Экспериментальная модель (схема) очистной установки

Химия и химические технологии

Пудов А.М., Касенов Р.З., Мустафин Е.С., Кайкенов Д.А., Пудов И.М.

Карагандинский государственный университет им. Е. А. Букетова, Казахстан

Экспериментальная модель (схема) очистной установки

Промышленные предприятия, использующие пресную воду для своего производства, загрязняют ее в больших количествах, что приводит к почти повсеместному дефициту пресной воды. Потребление пресной воды для технологических циклов обуславливает ее безвозвратную потерю. Расход воды требует ее постоянного притока. Стоки отработанной воды отравляют окружающую среду и приводят к нарушению природного экологического равновесия. Существующие на данный момент очистные сооружения в не обеспечивают качественную очистку сточных вод. Они либо уже устарели (1960-1980гг выпуска), либо вода проходит долгий и дорогостоящий путь до санитарных норм ПДС (взвешенные вещества до 25мг/л). Использование для очистки сточных вод биологических прудов отнимает из природопользования огромные территории хороших земель. Предлагаемые на рынке очистные установки весьма дорогостоящи (доставка, растомаживание, монтаж, наладка, обучение рабочего персонала и обслуживание).

Сточные воды промышленных предприятий, как правило, содержат в своем составе нефтепродукты, взвешенные вещества, металлы и их соли, ПАВ, жировые эмульсии, стабилизаторы, компоненты органических веществ различного происхождения, технический мусор и т. п.

Наличие в сточных водах эмульгаторов, (ПАВ), стабилизаторов препятствует слипанию мелких частиц в более крупные и создает дисперсную систему, что затрудняет процесс очистки таких вод. Это ведет к безвозвратным потерям, как самой воды, так и средств затраченных на ее приобретение. Все это приводит к тому, что по существующим схемам очищения вода проходит долгий и дорогостоящий путь до повторного использования.

Экспериментальная очистная модель установки основана на синтезе, как старых, уже оправдавших себя, так и новых технологий очистки сточных вод. Универсальность предлагаемой схемы очистки позволяет очищать как воду содержащую большое количество взвесей, так и воду содержащую эмульсию нефте- и масло продуктов. При применении экспериментальной схемы будет достигнуто снижение концентрации загрязняющих веществ с 250-400 мг/л до 15-20 мг/л. Что позволит использовать очищенную воду обратно в цикле производства или провести последующую биологическую очистку без большого ущерба для окружающей среды. Наша модель основана на взаимодействии давно известных факторов, влияющих на качественную очистку воды от примесей:

1. фильтрация,

2. электрохимическая коагуляция,

3. флотация,

4. магнитная обработка,

5. адсорбция.

6. слой взвешенного осадка

7. создание микроцентров, инициирующих процесс коагуляции, с помощью реагентов.

На данный момент аналогов предлагаемой очистной схемы в РК нет. Существуют прототипы отдельных узлов в странах СНГ и за рубежом (таблица).

Таблица - Сравнение с аналогами приблизительно подходящими по производительности и мощности

Наименование установки	Производи тельность (м³/ч)	Мощность (кВт/ч)	Срок службы (лет)	Цена (у.е.)
Atoll-575E, США	от 0,03 до9	до 7,5	5-10	50 000
ОАС-20ВВ, США	до 3	до 5	3-5	30 000
ACO Passavant GmbH, Германия	от 0,06 до 25	до 25	5-10	250 000
ЭОС-15, Россия	до 15	до 7,5	5-10	50 000
Экспериментальная Установка Предполагаемый промышленный образец	до 25	до 7,5	10	30 000

Экспериментальная модель основана на совмещении ряда технологий по очистке воды. В данной схеме использованы методы фильтрации, магнитной обработки, флотации, и использования реагентов, которые объединены в единую технологическую схему.

Загрязненная вода (дисперсная система) содержит в своем составе мицеллы, образованные из гранул коллоидных растворов окруженных гидратной оболочкой (из стабилизатора и полярных молекул воды). Также в ней находятся жировые капли, покрытые молекулами эмульгатора и полярными молекулами воды. Эти оболочки препятствуют процессам коагуляции, сольватации (слияния) и седиментации (осаждения). Поэтому вода сначала проходит через магнитную камеру в виде широкой трубы внутри соленоида. В эту же камеру поступают реагенты (ΝаОН и Аl₂(SO₄)₃) из дозатора. В результате магнитной обработки происходит частичное разрушение гидрооболочки частиц, а реагенты создают центра, инициирующие процесс коагуляции.

