способ очистки сточных вод полигонов твердых бытовых отходов

Формула изобретения

Способ очистки сточных вод полигонов твердых бытовых отходов, включающий усреднение сточной воды, смешение с пылевидным коксом и гальванокоагуляцию с электросепарацией, пропускание очищаемой воды параллельными потоками через катодную и анодную камеры диафрагменного электролизера с засыпанным анодом из железистых частиц с одновременным воздействием на потоки электрического тока, при этом католит и анолит смешивают на выходе и отделяют тонкодисперсный осадок, отличающийся тем, что на стадии усреднения осуществляют предочистку обрабатываемой воды путем контакта с отделенным тонкодисперсным осадком, который отрабатывают до исчезновения его сорбционных свойств и затухания микрогальванических процессов, а выделившиеся на аноде газообразные окислители барботируют через очищенную воду перед ее сбросом.

Описание изобретения к патенту

Изобретения относится к области очистки сточных вод, в частности сточных вод, образующихся на полигонах твердых бытовых отходов (ПТБО), от диспергированных, эмульгированных и растворенных органических и неорганических веществ.

Известен способ очистки сточных вод [1], включающий сбор сточных вод в водоприемнике, обработку воды в диафрагменном электролизере с засыпными железными анодами, смешение обработанных вод, удаление осадка и сброс очищенных вод.

Недостатком известного способа является неэффективная очистка сложных многокомпонентных стоков, например, со свалок. Сложность реализации способа обуславливается также необходимостью размещения неконсолидированного осадка, образующегося при очистке.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности является способ очистки сточных вод [2], включающий сбор и усреднение сточных вод в водоприемнике, добавление тонко измельченного кокса, пропускание полученной взвеси параллельными потоками через анодную и катодную камеры диафрагменного электролизера с засыпным анодом из железной стружки при одновременном воздействии на потоки электрического тока. На контакте железная стружка - кокс возникает множество гальванопар, что вызывает интенсивное растворение железа и электролиз воды, смещение pH и другие физико-химические процессы. Чем сложнее состав вод, тем более разнообразные реакции протекают в процессе очистки.

В анодной камере происходит выделение загрязняющих среду веществ вследствие образования газообразных и пенообразных окислителей.

Поступающие в анодную камеру ионы железа переходят в различные формы комплексных соединений, которые являются коагулянтами и катализаторами очистки.

На фоне снижения pH до 5-6 за счет электролиза и взаимодействия ионов железа со сточными водами происходит окисление растворенных веществ, формирование тонкодисперсного твердого осадка преимущественно в виде гидрооксидов и гуматов, обладающих высокими сорбционными свойствами.

Потоки на выходе из электролизера смешивают, отделяют жидкость от осадка и после доочистки сбрасывают.

Недостатками прототипа являются недостаточная степень очистки сложных многокомпонентных стоков, особенно органической части ПТБО, низкая экологичность, связанная с поступлением в окружающую среду вредных твердых и газообразных отходов, образующихся в процессе очистки, неполное использование сорбционной емкости и коагуляционных свойств постоянно образующегося твердого осадка, а также окислительно-восстановительного потенциала отходящих газов и выносимого из анодной зоны пылевидного кокса.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание экологически безопасного способа с более высокой степенью очистки сложных многокомпонентных стоков, в частности с ПТБО, а также снижение энергоемкости процесса.

Указанная задача решается тем, что в способе, включающем усреднение сточной воды, смешение с пылевидным коксом и гальванокоагуляцию с электросепарацией, пропускание очищаемой воды параллельными потоками через катодную и анодную камеры диафрагменного электролизера с засыпным анодом из железистых частиц с одновременным воздействием на потоки электрического тока, смешение католита и анолита на выходе и определение тонкодисперсного осадка, последний подают на стадию усреднения и осуществляют предочистку обрабатываемой воды до исчерпывания сорбционных и коагуляционных свойств тонкодисперсного осадка, включающего пылевидный кокс, а также до затухания микрогальванических процессов, а выделившиеся на аноде газообразные окислители барботируют через отстоянную воду перед ее сбросом.

Предложенная совокупность отличительных признаков обладает новизной и позволяет достигнуть ожидаемого технического результата, а именно повышение степени очистки от органических веществ и снижение расхода энергии на 20-50% при устранении вредного влияния сорбентов (гидроксидов и гуматов), пылевидного кокса и газов-окислителей.

Сточные воды с ПТБО характеризуются сложным многокомпонентным составом в виде органических и неорганических загрязнений в растворенной и коллоидной формах. Многие из них токсичны и обладают низкой предельно-допустимой концентрацией (ПДК). В состав сточных вод может входить целый ряд металлов от натрия до калия, тяжелых металлов: хрома, свинца, марганца, кобальта, ванадия, вольфрама и др. Эта поликомпонентность, сложность и изменчивость состава, ограничивающая применение, как отмечено выше, известных способов очистки может быть с успехом использована вместо реагентов в процессе гальванокоагуляции и электросепарации. Эти процессы, начинающиеся уже на стадии предочистки путем контакта очищаемой воды с тонкодисперсным осадком, содержащим мелкодисперсный кокс и сорбенты, позволяют улучшить состав воды по загрязняющим макрокомпонентам в 2-10 раз. При этом в процесс очистки повторно вовлекается пылевидный кокс, который безвозвратно терялся в техническом решении по прототипу. Введение операции предочистки позволяет снизить энергоемкость процесса очистки на 20-50%.

