Безреагентный способ обработки и обезвреживания осадков сточных вод
Владельцы патента RU 2569533:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный архитектурно-строительный университет" (RU)
Изобретение относится к области экологии и может быть использовано при обработке и обезвреживании осадков городских сточных вод безреагентным способом. Способ включает в себя обработку осадков сверхвысокочастотным электромагнитным излучением. Смесь осадков сточных вод, представляющую собой первичный осадок и избыточный активный ил в соотношении 1:2, обрабатывают в СВЧ печи, имеющей металлические стенки. Мощность излучения составляет 800-1000 Вт, продолжительность обработки осадка - 5-10 мин, частота излучения 3.109-3.1010 Гц. Технический эффект - снижение содержания тяжелых металлов в осадках, уменьшение объема, снижение влажности, увеличение скорости отстаивания и фильтрования, обеззараживание, уменьшение липкости, отсутствие загниваемости осадков. 6 ил., 1 табл.
Изобретение относится к способам обработки и обезвреживания осадков сточных вод, образующихся на городских очистных сооружениях канализации (ГОСК).
Осадки сточных вод (ОСВ) представляют собой суспензии, выделяемые из сточных вод в процессе их механической, биологической и физико-химической очистки. Основными видами осадков на ГОСК являются первичный осадок, задерживаемый первичными отстойниками, и избыточный активный ил из вторичных отстойников. Пространственная структура осадков является коллоидной системой, в которой дисперсная фаза состоит из твердых частиц органического и минерального происхождения, а дисперсная среда - вода с растворенными в ней веществами. Плохая водоотдача осадков, содержание тяжелых металлов, а также зараженность патогенными бактериями затрудняет их последующую обработку и утилизацию.
Основными способами улучшения свойств ОСВ являются применение химических реагентов (коагулянты и флокулянты) и последующее механическое обезвоживание, например патент РФ 2484024. Большинство реагентов токсичны и служат источниками вторичного загрязнения осадков сточных вод.
Воздействовать на свойства осадков можно не только химическими реагентами, но и физическими полями, например сверхвысокочастотным электромагнитным полем (СВЧ ЭМП). Биофизическое действие электромагнитного излучения связано с ионизацией молекул вещества и образованием возбуждающих частиц, которые вступают во взаимодействие между собой и другими молекулами или распадаются с образованием свободных радикалов [Исмаилов Э.Ш. Биофизическое действие СВЧ-излучений. М., 1987, с. 5]. Эти процессы вызывают окисление и распад веществ, изменение структуры и снижение активности ферментов клеток микроорганизмов. Известно бактерицидное действие электромагнитного излучения [Классен В.И. Омагничивание водных систем. М.: Химия, 1978, с. 87; Исмаилов Э.Ш. Биофизическое действие СВЧ-излучений. М., 1987, с. 86].
Известен способ обеззараживания промышленных сточных вод в импульсном электромагнитном устройстве с напряженностью магнитного поля 70-80 кА/м и частотой 2-10 имп./с [RU 2123477 С1, опубл. 1996].
Известен способ обеззараживания потока жидкой среды, по крайней мере, одним постоянным магнитным полем. Скорость потока устанавливают равной 0,1-10 м/с, а постоянное магнитное поле создают с вектором магнитной индукции, направленным перпендикулярно потоку жидкой среды и имеющем величину, большую 0,02 Тл [RU 2126772 С1, МПК C02F 1/48, опубл. 1998].
Известен способ антибактериальной обработки потока жидкой среды воздействием на закрученный поток жидкости магнитным и электрическими полями и создание градиента концентрации ионов [RU 2376247 С2, МПК C02F 1/48, опубл. 2006].
Известен комплексный способ безреагентной очистки сточных вод и брикетирования, включающий обеззараживание брикетов осевшего ила в печах СВЧ [RU 2431610 С2, МПК C02F 9/12, опубл. 20.10.2011].
Недостатками вышеперечисленных способов является в некоторых случаях низкая эффективность, узкое применение электромагнитного излучения - только бактерицидное действие на конечном этапе обработки сточных вод.
Задачей изобретения является создание безреагентного способа обработки ОСВ, имеющего многофакторное действие (улучшение ряда свойств осадков), обладающего высокой эффективностью, экономически выгодного и простого в осуществлении.
Технический эффект - улучшение основных свойств осадков: снижение содержания тяжелых металлов, уменьшение объема осадка, снижение влажности, увеличение скорости отстаивания и фильтрования, обеззараживание, уменьшение липкости, отсутствие загниваемости.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе безреагентной обработки смесь осадков, представляющую собой первичный осадок и избыточный активный ил в соотношении 1:2, подвергается сверхвысокочастотному электромагнитному излучению (СВЧ ЭМИ) при этом мощности излучения 800-1000 Вт, частота излучения 3*109-3*1010 Гц, продолжительность обработки - 5-10 мин.
