Размещено на http://www.allbest.ru/

"Очистка производственных сточных вод от поверхностно активных веществ"

1.Сточные воды и их краткая характеристика

Сточные воды - это пресные воды, изменившие после использования в бытовой и производственной деятельности человека свои физико-химические свойства и требующие отведения.

Сточные воды могут быть классифицированы по следующим признакам:

· по источнику происхождения:

· производственные (промышленные) сточные воды (образующиеся в технологических процессах производств), отводятся через систему промышленной или общесплавной канализации

· бытовые (хозяйственно-бытовые) сточные воды (образующиеся в результате бытовой жизнедеятельности человека), отводятся через систему хозяйственно-бытовой или общесплавной канализации

· поверхностные сточные воды (делятся на дождевые и талые-образующиеся при таянии снега, льда, града), отводятся, как правило, через систему ливневой канализации. Также могут называться «ливневые стоки»

Производственные сточные воды, в отличие от атмосферных и бытовых, не имеют постоянного состава и могут быть разделены:

· по составу загрязнителей на:

· загрязнённые по преимуществу минеральными примесями

· загрязнённые по преимуществу органическими примесями

· загрязнённые как минеральными, так и органическими примесями

· по концентрации загрязняющих веществ:

· с содержанием примесей 1--500 мг/л

· с содержанием примесей 500--5000 мг/л

· с содержанием примесей 5000--30000 мг/л

· с содержанием примесей более 30000 мг/л

· по свойствам загрязнителей

· по кислотности:

· неагрессивные (pH 6,5--8)

· слабоагрессивные (слабощелочные -- pH 8--9 и слабокислые -- pH 6--6,5)

· сильноагрессивные (сильнощелочные -- pH>9 и сильнокислые -- pH<6)

· по токсическому действию и действию загрязнителей на водные объекты:

· содержащие вещества, влияющие на общесанитарное состояние водоёма (напр., на скорость процессов самоочищения)

· содержащие вещества, изменяющие органолептические свойства (вкус, запах и др.)

· содержащие вещества, токсичные для человека и обитающих в водоёмах животных и растений

Основными характеристиками сточных вод являются: количество сточных вод, характеризуемое расходом, измеряемые в л/с или м3/с, м3/ч, м3/смену, м3/сут и т.д.; виды загрязнений и содержание их в сточных водах, характеризуемое концентрацией загрязнений, измеряемой в мг/л или г/м3. Важной характеристикой сточных вод являются степень равномерности их образования и поступления в водоотводящие системы. Обычно она определяется неравномерностью поступления сточных вод по часам суток в году. Эти характеристики учитываются при проектировании водоотводящих систем.

Производственные сточные воды различных отраслей промышленности существенно отличаются как по составу загрязняющих веществ, так и по их концентрации. В дождевых водах содержится значительное количество нерастворенных минеральных примесей, а также загрязнения органического происхождения. БПК дождевых вод достигает 50-60 мг/л. Исследованиями установлено, что дождевые воды могут являться источниками загрязнения водоемов. Расход дождевых вод с 1 га площади территории города достигает 150 л/с (1 раз в год) и 300 л/с (1 раз в 10 лет). Это в 50-300 раз больше расхода бытовых вод. В то же время общий расход дождевых вод за год составляет 1500-2000 м3 с 1 га, т.е. в 5-30 раз меньше расхода бытовых вод. Образование дождевых вод происходит весьма неравномерно. Их расход изменяется от нуля до максимального значения 300 л/с.

Источники образования сточных вод, загрязненных СПАВ

Начиная с 50-60-х годов прошлого века в технически развитых странах стали в массовом порядке производиться новые химические соединения -- синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ). В настоящее время различные по составу они широко применяются в быту и промышленном производстве.

Под этот термин попадают различные по структуре и классам вещества, общее свойство которых -- способность адсорбироваться на поверхности разделов фаз и уменьшать поверхностное натяжение.