Наличие в сточной воде хлоридов, сульфатов, сложных органических соединений приводит к образованию на аноде целого ряда газообразных и пенообразующих окислителей, таких, например, как хлор, озон.

При реализации процесса очистки по прототипу выделившийся газ поступает в атмосферу. При этом показатель ХПК воды не достигает установленных ПДК из-за непродолжительного электрохимического окисления органики. В предлагаемом решении экологически опасные отходящие газы путем барботирования через воду доокисляют органические соединения до допустимых значений ХПК.

Предложенный способ иллюстрируют чертежом, на котором показана схема его осуществления.

Сточные воды из водоема 1 подают насосом 2 в накопитель-усреднитель 3, поскольку для сточных вод ПТБО характерна нестабильность состава и свойств. Сюда же подают твердый тонкодисперсный осадок 4, отделенный от очищенной воды. В усреднителе 3 путем контакта очищаемой воды с активным осадком 4 осуществляют предочистку. Частично очищенную воду в емкости 5 смешивают со свежим тонкоизмельченным углем и параллельными потоками подают через катодную 6 и анодную 7 камеры диафрагменного электролизера с засыпным анодом из железистых частиц. Одновременно с пропусканием очищаемой воды с углем через электролизер подают потенциал от внешнего источника (напряжение 6-24 В, сила тока 1-4 А) отрицательный на корпус, а положительный на токопровод в анодной части. Вследствие наложения напряжения для осуществления электронной сепарации возникает процесс электрокоагуляции, протекающий параллельно с идущим уже процессом гальванокоагуляции, при этом ионная сепарация является оптимизирующим фактором протекающего процесса гальванокоагуляции. Процесс идет от 5 до 15 мин.

После отстаивания анолита в емкости 8 католит смешивают с раствором из катодной камеры 6 в емкости 9. В результате смешения вод также происходит выпадение тонкодисперсного осадка 4 с высокими сорбционными свойствами. Активный осадок подают в накопитель-усреднитель 3 на стадию предочистки. Очищенную воду направляют на доочистку в емкость 10 путем барботирования газов-окислителей из анодной камеры 7 электролизера. Затем окончательно очищенную воду сбрасывают, например, в речную сеть.

Пример 1. На очистку поступила вода одного из ПТБО с минерализацией 12900 мг/л, pH 8,4, органическим углеродом 720, ХПК 4100 мгO₂/л, взвешенных веществ 1220, нефтепродуктов 8 мг/л, а также целым рядом металлов. Состав очищаемой воды до и после обработки представлен в табл. 1. Очистку осуществляют в опытной установке с рабочим объемом 1 л с производительностью 160 л/ч, что соответствует условиям прототипа.

В обрабатываемую воду вводят катодное вещество в виде водной суспензии кокса из расчета 6 г на 1 м³ воды. После этого воду подают в блок электрохимической обработки. Потенциал от внешнего источника тока 24 В при силе тока 6 А. После обработки воду подают на осветление. Обработка позволила снизить минерализацию до 480 мг/л, а содержание тяжелых металлов ниже значений ПДК (см. табл.1), однако показатель ХПК, превысивший ПДК более чем в 6 раз, не позволяет сбросить воду в открытый водоем без дополнительной очистки.

Пример 2. На очистку взята вода состава, аналогичного примеру 1. При этом сохранены такие условия процесса, как скорость проведения процесса в электролизере, потенциал и сила тока. Однако в отличие от примера 1 осуществлена операция предочистки путем контакта тонкодисперсного осадка в количестве 15 кг на 1 м³. Время контакта составило 1,5 ч. В предварительно обработанную воду ввели катодное вещество в количестве 6 г/м³, затем пропустили воду через электролизер, выполнили смешение, осветление и доочистку, барботируя отходящие газы через осветленную воду.

Барботирование воды газами-окислителями привело к резкому снижению ХПК, с 200 мгO₂/л до 30 мгO₂/л, что соответствует верхнему пределу по ХПК, равному 30 мгO₂/л. Затраты на очистку снизились с 1 кВт-ч/м³ до 0,7 кВт-ч/м³.

Результаты примера конкретного исполнения приведены в табл. 2.

Анализ результатов опытов позволил сделать вывод, что введение таких существенных признаков, как предочистка путем контакта с отделенным пылевидным осадком, а также доокисление отходящими газами позволило снизить экологическую нагрузку в зоне очистных сооружений, уменьшить энергетические затраты и непроизводительные потери сорбентов и коагулянтов, формирующихся в процессе очистки, при этом он характеризуется низкой чувствительностью к факторам нестабильности химического состава и изменчивости объемов сточных вод.

Эти преимущества достигаются за счет высокоэффективных, поляризуемых и генерируемых в процессе очистки сорбентов, твердых реагентов и газов-окислителей, наличия катализаторов окислительно-восстановительных процессов, нарушения гидрохимической однородности и структуры водных растворов, совмещения процессов очистки воды и утилизации осадка.

При реализации способа не требуется предварительное или избирательное удаление мешающих основному процессу взвесей и примесей. В самом процессе очистки используются экологически безопасные материалы.