Способ очистки сточных вод от поверхностно-активных веществ

Изобретение относится к способам очистки сточных вод от поверхностно-активных веществ (ПАВ) и может быть использовано для утилизации отработанных моющих растворов предприятий коммунально-бытового обслуживания населения, большинства водоемких производств легкой промышленности, в системах водоочистки производственных процессов химической промышленности, включающих ПАВ в качестве смачивателей, эмульгаторов, стабилизаторов и др., а также для очистки хозяйственно-бытовых стоков. Очищаемую воду предварительно подвергают ультразвуковой обработке в режиме кавитации при плотности мощности ультразвуковых колебаний 1,5-3 Вт/см², после чего пакет электродов подключают к источнику постоянного тока и осуществляют совместную ультразвуковую и электрокоагуляционную обработку в режиме кавитации при плотности мощности ультразвуковых колебаний 1-2 Вт/см² с последующей доочисткой сточных вод электрокоагуляцией. При этом все стадии обработки воды осуществляют последовательно в одном электрохимическом реакторе. Технический эффект - повышение эффективности очистки воды от ПАВ при одновременном снижении энергозатрат и расхода реагентов. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к способам очистки сточных вод от поверхностно-активных веществ (ПАВ) и может быть использовано для утилизации отработанных моющих растворов предприятий коммунально-бытового обслуживания населения, большинства водоемких производств легкой промышленности, в системах водоочистки производственных процессов химической промышленности, включающих ПАВ в качестве смачивателей, эмульгаторов, стабилизаторов и др., а также для очистки хозяйственно-бытовых стоков.

Известен способ очистки промышленных сточных вод, содержащих высоко устойчивые загрязнения, такие как ПАВ, посредством электролиза с использованием растворимых стальных или алюминиевых анодов, согласно которому по действием тока происходит электрохимическое растворение металла и в воду переходят катионы железа или алюминия, взаимодействующие с гидрооксидными группами с образованием хлопьев коагулянта (Родионов А.И., Клушин В.Н., Систер В.Г. Технологические процессы экологической безопасности. - Калуга: Изд-во Н. Бочкаревой, 2000 г., с.347).

Недостатком известного способа при значениях pH=6-9 является пассивация анода оксидной пленкой и электрофоретическим осадком ПАВ, накопление осадка в межэлектродном пространстве, закупорка последнего в случае устойчивого пенообразования. Пассивация ведет к резкому падению тока, текущего через раствор, и, как следствие, к увеличению энергозатрат и снижению эффективности очистки.

Для повышения эффективности очистки путем предотвращения пассивации электродов используют корректировку водородного показателя стока (pH), введение депассиваторов и повышение температуры.

Известен способ очистки сточных вод от синтетических ПАВ, включающий предварительную корректировку pH до 4,5-6,0, электрокоагуляцию в течение 1,5-4,0 мин с использованием алюминиевых электродов при плотности тока 1,5-2,0 А/дм² в присутствии хлорид-ионов в концентрации 400-435 мг/л с последующей корректировкой pH до 6,5-7,0 и отстаиванием (патент РФ №2074123 «Способ очистки сточных вод от синтетических поверхностно-активных веществ», МПК ⁶ C02F 1/463, опубл. 27.02.1997 г.).

Недостатком известного способа является необходимость двухстадийной корректировки pH стока для предотвращения пассивации электродов и высокие концентрации хлорид-ионов.

Известен способ очистки сточных вод от ПАВ посредством обработки хлоридом кальция (CaCl₂) с последующей электрокоагуляцией с алюминиевым анодом при плотности тока 1-1,2 А/дм² в течение 15-20 мин (а.с. СССР №789406 «Способ очистки сточных вод от поверхностно-активных веществ», МПК ⁶ С02F 1/463, С02F 101/30, опубл. 23.12.1980 г.).

Недостатком известного способа является введение в сток добавки хлорида кальция, предотвращающего пассивирование анода, но в то же время создающего новый источник загрязнения воды.

Известен способ очистки сточных вод от ПАВ в нейтральной среде при повышенной температуре, равной 45-55°С, и плотности тока 0,4-2,6 А/дм² (а.с. СССР №710013 «Способ очистки сточных вод», МПК ⁶ С02F 1/463, С02F 101/30, опубл. 15.01.1980 г.).