Области промышленного использования -- приготовление смазочных жидкостей, антикоррозийных составов, нанесение электролитических покрытий, в качестве компонентов лакокрасочных составов, в нефтедобыче, в горнорудной флотации, для получения противопожарной пены, для крашения и замасливания текстильных волокон и др. Наиболее широкая и экологически значимая область использования СПАВ -- приготовление синтетических моющих и чистящих веществ (детергентов) для использования в быту.

Детергентом считается такое вещество, один конец которого растворим в воде, а другой -- в углеводородах или жирах. Детергенты усиливают моющее действие воды. В отличие от природных детергентов (мыла), синтетические детергенты способны проявлять моющие свойства даже в жесткой воде.

Таким образом, СПАВ поступают в природные водоемы:

· с хозяйственно-бытовыми стоками;

· с промышленными стоками текстильной, нефтяной, химической промышленности;

· со сточными водами прачечных хозяйств и автомоек;

· со смывами от сельхозугодий, обработанных химическими реагентами с эмульгаторами (гербициды, инсектициды, фунгициды).

Специфические физико-химические свойства поверхностно-активных веществ сильно затрудняют известные методы химической и биологической очистки стоков.

В сточных водах ПАВ находятся в виде растворимых соединений или сорбатов. Часть детергентов распределяется по поверхности водной пленки. Если сорбированные СПАВ оседают и накапливаются в донных отложениях, то в анаэробных условиях они могут становиться источником вторичного загрязнения водоемов.

Наиболее высокие концентрации синтетических поверхностно-активных веществ наблюдаются в сточных водах от процессов стирки и мойки различных изделий, прачечных, красильно-отделочных производств, автомоек. Причем в состав этих сточных вод входят анионоактивные и неионогенные поверхностно-активные вещества, наиболее трудно поддающиеся естественному биохимическому разложению.

2.Виды СПАВ

В зависимости от свойств синтетического поверхностно-активного вещества при растворении в воде и его характеристик, различают следующие виды СПАВ:

· анионоактивные;

· катионоактивные;

· амфолитные;

· неионогенные.

Анионоактивные - в воде образуют отрицательно заряженные ионы. К ним относятся соли сернокислых эфиров и соли сульфокислот (сульфонаты). Радикал может быть алкильным, алкилакрильным, алкилнафтильным. В соединениях могут быть двойные связи и функциональные группы.

Катионоактивные - в водном растворе ионизируются с образованием положительных органических ионов. Это четвертичные аммониевые соли, обычно состоящие из углеводородного радикала с прямой цепью (количество атомов углерода -- от 12 до 18); метил- , этил- , или бензильного радикала; атома брома, хлора, йода или остатка этил- или метилсульфита.

Амфолитные - проявляют разные свойства в зависимости от pH среды. В кислом растворе они проявляют катионоактивные свойства, в щелочном -- анионоактивные.

Неионогенные - в водном растворе не диссоциируют на ионы.

По степени биохимической устойчивости и структуре молекул синтетические поверхностно-активные вещества подразделяют на мягкие, промежуточные и жесткие. Легче всего окисляются первичные и вторичные алкилсульфаты нормального строения. В соединениях с более разветвленной цепью скорость окисления снижается. К числу трудноразрушаемых СПАВ относят алкилбензолсульфонаты на основе тетрамеров пропилена.

3.Влияние на организмы и экосистемы

C понижением температуры снижается и скорость окисления полимеров СПАВ. При температуре окружающей среды 0-5 °С окисление в природных водах происходит очень медленно. Для процессов окислительного самоочищения наиболее благоприятна нейтральная или слабощелочная среда природной воды -- pH 7-9.

В природных водоемах СПАВ ухудшают кислородный режим и органолептические свойства воды, а из-за медленных процессов окисления они могут долгое время негативно влиять на экосистему. Высокое пенообразование -- еще один отрицательный фактор воздействия. По данным уже при повышенных концентрациях СПАВ (5-15 мг/дмі) у рыб разрушается слизистый покров, а при более высоких концентрациях наблюдается кровотечение жабр. Опытные данные показывают, что загрязнение природных водоемов синтетическими ПАВ ведет к снижению численности моллюсков за счет гибели их эмбрионов.

