CS257889B1 - Způsob čištění odpadních vod ze stavebních prací, zejména z vrtů a injektáží - Google Patents

Abstract

Odpadní vody, které jsou charakterizovány přítomností chemických, jílovocementových či bentonit-cementových směsi, se po případném oddělení hrubších nečistot sedimentací vedou do směšovacího prostoru, kde se po dobu 10 až 15 s prudce rozmíchají, načež se přepustí do koagulačního prostoru, kde se^udržují v mírném tangenciálním proudění. Před vstupem do koagulačního prostoru se do vody dávkuje organický vysokomolekulární flokulant, kupříkladu přípravek na bázi akrylamidu a kyseliny akrylové nebo směsi bázického chloridu hlinitého s vysokoraolekulárním polymerem, a to v množství 0,2 až 2,0 mg.l-^·. Z vyčiřené vody se vyvločkované hrubší částice oddělí sedimentací, jemné částice filtrací. Vyčištěná voda může být znovu využita ve výrobním procesu, popřípadě po úpravě pH na hodnotu 8,0 až 8,5 vypuštěna do veřejného toku.

Description

Vynález se týká způsobu čištění odpadních vod vznikajících při injektážních a podobných zemních pracích.

Růst životní úrovně obyvatelstva, úzce související s rozvojem techniky, přináší s sebou vlivy působící negativně na životní prostředí. Týká se to i stavební výroby, pro niž vědecko-technický pokrok v posledních letech znamenal vznik nových, vysoce specializovaných stavebních metod a technologií, jejichž nepříznivou stránkou je však často opět negativní vliv na životní prostředí, zejména v oblasti podzemních i povrchových vod. Tato skutečnost platí v prvé řadě pro organizace, které při stavebních pracích používají technologií, při nichž voda patří k základním surovinám a produkce znečištěných odpadních vod je neoddělitelnou součástí výroby.

Příkladem takovýchto technologií je injektování hornin a výstavba podzemních stěn. Injektážní práce se v celosvětovém měřítku užívají již od počátku 19. století, mimořádného rozsahu a rozmachu však dosáhly v několika posledních desetiletích při stavbě velkých vodních děl a hloubeni štol pro podpovrchovou dopravu.

Injektování hornin představuje speciální stavební metodu, při níž se do nepropustných pórů a dutin horninového podkladu pod tlakem dopravuje injektážní směs, která podzemní prostor utěsní, zpevní nebo vyplní. Injektážní směsi tvoři roztoky, emulze či suspenze, jejichž složení se liší podle druhu použití nebo cílů, kterých se má injektáží dosáhnout. Příkladem takovéto směsi je vodný roztok hexametafosfátu a vodního skla. Na každé stavbě se takto do podzemí dopraví 1 000 až 20 000 m¹ chemických směsí.

Současně s injektáží směsí je z podzemní odčerpávána voda, která se v oblasti vrtu vyskytuje, anebo která se zadržuje a hromadí u zaizolovaného podlaží či stěny. V těchto vodách, které se po znečištění injektážní směsí stávají odpadními vodami, byl prokázán značný vzestup koncentrace některých škodlivých látek, jako síranů a fosforečnanů.

Značný objem odpadních vod vzniká kromě toho již v míchacích a injektážních centrálách. Míchací a injektážní zařízení je totiž třeba udržovat v čistotě a zejména po ukončení směny proplachovat technologickou vodou. V případech, kdy není možno z jakýchkoliv důvodů použit již připravenou injektážní směs, je rovněž nutno směs ze zařízení vypustit a zařízení propláchnout. Takto vzniklé odpadní vody jsou obvykle vypouštěny do usazovacích lagun či nádrží, jež bývají součástí stavby.

Dal.ší podíl odpadních vod vzniká na injektovaném poli promýváním vrtů a výplaohem rozvodných systémů od injektážních směsí, případně poruchou a prosakem těchto systémů. Na injektovaném poli jsou kromě toho akumulovány i srážkové vody, kontaminované zbytky injektážních směsí z okolí vrtu. I tyto vody je třeba z pole odstranit a vyhovujícím způsobem zneškodnit.