Недостатком известного способа является необходимость нейтрализации стока и поддержания его постоянной температуры.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ очистки воды, заключающийся в том, что очищаемую воду подвергают электрокоагуляционной обработке с дополнительным введением коагулянта с флокулянтом и активирующей добавки при массовом отношении активирующей добавки к коагулянту с флокулянтом, равным 0-500 мас.ч., дополнительно очищаемую воду обрабатывают упругими колебаниями с интенсивностью, обеспечивающей реализацию в воде кавитации с уровнем кавитационного шума в частотном диапазоне 500-500000 Гц не ниже 50 дБ по всему объему реактора и акустических макро- и микропотоков со скоростью не менее 1% от колебательной скорости поверхности, передающей упругие колебания в жидкости, и отделяют образующиеся твердофазные взвеси, при этом очищаемую воду обрабатывают всеми указанными методами одновременно в совмещенном режиме (патент РФ 2214969. «Способ очистки воды и устройство для его осуществления», МПК ⁷ С02F 1/463, С02F 101/30, опубл. 27.10.2003 г.).

Недостатком известного способа является его низкая эффективность в отношении ПАВ, дополнительное введение в сток коагулянта, флокулянта и активирующей добавки, увеличивающих затраты на очистку.

Техническая задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, состоит в повышении степени очистки воды от ПАВ при одновременном снижении энергозатрат и расходов реагентов.

Поставленная задача решается тем, что в способе очистки сточных вод от поверхностно-активных веществ, включающем совместную ультразвуковую и электрокоагуляционную обработку в режиме кавитации, согласно предлагаемому изобретению, очищаемую воду предварительно подвергают ультразвуковой обработке в режиме кавитации при плотности мощности ультразвуковых колебаний 1,5-3 Вт/см², после чего пакет электродов подключают к источнику постоянного тока и осуществляют совместную ультразвуковую и электрокоагуляционную обработку в режиме кавитации при плотности мощности ультразвуковых колебаний 1-2 Вт/см², с последующей доочисткой сточных вод электрокоагуляцией, при этом все стадии обработки воды осуществляют последовательно в одном электрохимическом реакторе.

Дополнительные существенные отличия способа состоят в том, что:

- предварительную ультразвуковую обработку проводят в течение 3-5 минут при резонансной частоте излучателя 20-25 кГц;

- совместную ультразвуковую и электрокоагуляционную обработку проводят в течение 10-15 минут при резонансной частоте излучателя 20-25 кГц и анодной плотности тока 0,5-2 А/дм²;

- электрокоагуляционную обработку на стадии доочистки проводят в течение 5-10 минут при анодной плотности тока 1-3 А/дм².

Предварительная ультразвуковая обработка в режиме развитой кавитации за счет разрушения макромолекул и агломератов, образования свободных радикалов, дегазационного эффекта и эрозионной активности способствует активации электродов, повышению электропроводности стока, увеличению эффективности очистки и уменьшению энергозатрат.

При совмещении ультразвуковой и электрокоагуляционной обработки в режиме, незначительно превышающем порог кавитации, протекает ряд процессов, способствующих увеличению эффективности очистки, сокращению энергозатрат и расхода металла электродов. К таким процессам относятся: образование свободных радикалов, активно участвующих в хлопьеобразовании и выделении газа на поверхности электродов, дегазационные и флотационные эффекты ультразвука, интенсифицирующие электрофлотацию, а также суспендирование и поверхностные эффекты, способствующие быстрой и более эффективной коагуляции загрязнений.

На стадии, когда содержание ПАВ в очищаемой воде достигает определенного порогового значения, при котором удельные затраты энергии и металла на снижение концентрации ПАВ в растворе на 1 мг/л резко возрастают, использование ультразвука для интенсификации процессов коагуляции, флотации и электрохимического растворения металла становится не выгодным. Поэтому доочистку стока целесообразно проводить электрокоагуляцией с повышенными значениями анодной плотности тока.

Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором показан внешний вид устройства, реализующего способ очистки сточных вод от поверхностно-активных веществ.

Устройство для очистки сточных вод от поверхностно-активных веществ, реализующее предлагаемый способ, включает реакционную камеру 1, в которой размещен пакет электродов 2, и трубчатый волновод-излучатель 3 с электроакустическим магнитострикционным преобразователем 4, а также имеются патрубок для ввода очищаемой воды 5, патрубок для слива очищенной воды 6, толок для сбора пены 7.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Очищаемую воду предварительно подвергают ультразвуковой обработке в режиме кавитации при плотности мощности ультразвуковых колебаний 1,5-3 Вт/см², после чего пакет электродов подключают к источнику постоянного тока и осуществляют совместную ультразвуковую и электрокоагуляционную обработку в режиме кавитации при плотности мощности ультразвуковых колебаний 1-2 Вт/см², с последующей доочисткой сточных вод электрокоагуляцией, при этом все стадии обработки воды осуществляют последовательно в одном электрохимическом реакторе.