Показатель БПК для различных СПАВ находится в диапазоне от 0 до 1,6 мг/дмі. В процессе биохимического окисления эти вещества распадаются с образованием вторичных продуктов загрязнения -- спиртов, альдегидов, органических кислот, а при распаде СПАВ с бензольным кольцом в структуре молекулы -- фенолов.

Таким образом, синтетические поверхностно-активные вещества являются значимыми загрязнителями водных сред и оказывают негативное воздействие на организмы-гидробионты.

Имеются данные о негативном влиянии таких веществ на неорганическую среду: эрозию почв, коррозию металлов, ускорение процессов старения железобетонных сооружений.

4.Сравнение методов очистки и технологий удаления СПАВ

Методы очистки сточных вод от СПАВ условно можно разделить на методы, подходящие для очистки сточных вод с невысоким содержанием веществ (10-100 мг/л) и на методы, подходящие для очистки стоков с высокими концентрациями поверхностных активных веществ (100-1000 мг/л).

1. Для очистки стоков с невысоким содержанием можно применять методы адсорбции на углях; сорбционные методы с использованием ионообменных смол и полимерных адсорбентов; методы обратного осмоса; биохимические методы очистки (биоокисление и биосорбция); флокуляцию; методы электрокоагуляции; метод озонирования.

2. Для очистки сточных вод с высоким содержанием больше подходят методы коагуляции; флокуляции; экстракции; ионного обмена; а также электрические и комбинированные методы -- электрофлотация, электрокоагуляция, гальванокоагуляция, электрофлотокоагуляция.

Каждый из перечисленных методов имеет свои недостатки и ограничения по использованию. Сочетание нескольких технических приемов при очистке сточных вод позволяет получить наиболее высокую степень извлечения СПАВ.

1. Адсорбция. В установках очистки стоков от СПАВ может быть использован гранулированный активированный уголь. В отличие от порошкообразного угля, у гранулированного угля меньше потери при регенерации, а стоимость регенерации гранулированного угля ниже, чем порошкообразного. Адсорбцию углем целесообразно использовать на стадиях доочистки стоков с содержанием СПАВ не более 100-200 мг/л. При этом достигается высокая степень очистки, до 95%.

2. Ионный обмен. Сорбция ионитами наиболее эффективна для сточных вод с содержанием поверхностно-активных веществ не более 100 мг/л. Для удаления анионоактивных СПАВ используют среднеосновные и сильноосновные иониты. Регенерируют иониты водно-органическими растворами солей. Недостаток метода ионного обмена -- необходимость установки большого количества ионитовых фильтров с коротким рабочим циклом, и их частая регенерация. Очистка воды от СПАВ методами ионного обмена может быть целесообразна лишь в случаях, когда к очищенной воде предъявляются высокие требования. Степень очистки методом ионного обмена порядка 80-90%.

3. Коагуляция. В качестве коагулянтов применяют сернокислый алюминий или сернокислое железо. Этот метод подходит для очистки слабоконцентрированных растворов анионных СПАВ (1-20 мг/л), и является достаточно затратным из-за высоких капитальных расходов, необходимости использования больших доз коагулянтов, переработки большого объема выпадающего осадка. Степень очистки составляет порядка 90%.

4. Пенная флотация. Методы пенной флотации эффективны для слабоконцентрированных растворов СПАВ, потому что при росте концентрации происходит резкое увеличение объема пены. Эффективность метода очистки пенообразованием зависит от многих факторов: pH среды, размеров пузырьков газа, высоты слоя раствора, температуры, присутствия в растворе других ионов. Создание оптимальных условий для протекания процесса пенообразования -- достаточно сложная задача. Зачастую метод пенной очистки требует предварительной обработки сточных вод.