V podstatě je tedy možno mluvit o odpadních vodách, vznikajících z chemických, jílovocementových či bentonito-cementových směsí, které obsahují složky získané z hornin, z použitých injektážních směsí a kromě toho také podíly ropných látek, které do vody vnikly únikem z pracovních mechanismů. Skladba odpadních vod je závislá především na složení injektážních směsí, proto představuji odpadní vody v zásadě suspenze vodnatých křemičitanů s prvky z injektážních směsí.

Charakteristika odpadních vod je dána hodnotami obsahu nerozpuštěných i rozpuštěných látek, ropných látek a pH. Ve většině případů vykazují odpadní vody ze zemních prací pH 10-13, obsah nerozpustných látek v rozmezí 30-3 000 mg.l L obsah rozpustných látek v rozmezí 200 až

000 mg.l^-1 a množství ropných látek až do 200 mg.l Výjimkou jsou havarijní případy, kdy koncentrace jednotlivých složek mohou dosáhnout i vyšších hodnot.

Takto znečištěné vody se v některých případech volně vypouštějí do vodoteče, častěji však musí být před vypuštěním nejprve čištěny. Nejběžnější způsob čištění odpadních vod spočíval dosud v tom, že se z vody sedimentací odstranily hrubé nečistoty, načež byla voda v cisternách odvážena k velkému toku a zde za soustavného naředování vypouštěna. Tímto způsobem se jen na území našeho státu likviduje měsíčně několik tisíc kubických metrů vody, která se k tomu účelu odváží až do vzdálenosti několik desítek kilometrů od staveniště. S rozšiřováním injektážních technologií na stále větší počet staveb se však způsob likvidace odpadních vod pouhým naředováním stává stále neúnosnější, a to jak z ekonomického, tak především i z ekologického hlediska, nehledě k tomu, že počet druhů a typů injektážních směsí stále narůstá.

Očelem vynálezu je odstranit dosavadní nedostatky v likvidaci odpadních vod ze stavebních prací, zejména vod z vrtů a injektáží, obsahujících chemické, jílovocementové či bentonitcementové směsi. Podstata způsobu zpracování odpadních vod podle vynálezu spočívá v tom, že odpadní voda se po případném oddělení hrubých mechanických nečistot sedimentací vede do směšovacího prostoru, kde se udržuje v mírném tangenciálním proudění, přičemž před vstupem do koagulačního prostoru se do ní dávkuje vysokomolekulární organický flokulant. Z vyčiřené vody se hrubší vyvločkované nečistoty oddělí sedimentací, zatímco jemné částice popřípadě filtrací, načež se pH vyčištěné vody přísadou neutralizačního činidla upraví na 8,0-8,5 a voda se vypustí do vodoteče. Alternativně však může být alespoň část vyčištěné vody před neutralizací vrácena do výrobního procesu. Tímto opatřením se nejen zlepší ekonomika procesu a sníží se spotřeba technologické vody a injektážních přísad, ale současně se přispěje k ozdravění veřejných toků.

Postup čištění odpadních vod podle vynálezu je založen na skutečnosti, že odpadní voda ze stavebních prací, zejména vrtů a injektáží, obsahuje vždy určité, množství látek se snahou koagulovat, kupříkladu bentonitu, cementu či jílu, případně jejich směsí nebo jim podobných směsí. Přísadou vysokomolekulárního organického flokulantu se dosáhne urychlené, dokonalé koagulace těchto látek s následující agregací částic, které je možno z vyčištěné vody odseparovat.

V první fázi procesu probíhá při prudkém míchání vody ve směšovacím prostoru perikinetická fáze koagulace. Po přidání vysokomolekulárního flokulantu dochází pak při mírném samovolném tangenciálním proudění v koagulačním prostoru k ortokinetické fázi koagulace, agregaci částic a jejich sedimentaci. Jemné částice, které nebyly odděleny koagulací a sedimentaci, mohou být popřípadě odděleny filtrací.

Intenzita prudkého míchání se přitom volí tak, aby během intervalu 10-15 s se rychlost proudící vody ve směšovači při opakované změně směru proudění a tvorbě vírů zvýšila nejméně třikrát. Režim pomalého mícháni, vyvolaného tangenciálním nátokem surové vody do reaktoru, se volí tak, aby se Campovo číslo pohybovalo v rozmezí Ca = 55 000-100 000.