Дозатор - это двойная емкость, из нее, посредством электромагнитных клапанов, через определенные промежутки времени поступают едкий натр, сернокислый алюминий или др., создающие электролит, оптимум рН – 5-8 и являющиеся «затравкой» процесса коагуляции (инициирующие центра), которые превращают воду в электролит. Реагенты и магнитная обработка приводят к снижению устойчивости коллоидных растворов и эмульсии.

В блоке электрохимической коагуляции расположены: распределительная система, два отсека для электролиза, устройство для удаления пены, трубы для подачи воздуха и приемник осадка с системой отбора воды.

Распределительная система состоит из перфорированных труб с подачей воздуха, находящихся внизу отсеков для электролиза, чтобы обеспечить равномерное распределение воды. Над трубами образуется слой взвешенного осадка. Этот слой захватывает микрочастицы, укрупняет и поднимает их, в результате они попадают в приемник осадка.

Вверху слоя взвешенного осадка находится электрохимический электролизер, который состоит из чередующихся катодных и анодных электродов, выполненных в виде алюминиевых пластин наподобие больших расчесок. В электролизере за счет электрохимической реакции идет образование гидрата оксида алюминия Аl₂(ОН)_3,который является прекрасным коагулянтом. Гидроокись алюминия нерастворима при рН-5-8 и образует хлопья осадка, которые захватывают содержащиеся в воде примеси. Происходит агломерация частиц с диаметром менее 1мкр в частицы с диаметром 10-100 мкр, повышая тем самым скорость осаждения в 1000 раз.

Также идет процесс флотации, с образованием пены. Пена удаляется с поверхности воды специальным приспособлением в приемную емкость, в которой отстаивается и удаляется, а вода подается обратно в камеру с электролизером.

Приемник осадка представляет собой прямоугольную закрытую камеру, имеющую в своей верхней части отверстия, соединяющиеся с отсеками для электролиза. Вверху установлена система фильтрации. Фильтр тонкой очистки выполнен в виде пластмассовой кассеты, заполненной углеграфитовым войлоком, помещенной в прямоугольную камеру. Здесь происходит окончательная очистка воды. Графитовые участки положительно заряжены, а частицы взвеси обычно имеют отрицательный заряд, поэтому на этих участках происходит взаимодействие их с волокном. Угольные участки обладают адсорбционной способностью и окончательно завершают процесс очищения, снижая наличие посторонних примесей до 15-25 мг/л. Такая вода уже может поступать обратно в цикл производства.

Схема очистной установки (рисунок):

1.Отстойник

2.Фильтр грубой очистки

3. Отсеки для электролиза в блоке элетрохимической коагуляции

4. Приемник осадка блока элетрохимической коагуляции

5. Пеноприемник

6. Фильтр тонкой очистки

7. Дозатор с электромагнитными клапанами

8. Магнитная камера

9. Компрессор.

Достоинством модели установки являются:

1. Относительно невысокая мощность, потребляемая электролизером, которая существенно снижается за счет магнитной обработки, добавления реагентов «затравки», слоя взвешенного осадка и фильтрации.

2. Компактность – модель установки полностью вписывается в существующие производственные площади различных очистных сооружений или предприятий.

3. Предполагаемая универсальность – схема может быть использована на различных предприятиях, с разным количеством и качеством стоков.

4. Экономичность – модель установки имеет неплохие показатели по мощности, производительности, цене, не требует квалифицированного персонала, легка в наладке, монтаже и обслуживании, так же не содержит дефицитных материалов необходимых для ее изготовления (см. таблицу 1).

5. Конкурентоспособность – невысокая стоимость 4000–40 000 у.е., в зависимости от объема стоков; достаточно производительна 0,15-25 м³/ч.

6. Экологическая безопасность – схема не производит в процессе работы вредных выбросов и сохраняет структуру воды, ликвидация небольшого объема шлама не доставляет проблем.

7. В схеме используются оправдавшие себя методы очистки сточных вод (электрохимическая коагуляция, фильтрация, слой взвешенного осадка).

8. Применение фильтра тонкой очистки на основе материалов, полученных в результате новых научных разработок (углеграфитовое волокно).

9. Применение фильтра грубой очистки специально разработанного для данной модели.

10. Возможность использования установки без отдельных узлов и блоков

11. Произведенные испытания на лабораторной установке показали преимущества данной схемы очистки.