5. Электрохимические методы. Электрохимические методы имеют много преимуществ перед классическими методами очистки сточных вод от СПАВ и имеют хорошие перспективы к практическому использованию. Методы с использованием электричества позволяют отказаться от проектирования и содержания реагентного хозяйства, так как не предусматривают использования химических реагентов. При условии, что стоимость электроэнергии не будет возрастать, можно прогнозировать широкое распространение электрохимических методов очистки. Метод электрокоагуляции эффективен для очистки сточных вод от алкилсульфонатов высокой концентрации при pH сточных вод 11-11,5 (по данным). Для подщелачивания сточных вод применяется оксид кальция. В методе используются алюминиевый анод и медный катод, плотность тока составляет 3 А/дмІ, длительность обработки --20-30 минут. По данным эффективность очистки от алкилсульфонатов составляет свыше 98%.Если концентрации СПАВ в растворе невысоки (до 100 мг/л) используют прямую электрокоагуляцию без добавления нейтрализующих агентов. По данным наиболее эффективны для очистки сточных вод от СПАВ комбинированные методы, сочетающие в себе несколько процессов: электролиз, коагуляцию, сорбцию и флотацию. Вода подается в реакционную камеру с электродами. На поверхности электродов генерируются ионы металлов и образуются гидроксиды. Одновременно идет процесс гидролиза воды с выделением газообразных водорода (на катоде) и кислорода (на аноде). Хлопья коагулянта и пузырьки газа в стесненных условиях интенсивно подвергаются коагуляции загрязнений, что повышает эффективность флотации. Образующийся пенный продукт отводится в карман сбора пены, а очищенная вода отводится на отстаивание. Оптимальное время обработки -- 20 минут, плотность тока 85 А/мІ.

6. Физические методы. Это методы очистки воды, основанные на воздействии ультразвука, электростатического, радиационного и магнитного поля. По данным [1], физические методы могут дополнять основные методы очистки воды от синтетических поверхностно-активных веществ высоких концентраций, повышая их общую эффективность. При воздействии на сточную воду магнитного поля ускоряется процесс флотации, осаждения и агрегации взвешенных веществ, изменяется структура осадка. Методы электромагнитной обработки стоков перспективны из-за невысокой стоимости оборудования и малой энергоемкости.

7. Биохимические методы Поверхностно активные вещества (ПАВ) являются органическими веществами, способными подвергаться биохимическому окислению. В процессе очистки ПАВ частично сорбируются активным илом или удаляются из воды вместе с осаждением взвешенных веществ. При значительных концентрациях поверхностно-активных веществ в аэротенках наблюдается активное пенообразование. Также пена присутствует в очищенных стоках, выпускаемых в водоем. При первоначальном поступлении стоков, содержащих ПАВ, в аэротенки или биофильтры, сразу происходит интенсивная адсорбция этих веществ. Количество ПАВ, удаляемых адсорбцией, зависит от химического строения этих веществ. Если их биохимическое окисление идет недостаточно активно, они накапливаются в активном иле, что может привести к его деградации. Самым негативным воздействием обладают «жесткие» СПАВ, которые уже в концентрациях порядка 15 мг/л ухудшают течение биохимических процессов. При концентрации 10 мг/л наблюдается интенсивное пенообразование очищаемой воды. Активный ил начинает деградировать, микроорганизмы измельчаются. При концентрациях 20 мг/л жизнедеятельность микроорганизмов подавляется, наблюдается отмирание коловраток и свободно плавающих инфузорий. Удаление ПАВ на биофильтрах менее эффективно, чем в аэротенках. Вероятно, это связано с процессами аэрации и выноса части ПАВ в виде пены. Неионогенные (так называемые «мягкие» СПАВ), также оказывают отрицательное влияние на процессы биохимической очистки, но это проявляется при более высоком их содержании. При их концентрации в стоках свыше 50 мг/л они вызывают незначительное повышение БПК очищенных стоков. Если в сточных водах присутствуют СПАВ, относимые к промежуточной группе, наблюдаются процессы пенообразования в аэротенках и ухудшение эффективности очистки при концентрации этих веществ свыше 20 мг/л.Как видно, степень влияния ПАВ на процессы биохимического окисления сильно зависит от особенностей их строения и способности молекул к адсорбции и биохимическому распаду. Поэтому существуют рекомендуемые нормативы предельного содержания ПАВ в сточных водах, поступающих на сооружения биологической очистки. Сточные воды с высоким содержанием поверхностно-активных веществ необходимо подвергать разбавлению, либо предварительной очистке.