Экспериментально доказано, что мощность электромагнитного излучения и время обработки зависят от объема обрабатываемого осадка. Так для объема 500 мл оптимальная мощность составляет до 1000 Вт и продолжительность 5-10 мин. Увеличение мощности СВЧ генератора и времени обработки приводят к ухудшению некоторых свойств осадков (например, при СВЧ обработке более 10 мин снижается содержание ценных органических веществ калия и фосфора), а также к увеличению энергозатрат.
Техническое решение поясняется иллюстративными материалами, где на фиг. 1 представлена зависимость снижения объема смеси ОСВ при отстаивании от продолжительности СВЧ ЭМ обработки; на фиг. 2 - зависимость снижения влажности смеси осадков от мощности СВЧ ЭМ обработки; на фиг. 3 - графики сравнения скорости фильтрования смеси осадков; на фиг. 4 показано прилипание исходного осадка сточных вод; на фиг. 5 - прилипание осадка после СВЧ ЭМ обработки; на фиг. 6 показана загниваемость смеси осадков.
Способ осуществляют следующим образом.
СВЧ электромагнитной обработке подвергается смесь осадков - первичный осадок и избыточный активный ил (1:2) с действующих очистных сооружений канализации г. Тюмени до ввода реагента. Смесь осадков объемом 300-500 мл помещают в СВЧ печь, имеющей металлические стенки. При включении СВЧ печи магнетрон создает электромагнитное излучение с диапазоном волн 10-1-10-2 м и частотой 3*109-3*1010 Гц. Продолжительность обработки составляет 5-10 мин.
В результате осуществления способа по заявленному техническому решению получены следующие результаты:
- значительное (25-35%) уменьшение объема осадка при отстаивании (фиг. 1);
- снижение влажности (с 94,5% до 91,15%) (фиг. 2);
- увеличение скорости фильтрования (в 1,2 раза) (фиг. 3);
- уменьшение липкости (фиг. 4, 5);
- отсутствие загниваемости осадка сточных вод (осадок отстаивался в лабораторных цилиндрах в течение 1 суток) (фиг. 6);
- увеличение содержания тяжелых металлов в фугате (фугат - жидкая фаза после отстаивания промытого дистиллированной водой осадка сточных вод). Основные показатели приведены в таблице 1;
- стерилизация осадка - имеется заключение о проведении паразитологического исследования в испытательный лабораторный центр ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Тюменской области». Определяемые показатели: цисты лямблий (Giardia intestinalis), яйца и личинки гельминтов. Результаты исследований: в пробе смеси осадков после обработки СВЧ излучением данные виды патогенных микроорганизмов не обнаружены.
| Таблица 1 | |||
| Содержание тяжелых металлов в фугате | |||
| № п/п | Наименование показателя | Содержание показателя (на сух. вещество) фугат без обработки, мг/кг | Содержание показателя (на сух. вещество) фугат с СВЧ ЭМ обработкой, мг/кг |
| 1 | Ртуть | 0,145 | 0,146 |
| 2 | Свинец | 35,42 | 41,99 |
| 3 | Цинк | 145,00 | 151,00 |
| 4 | Никель | 19,43 | 20,68 |
| 5 | Хром | 25,21 | 29,75 |
Предлагаемый способ позволяет без применения реагентов улучшить ряд свойств ОСВ, значительно сократить время обработки. Например, СВЧ обработка осадка в течение 10 мин приводит к гибели всех известных патогенных бактерий, а для полного обеззараживания ОСВ на иловых полях требуется 3-4 года. В результате использования СВЧ ЭМИ получают безопасный продукт для повторного использования, например, в качестве удобрения в сельском хозяйстве, для восстановления почв, производства строительных материалов, строительства дорог и др.
Отличительной особенностью заявленного способа является то, что впервые показана возможность применения СВЧ электромагнитного излучения для улучшения ряда свойств осадков сточных вод - увеличение скорости протекания процессов обработки, снижение содержания тяжелых металлов, снижение влажности и др. Простота применяемого оборудования позволяет получить универсальный и относительно недорогой способ обработки осадков.
Выполненные сравнительные экономические расчеты по обоснованию применения СВЧ ЭМИ при обработке осадков сточных вод показывают, что затраты на обезвоживание осадков сточных вод СВЧ излучением в 1,5 раза ниже, чем затраты при использовании флокулянта, применяемого сегодня на ГОСК г. Тюмени.
Способ безреагентной обработки и обезвреживания осадков сточных вод, заключающийся в обработке смеси осадков, представляющей собой первичный осадок и избыточный активный ил в соотношении 1:2, сверхвысокочастотным электромагнитным излучением при мощности излучения 800-1000 Вт, частоте излучения 3*109-3*1010 Гц и продолжительностью 5-10 мин.