В реакционную камеру 1 через патрубок для ввода очищаемой воды 5 подают сток (очищаемую воду). На трубчатый волновод-излучатель 3 от магнитно-стрикционного преобразователя 4 передают ультразвуковые колебания в частотном диапазоне 20-25 кГц при плотности мощности 1-3 Вт/см². Предварительную ультразвуковую обработку стока (очищаемой воды) проводят в режиме развитой кавитации при резонансной частоте излучателя 20-25 кГц и плотности мощности ультразвуковых колебаний 1,5-3 Вт/см² в течение 3-5 минут. Данная операция способа за счет разрушения макромолекул и агломератов, образования свободных радикалов, дегазационного эффекта и эрозионной активности способствует активации электродов, повышению электропроводности стока, увеличению эффективности очистки и уменьшению энергозатрат. Пакет электродов 2 подключают к источнику постоянного тока (на рисунке не показан), обеспечивающему значения анодной плотности тока на уровне 0,5-3 А/дм².

Совместную ультразвуковую и электрокоагуляционную обработку стока (очищаемой воды) проводят в течение 10-15 минут в режиме кавитации при плотности мощности ультразвуковых колебаний 1-2 Вт/см², резонансной частоте излучателя 20-25 кГц, анодной плотности тока 0,5-2 А/дм². При этом протекает ряд процессов, способствующих увеличению эффективности очистки, сокращению энергозатрат и расхода металла электродов. К таким процессам относятся: образование свободных радикалов, активно участвующих в хлопьеобразовании и выделении газа на поверхности электродов, дегазационные и флотационные эффекты ультразвука, интенсифицирующие электрофлотацию, а также суспендирование и поверхностные эффекты, способствующие быстрой и более эффективной коагуляции загрязнений.

На стадии, когда содержание ПАВ в очищаемой воде достигает определенного порогового значения, при котором удельные затраты энергии и металла на снижение концентрации ПАВ в растворе на 1 мг/л резко возрастают, использование ультразвука для интенсификации процессов коагуляции, флотации и электрохимического растворения металла становится не выгодным. Поэтому доочистку стока целесообразно проводить электрокоагуляцией с повышенными значениями анодной плотности тока. Электрокоагуляционную обработку на стадии доочистки проводят в течение 5-10 минут при анодной плотности тока 1-3 А/дм².

Очистку сточных вод от ПАВ производят в периодическом режиме, время обработки определяют исходя из начальной концентрации ПАВ. Образующийся в процессе очистки пеноконденсат отводят через лоток 7 для сбора пены, а отработанная вода сливается через патрубок 6 для слива очищенной воды.

Преимуществом способа, помимо вышеперечисленных, является также и то, что все стадии обработки очищаемой воды реализуются последовательно в едином ультразвуковом электрохимическом реакторе.

1. Способ очистки сточных вод от поверхностно-активных веществ, включающий совместную ультразвуковую и электрокоагуляционную обработку в режиме кавитации, отличающийся тем, что очищаемую воду предварительно подвергают ультразвуковой обработке в режиме кавитации при плотности мощности ультразвуковых колебаний 1,5-3 Вт/см², после чего пакет электродов подключают к источнику постоянного тока и осуществляют совместную ультразвуковую и электрокоагуляционную обработку в режиме кавитации при плотности мощности ультразвуковых колебаний 1-2 Вт/см² с последующей доочисткой сточных вод электрокоагуляцией, при этом все стадии обработки воды осуществляют последовательно в одном электрохимическом реакторе.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что предварительную ультразвуковую обработку проводят в течение 3-5 мин при резонансной частоте излучателя 20-25 кГц.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что совместную ультразвуковую и электрокоагуляционную обработку проводят в течение 10-15 мин при резонансной частоте излучателя 20-25 кГц и анодной плотности тока 0,5-2 А/дм².

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что электрокоагуляционную обработку на стадии доочистки проводят в течение 5-10 мин при анодной плотности тока 1-3 А/дм².