8. Озонирование. Озон -- сильнейший природный окислитель, вступающий в реакцию со многими органическими и неорганическими соединениями и имеющий высокую растворимость в воде. На его свойствах основана группа окислительных методов очистки сточных вод.По данным озонирование является перспективным методом для очистки сточных вод от СПАВ в невысоких концентрациях. В результате воздействия озона образуются нетоксичные продукты, не оказывающие негативного влияния на экосистемы. Есть предположения, что озонирование можно применять и для очистки более высоконцентрированных стоков (до 200 мг/л).При озонировании стоков с содержанием СПАВ 26 мг/л при щелочной реакции среды (pH=9-10), полное их разложение происходило в течение 3-5 минут. При слабокислой среде реакция идет в 5-6 раз медленнее. Степень очистки составляет порядка 90%.Кроме непосредственного озонирования, для очистки стоков перспективно использовать редокс-системы, в которых озон сочетается с другими окислителями. Это дает повышение эффективности очистки и снижение расхода реагентов. Один из перспективных методов -- деструкция СПАВ совместным воздействием озона и пероксида водорода.

5.Способ очистки сточных вод от поверхностно-активных веществ

Рис.

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.

Пользователи, изучавшие этот патент на изобретение, так же искали информацию используя наш патентный поиск про очистка поверхностных сточных вод, эффективность очистки сточных вод, очистка сточных ливневых вод, виды очистки сточных вод,очистка сточных вод коагуляцией.

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.

Выводы

Повсеместная распространенность синтетических поверхностно-активных веществ остро ставит вопрос нахождения наиболее приемлемых и экономически выгодных методов очистки сточных вод от них. Физико-химические особенности СПАВ и разделение этих веществ на группы по способности к биохимическому разложению существенно затрудняют подбор наиболее оптимального метода очистки.

Выбор актуального способа очистки сточных вод должен вестись в зависимости от концентрации поверхностно-активных веществ в воде, его способности к разложению («жесткое» или «мягкое» СПАВ), наличия в сточной воде других загрязняющих примесей (нефтепродуктов, взвесей), а также требуемого качества воды на выходе.

При однородном составе сточных вод и невысоких концентрациях ПАВ возможно реализовать схему одноступенчатой очистки с использованием методов сорбции, флотации, коагуляции, биологического окисления или мембранного фильтрования.

Для многокомпонентных сточных вод, вод с высоким содержанием ПАВ или при наличии трудноразрушаемых соединений СПАВ, рекомендуется использовать многоступенчатые технологии с последовательной очисткой стоков несколькими методами или комбинированные методы очистки (электрофлотация, электрофлотокоагуляция и др.).

Список литературы

сточный химический вода

1. Волкова Г.А., Сторожук Н.Ю. Методы очистки сточных вод, содержащие синтетические поверхностно-активные вещества./ Вестник Брестского государственного технического университета. 2012. №2.

2. Моющие средства (детергенты). Энциклопедия Кольера./ dic.academic.ru

3. СПАВ. Полезная информация/ www.moreprom.ru

4. Субботкин Л.Д., профессор, Вербицкая Н.Ю., магистр. Национальная академия природоохранного и курортного строительства. Очистка сточных вод от поверхностно-активных веществ методом электрофлотокоагуляции./Строительство и техногенная безопасность. Выпуск 38, 2011 год.

5. Сточные воды прачечных. Экология. Справочник./ru-ecologi.info

6. Банно-прачечные комбинаты./ Очистка промышленных стоков./ btk-center.com

7. Мусина, Жанбосынова, Турысбекова. Физико-химическое исследование очистки сточных вод автомоек новыми реагентами. КазНТУ/e-lib.kazntu.kz

8. Оборотное водоснабжение автомоек. / http://www.vo-da.ru/articles/oborotnoe-vodosnabjenie-avtomoek/shema-ochistki-avtomoyki

9. Субботкин Л.Д., Вербицкая Н.Ю. / Очистка сточных вод от поверхностно - активных веществ методом электрофлотокоагуляции

Размещено на Allbest.ru