве которого применяют суспензию водорослей. Для эффективного слипания взвешенных загрязнителей с водорослями на клетках водоросли создают заряд путем поддержания рН в пределах от 4 до 9, введения модификатора - многозарядного иона, обладающего специфической сорбцией к поверхности клеток водоросли, например сополимер малеиновой кислоты со стиролом, полимер (полиакриловая кислота, белок). Флокуляцию можно осуществлять в процессе электрофлотации. Причем при введении суспензии водоросли ее вводят в приэлектродную зону электрода, создающего заряд, противоположный по знаку заряду суспензии. Для флокуляции суспензий сложного состава в суспензию вводят суспензии водорослей с разными знаками заряда, а затем перемешивают смесь подают суспензию дрожжей, а затем перемешивают смесь, изменяют рН до оптимума для дрожжей, сбраживают, флотируют осадок выделяющимся углекислым газом. Сточную воду помещают в градиент электрического поля, за счет удлиненной формы клеток водоросли создают направленное движение клеток по градиенту электрического поля. Для отделения флокулированного осадка его освещают, при этом осадок флотируют с помощью выделяемых водорослями кислорода, помещают сточную воду в градиент светового поля и за счет фототропизма ускоряют процесс разделения фаз. После осаждения пропускают через сорбент, заряд поверхности которого противоположен заряду водоросли, в качестве сорбента используют инертную матрицу, покрытую пленкой микроорганизмов, имеющую противоположный с водорослями знак.

Пример 1. В сточную воду 1 л, хозбытовую, содержащую 130 мг взвешенных веществ, вводят 10,8 мл (сухой вес 2,16 г), что составляет соотношение 1:60 смеси водорослей (1:1:1) зеленых (Chlorella vulgaris, Scenedesmus sp.), синезеленых (Osciellatoria sp., Anabaena sp.) и диатомовых (Navicula radiosa) водорослей в 10 мл воды, при рН=9. Перемешали лопастной мешалкой 50 об./мин в течение 5 минут. Дали отстояться в течение 15 минут. Образуется флокулированный осадок. После отстаивания содержание взвешенных веществ 40 мл/л.

Пример 2. В сточную воду ливневой канализации, содержащую 1200 г/л взвешенных частиц 100 мл водорослей в 10 мл водного раствора 1% сульфата алюминия вводят 108 мл смеси водорослей (1:1:1) зеленых (Chlorella vulgaris, Scenedesmus sp.), синезеленых (Osciellatoria sp., Anabaena sp.) и диатомовых (Navicula radiosa) водорослей (20 г по сухому весу) в 10 мл воды (1000 мл/л) при рН=4. Перемешивают дисперсию 5 минут. Отстаивание в течение 15 минут. Образуется флокулированный осадок. После отстаивания содержание взвеси 6,2 мг/л.

Пример 3. Сточную воду ливневой канализации, содержащую 1184 мг/л взвешенных веществ, помещают в электролизер, состоящий из винипластового сосуда на 1400 мл объемом, стального катода и алюминиевого электрода. Создают напряжение в 6 В. В прианодную область вводят 10,0 мл суспензии микроводорослей с содержанием 100 мг/мл 0,2 г по сухому весу (1:6). Обработка 5 минут. Содержание взвешенных веществ в отстоявшейся воде 3,1 мг/л.

Пример 4. По примеру 2, но вводят 110 мл раствора суспензии (1:6) и водного раствора 1% сополимера малеиновой кислоты и стирола в 0,1 Н раствора NaOH (pH=9). Содержание веществ после отстаивания 4,7 мг/л.

Пример 5. По примеру 2, но вводят 100 мл раствора водорослей в 10 мл 1% водного раствора альбумината натрия (из активного ила). Содержащихся веществ после отстаивания 4,9 мл/л.

Пример 6. По примеру 1, но сначала вводят 5 мл суспензии водоросли, затем 5 мл суспензии водоросли другого вида. Содержание веществ после отстаивания 1,6 мг/л.

Пример 7. По примеру 2, но после перемешивания суспензии освещают лампой дневного света 5 мин и дают отстояться. Флокулированный осадок уходит вверх (флотируется).

Пример 8. По примеру 7, но дополнительно вводят 100 мг дрожжей, растворенных в 10 мл 1%-ного раствора сахара. Флокулированный осадок флотируется за 6 минут.

Пример 9. По примеру 7, но дополнительно создают градиент светового поля (половину сосуда затеняют мембраной). Флокулированный осадок флотируется на светлую половину поверхности сосуда (с освещением).

Пример 10. По примеру 3, но анод выполнен в виде стержня, а катод в виде пластинки. Осадок собирается к аноду.

Пример 11. По примеру 1, но после осаждения воду пропускают через сорбент ОДМ-2Ф. Содержание взвешенных веществ в очищенной воде 0,1 мг/л.

Пример 12. По примеру 1, но после осаждения воду пропускают через слой активированного угля с иммобилизованными на его поверхности клетками водоросли сверху вниз через колонку с объемом угля 25 мл. Уголь содержит 100 мг/г водоросли слоем биопленки при рН=5,5. После очистки содержание взвешенных частиц 0,3 мг/л.

Способ флокуляции дает возможность осуществлять очистку больших объемов загрязненных вод, выращивать на месте использования культуру водоросли для использования в горнодобывающей промышленности в отдаленных от коммуникаций районах, обеспечить стабильность процесса очистки вне зависимости от климатических факторов, колебаний.

Предлагаемый способ позволяет снизить затраты, повысить эффективность и стабильность работы и улучшить качество очистки вод от взвешенных примесей в больших объемах.

1. Способ очистки сточных вод путем введения культуры водорослей, отличающийся тем, что очистку осуществляют биофлокуляцией, в качестве биофлокулянта вводят суспензию водорослей в количестве 1 вес.ч. от сухого вещества водорослей на 6-60 вес.ч. взвешенных веществ сточных вод, и осадок суспензии водорослей со взвешенными веществами отстаивают.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на клетках водоросли создают заряд путем поддержания рН от 4 до 9 введением модификатора - многозарядного иона, обладающего способностью к сорбции на поверхности клеток водорослей, в качестве которого используют сополимер малеиновой кислоты со стиролом, полимер, белок.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что суспензию водорослей вводят в приэлектродную зону электрода, создающего заряд, противоположный по знаку заряду суспензии водорослей.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что вводят суспензию водорослей с разными знаками заряда, а затем перемешивают смесь.

5. Способ по 1, отличающийся тем, что отстоенный осадок освещают и флотируют выделяемым водорослями кислородом.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что вместе с суспензией водорослей вводят суспензию дрожжей, смесь перемешивают, сбраживают и флотируют осадок выделяющимся углекислым газом.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в сточной воде создают градиент светового поля и за счет фототропизма ускоряют процесс разделения фаз.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что в сточной воде создают градиент электрического поля, обеспечивающий направленное движение водорослей вдоль градиента электрического поля.

9. Способ по 1, отличающийся тем, что после отстаивания сточную воду пропускают через сорбент, заряд поверхности которого противоположен заряду водорослей, а в качестве сорбента используют инертную матрицу, покрытую пленкой микроорганизмов, имеющей противоположный с водорослями знак заряда.