Jako vysokomolekulární flokulant může být použit některý z obchodně dostupných přípravků, založených kupříkladu na bázi akrylamidu a kyseliny akrylové, na kombinaci bázického chloridu hlinitého s vysokomolekulárním syntetickým polymerem, atp. Množství flokulantu kolísá podle jeho složení a také podle složení a koncentrace kontaminujících složek ve vodě. Optimální dávka se pohybuje obvykle v rozmezí 0,2-2,0 mg.l^-''', přičemž flokulant se obvykle aplikuje ve formě 0,05-1,0% vodného roztoku.

Podle stupně znečištění odpadních vod je možno před vlastním procesem čištění hrubší mechanické nečistoty z vody odstranit sedimentací, v nejjednodušším případě přímo v lagunách či sběrných nádržích.

Za čisticím zařízením odtéká bezbarvá, čirá voda bez zjevných nečistot a zápachu, která může být s výhodou znovu využita ve výrobním procesu, případně volně vypuštěna do vodního toku. Před vypuštěním je však třeba upravit pH vypouštěné vody přísadou neutralizačního činidla tak, aby se pohybovalo v neutrální oblasti. Vzhledem k tomu, že vyčištěná voda bývá obvykle alkalická, užívají se k neutralizaci nejčastěji minerální kyseliny, jako kupř. HCl.

Způsob čištění odpadních vod ze stavebních prací podle vynálezu umožní čistit dosud nedokonale čištěné vody tak, aby odpovídaly požadavkům vodohospodářských orgánů a mohly být vypuštěny do recipientů bez rizika narušení ekologické rovnováhy v toku.

Postup je možno realizovat v běžném čistírenském zařízení, nejlépe v reaktoru s plovoucí filtrační vrstvou, jak je znám z čs. patentu 137 176 a návazných vynálezů. Reaktor je použit v kombinaci se směšovačem, který je zařazen do přívodu surové vody do reaktoru, a s nádržemi pro přípravu flokulantu a neutralizačního činidla, přičemž potrubí pro přívod flokulantu je zaústěno do potrubí pro přívod surové vody do reaktoru v místě mezi reaktorem a směšovačem, zatímco potrubí pro přívod neutralizačního činidla do potrubí pro odvod vyčištěné vody z reaktoru.

Příkladné uspořádáni zařízení pro čištění odpadních vod ze stavebních prací podle vynálezu je dále blíže znázorněno na připojeném výkrese, který představuje schéma čisticí jednotky v podélném řezu.

Ve znázorněném zařízení je odpadní voda z jímky j_ pomocí čerpadla 2 přes směšovač _3 potrubím 4^ dopravována do reaktoru Ve směšovači _3 se přitom pomocí přesazené uspořádaných přepážek V časovém intervalu 10-15 s prudce rozmíchá. Po výstupu ze směšovače 3 se k surové vodě potrubím 12 pomocí dávkovacího čerpadla 11 z nádrže 10 přivádí flokulant.

Voda natékající do reaktoru 5 se v koagulačním prostoru reaktoru, tj. pod plovoucí filtrační vrstvou udržuje v mírném tangenciálním proudění, při němž dochází k rozmíchání flokulantu, postupnému vyvločkováni nečistot a agregaci jemnějších částic. Hrubší nečistoty sedimentují a shromaždují se nade dnem reaktoru 5, odkud se kal periodicky odvádí odkalovacím potrubím

Jemné částice jsou zachyceny v plovoucí filtrační vrstvě a vyčištěná voda se z akumulačního prostoru nad plovoucí filtrační vrstvou odvádí potrubím 8, do něhož se potrubím 13 ze zásobní nádrže 9 dávkuje neutralizační činidlo.

Zanesená filtrační vrstva je ve fázích regenerace propírána čistou vodou z akumulačního prostoru nad filtrační vrstvou, a to ve směru opačném k filtraci. Regenerace je nastartována pomoci násosky 7_, která reaguje na tlakové změny v reaktoru a která z prostoru pod filtrační vrstvou při regeneračním cyklu odtahuje práci vodu. Střídání filtračních a regeneračních cyklů může být popřípadě naprogramováno podle druhu a stupně znečištění zpracovávané odpadní vody a předpokládané, popřípadě experimentálně zjištěné doby trvání obou cyklů.

