способ очистки сточных вод

Формула изобретения

1. Способ очистки сточных вод, включающий механическое отделение взвесей, смешивание с коагулянтом, коагуляцию и электрообработку раствора в электрофлотаторе, отличающийся тем, что время электрообработки в электрофлотаторе составляет 60-90 мин и концентрация морской воды, которую используют в качестве коагулянта, по отношению к сточным водам составляет 25-35 об.%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве коагулянта используют морскую воду.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве анода используют электрод на основе оксидов рутения и титана.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам очистки производственных сточных вод, содержащих белки, липиды и другие органические вещества, и может быть использовано при очистке стоков предприятий пищевой и рыбной промышленности с возможностью утилизации выделенных продуктов.

Известна технология очистки бытовых сточных вод, основанная на использовании морской воды, согласно которой применяют устройство для сброса жидких отходов в море, содержащее трубопровод для подачи жидких отходов на наземную станцию, расположенную на берегу моря, и отводную трубу, находящуюся на морском дне для закачки морской воды в бассейн, в котором происходит смешивание отходов с морской водой в заданном соотношении (FR 2718124 А1, 30.03.94).

Недостатком этого метода является невысокая степень очистки стоков.

Известен способ очистки сточных вод, включающий коагуляцию белковых продуктов с использованием анодного окисления с последующим отделением коагулянта (пат. РФ № 2090516 С1, 20.09.1997). Для повышения степени очистки процесс осуществляют в две стадии. Способ касается сточных вод картофелекрахмальных производств.

Недостаток этого способа состоит в том, что он не удовлетворяет требованиям очистки сточных вод рыбоперерабатывающих предприятий, поскольку химический состав сточных вод от переработки гидробионтов намного сложнее, чем сточных вод картофелекрахмальных производств. Известным способом невозможно добиться высокой очисти от неорганических примесей и липидсодержащих компонентов.

Известен способ двухстадийной очистки сточных вод, включающий обработку воды коагулянтом, ПАВ, осаждение осадка и его флотацию (RU заявка 98107130 А, 14.04.1998).

Недостатком этого способа является использование дорогих коагулянтов (извести, соли железа и алюминия), а также длительность процесса.

Наиболее близким по технической сущности является способ очистки сточных вод рыбных производств путем обработки сточных вод в электрофлотаторе с угольно-железными электродами с использованием в качестве коагулянта хлорида натрия и последующей доочисткой с помощью активированной формы цеолита (пат. RU № 2134659 С1, 20.01.1998).

Однако известный способ требует большого количества хлорида натрия, что удорожает процесс очистки, использование материала анода также не приводит к высокому результату очистки, которая составляет не более 70%. Оптимальное соотношение коагулянта и сточной воды, а также время коагуляции в описании и формуле изобретения не указаны.

Задача изобретения - повышение степени очистки сточных вод.

Для решения поставленной задачи в способе очистки сточных вод, включающем механическое отделение взвесей, смешивание с коагулянтом, коагуляцию и электрообработку раствора в электрофлотаторе, согласно изобретению, время электрообработки в электрофлотаторе составляет 60-90 минут, и концентрация морской воды, которую используют в качестве коагулянта, по отношению к сточным водам составляет 25-35 об.%.

При этом в качестве анода используют электрод на основе оксидов рутения и титана.

Общими с прототипом признаками являются: механическое отделение взвесей, смешивание с коагулянтом, коагуляцию и электрообработку раствора в электрофлотаторе.

Отличительными признаками от прототипа является то, что время электрообработки в электрофлотаторе составляет 60-90 минут, и концентрация морской воды, которую используют в качестве коагулянта, по отношению к сточным водам составляет 25-35 об.%.

Как показали выполненные авторами исследования, условия для очистки сточных вод оптимальны, когда концентрация морской воды по отношению к сточным водам в электрофлотаторе находится в пределах 25-35 об.%, а время электрообработки в электрофлотаторе составляет 60-90 минут.

Анод на основе оксидов рутения и титана (ОРТА) обладает высокой проводимостью, более долговечен, чем угольный. Кроме того, его свойства после длительной эксплуатации могут быть восстановлены путем нанесения композиции из RuO₂ и TiO₂ на титановую основу (Разин Н.Ф. Оксидные электроды в водных растворах. Алма-ата: Наука, - 1982. С.160. Якименко Л.М. Электродные материалы в прикладной электрохимии. М., Химия, 1987. С.236-260), что позволяет продлить срок службы анода с минимальными затратами. За счет высокой проводимости анода увеличивается количество выделенного вторичного ценного белкового продукта, и степень очистки повышается в сравнении с угольным анодом на 20-25% (Хальченко И.Г., Апанасенко О.А., Жамская Н.Н., Каткова С.А., Бут И.В. Совершенствование электрохимического метода очистки сточных вод. Тез. докладов IX Всероссийской научно-практической конференции "Современные проблемы науки, образования и производства", г.Нижний Новгород. 2009 г. С.420-423).