V následujícím jsou uvedeny dva konkrétní příklady použití postupu podle vynálezu pro zpracování odpadních vod z injektážních prací, charakterizovaných v prvém případě obsahem bentonit-cementové a ve druhém jílovocementové směsi.

Přiklad 1

Složení zpracovávané vody: cement 19 % bentonit 4 % voda 77 %

Charakteristika zpracovávané vody po odsazení nejhrubších nečistot přímo ve sběrné jímce: vzhled: šedý zákal, neprůhledná, viditelné plovoucí nečistoty pH: 13,0 nerozpuštěné látky: 1 200 mg.l ¹ rozpuštěné látky: 900 mg.l ropné látky: 0

Dávkování přísad:

jako flokulačni činidlo byl přidáván silně aniontový syntetický kopolymer na bázi akrylamidu a akrylové kyseliny, dodávaný na trh pod obchodním názvem PRAESTOL 2935/74. Přípravek byl dávkován ve formě 0,1% vodného roztoku v množství 1,0 mg.l ¹ jako neutralizační činidlo byla použita 35% HC1 v množství (přepočteno na 100 %) 425 mg.l¹.

Charakteristiky vyčištěné vody opouštějící reaktor:

vzhled: bezbarvá, čirá, bez zákalu a zápachu pH: 8,5 nerozpuštěné látky: 7 mg.l ¹ rozpuštěné látky: 680 mg.l čisticí efekt u nerozpuštěných látek: 99% čisticí efekt u rozpuštěných látek: 25%

Příklad 2

Složení zpracovávané vody: cement 40 % jíl 13 % voda 47 %

Charakteristiky zpracovávané vody po odsazení nejhrubších nečistot ve sběrné jímce:

vzhled: šedý zákal, neprůhledná, viditelné plovoucí nečistoty pH: 12,5 nerozpuštěné látky: 1 100 mg.l ¹ rozpuštěné látky: 950 mg.l^-1 ropné látky: 0

Dávkováni přísad:

jako flokulační činidlo byl přidáván kationtový syntetický polymer na bázi polyakrylamidu, známý pod obchodním názvem ZETAG 32. Přípravek byl dávkován ve formě 1% vodného roztoku v množství 1,0 mg.l ¹;

jako neutralizační činidlo byla použita 35% HC1 v množství (přepočteno na 100 %) 410 mg.l ¹.

Charakteristiky vyčištěné vody opouštějící reaktor:

vzhled: bezbarvá, čirá, bez zákalu a zápachu pH: 8,5 nerozpuštěné látky: 6 mg.l^-1 rozpuštěné látky: 720 mg.l ¹ čisticí efekt u nerozpuštěných látek: 99% čisticí efekt u rozpuštěných látek: 24%

Za zcela obdobných podmínek a se stejným čisticím účinkem byly provedeny i laboratorní zkoušky s čištěním odpadní vody z injektážních prací, charakterizované přítomností chemických složek z injektážní směsi ve složení:

% vodního skla 2 % kyseliny citrónové % síranu hlinitého 70 % vody.

Jako vysokomolekulární organický flokulant byl použit opět PRAESTOL 2935/74 v 0,1% vodném roztoku v množství 1,0 mg.l^-1.

Claims (2)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Způsob čištění odpadních vod ze stavebních prací, zejména z vrtů a injektáží, charakterizovaných obsahem chemických, jílovocementových či bentonit-cementových směsí, vyznačený tím, že odpadní voda se po případném oddělení hrubých mechanických nečistot sedimentací vede do směšovacího prostoru, kde se po dobu 10-15 s prudce míchá, načež se přepustí do koagulační ho prostoru, kde se udržuje v mírném tangenciálním proudění, přičemž se do ni před vstupem do koagulačního prostoru dávkuje organický vysokomolekulární flokulant a přičemž se hrubší vyvločkované nečistoty z vyčiřené vody oddělí sedimentaci, zatímco jemné částice popřípadě filt raci, načeš se pH vyčištěné vody přísadou neutralizačního činidla upraví na hodnotu 8,0-8,5 a voda se vypustí do vodoteče.
2. 2. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že alespoň část vyčištěné vody se před neutralizací vrací do výrobního procesu.