Электрохимическое окисление проводится при напряжении 12 В, плотности тока 50-100 А/м² с морской водой в качестве коагулянта. Известно, что при электролизе растворов, содержащих хлорид-ионы (более 1 г/л), на аноде в результате разряда Cl^- происходит выделение гипохлорита натрия NaClO. При электролизе морской воды выделяется гипохлорит натрия, который сразу же обеззараживает очищаемую воду. Гипохлорит натрия, оказывает дезинфицирующее (убивает бактерии, водоросли, грибки) и окисляющее (удаляет органические и неорганические примеси) действие.

Применение морской воды позволяет отказаться от дополнительного внесения обеззараживающих средств, что является экономически выгодным.

Заявляемое техническое решение осуществлено в научно-исследовательской лаборатории Дальрыбвтуза, являющегося заявителем.

В лабораторной установке использован статический электрофлотатор с горизонтальными электродами с рабочим объемом электрофлотационной камеры 0,003 м³. Катод выполнен из стальной проволоки диаметром 0,8 мм, составляет 231 см², площадь сетки ОРТА 220 см². Расстояние между электродами 5-10 см. Процесс проводится при напряженности на электродах 12 В, плотности тока 50-100 А/м² и времени прохождения тока 60-90 мин (все значения оптимальны и установлены экспериментально). В качестве коагулянта используется морская вода. Использовалась морская вода Амурского залива (соленость 3,5%, показатель кислотности рН варьируется в пределах от 7,5 до 8,4). Степень очистки контролируют по величине ХПК (химическое потребление кислорода - бихроматный метод) (Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод. М.: Химия, 1984, 448 с.).

Экспериментально установлено (табл.1-4, фиг.5), что раствор в электрофлотаторе должен содержать не более 35% морской воды.

Исследования показали, что в результате использования изобретения степень очистки повышается до 95-96%.

Очищенная вода может использоваться для промышленных целей. Пена и осадок отделяются и применяются для приготовления корма. Выход белкового продукта увеличивается на 15% по сравнению с электроокислением на угольном аноде (Машкова С.А., Апанасенко О.А., Жамская Н.Н., Шапкин Н.П., Гринько Т.А. Повышение степени очистки белковосодержащих сточных вод // Новые химические технологии: производство и применение: сборник статей 10-й Всероссийской НТК. Пенза: Приволжский дом знаний, 2008. С.32-34).

Очищенная вода, пена и осадок исследовались на присутствие токсичных хлорорганических соединений методами хроматомасспектрометрии и ИК-спектроскопии и показали их отсутствие.

Пример 1.

Берут 2700 мл сточной воды, добавляют 300 мл морской воды (10%) в качестве коагулянта и после 30 минут коагуляции сточную воду подвергают электрофлотации, которую проводят при следующих условиях: напряжение 12 В, плотность тока меняют в интервале 50-100 А/м², максимальное время обработки 90 минут. Измеряют значения светопропускания и ХПК исходного раствора, раствора с добавлением морской воды, раствора после коагуляции морской водой в течение 30 минут и после проведения электрофлотации в течение 30, 60 и 90 минут (исходный раствор и пять стадий очистки). При увеличении светопропускания значения ХПК уменьшаются. Определение значений светопропускания проводят на фотоэлектроколориметре (ФЭК-2) при =750 нм, l=10 мм. Значения ХПК определены бихроматным методом и отражены в материалах, иллюстрирующих полученные результаты (табл.1, фиг.1). Как следует из этих материалов, степень очистки составляет 65%.

Пример 2.

Условия проведения опыта такие же, как и в примере 1, только берут 2400 мл сточной воды, добавляют 600 мл морской воды (20%) в качестве коагулянта. Значения ХПК отражены в материалах, иллюстрирующих полученные результаты (табл.2, фиг.2). Как следует из этих материалов, степень очистки составляет 84%.

Пример 3.

Условия проведения опыта такие же, как и в примере 1, только берут 2200 мл сточной воды, добавляют 800 мл морской воды (27%) в качестве коагулянта. Значения ХПК отражены в материалах, иллюстрирующих полученные результаты (табл.3, фиг.3). Как следует из этих материалов, степень очистки составляет 95%.

Пример 4.

Условия проведения опыта такие же, как и в примере 1, только берут 1950 мл сточной воды, добавляют 1050 мл морской воды (35%) в качестве коагулянта. Значения ХПК отражены в материалах, иллюстрирующих полученные результаты (табл.4, фиг.4). Как следует из этих материалов, степень очистки составляет 96%.

Результаты экспериментов представлены на общем графике (фиг.5). Как видно из графика, использование заявленного изобретения позволяет довести очистку сточных вод до 95-96%.

Технический результат изобретения состоит в том, что степень очистки сточных вод предприятий пищевой промышленности увеличивается на 20-25%.

Технический результат обусловлен временем взаимодействия в электрофлотаторе коагулянта (морской воды) и сточных вод, а также их объемным соотношением. Использование в качестве коагулянта морской воды, а в качестве анода - электрод на основе оксидов рутения и титана дает дополнительные преимущества перед известным способом.