RU2755988C1 - Способ очистки сточных вод - Google Patents

Abstract

Изобретение может быть использовано в системах очистки в металлургической, горной, целлюлозно-бумажной, пищевой, химической и сельскохозяйственной промышленности для очистки промышленных и канализационных стоков, дренажных и сточных вод и фильтратов полигонов твердых коммунальных и твёрдых бытовых отходов. Технический результат, достигаемый изобретением, - повышение эффективности и качества очистки, в том числе очистки воды от широкого спектра растворенных, эмульгированных и экстрагированных загрязнителей, токсичных сложных неорганических и органических веществ и солей тяжелых металлов в обширном диапазоне и с критическими показателями концентраций. Также заявляемое изобретение обеспечивает снижение энергетических и эксплуатационных затрат и снижение экологической нагрузки на окружающую среду. Также заявляемый способ обеспечивает экономически выгодную и экологически безопасную технологию всесезонного обезвреживания и обеззараживания как молодого, так и старого фильрата полигонов твердых бытовых отходов (ТБО) или твердых коммунальных отходов (ТКО), а также обезвреживание и обеззараживание образующегося остатка (седимента) в проточном режиме. Заявляемый способ осуществляется в проточном режиме и обеспечивает безреагентную обработку и обезвреживание, очистку и утилизацию свалочного фильтрата с одновременным обезвреживанием выделяемого остатка. Способ включает стадии полиэлектродной седиментации и разделения сточных вод и растворенных в ней элементов, ультрафильтрации и макрокапиллярной мембранной фильтрации и разделения воды на ретентат и пермеат, обработку воды тонкими акустическими полями крайне высоких частот (КВЧ), обработку стоков электромагнитным вариативным полем малых токов с подстраивающимися частотами, обработку высоконасыщенными ионными фазами холодно-плазменных протуберанцев, промежуточное фильтрование в блоках суперфильтрации и финишное фильтрование в фильтроэлементах из сплава борной керамической решётки и диоксида титана в проточном режиме. 16 з.п. ф-лы, 3 табл., 2 пр.

Description

Изобретение может быть использовано в системах очистки в металлургической, горной, целлюлозно-бумажной, пищевой химической и сельско-хозяйственной промышленности для очистки промышленных и канализационных стоков, дренажных и сточных вод и фильтратов полигонов твердых коммунальных и твердых бытовых отходов.

Из патента РФ №2720613 на изобретение известен способ очистки и обеззараживания сточных вод, включающий стадии ультрафильтрации и обратноосмотического разделения в две ступени по пермеату, при этом перед стадией ультрафильтрации исходную воду пропускают через реактор роторно-вихревого типа для гидродинамической обработки в присутствии ферромагнитных частиц, а после стадии обратноосмотического разделения пермеат обратного осмоса второй ступени дополнительно очищают и обеззараживают в блоке фотолитического озонирования с использованием ультрафиолетового излучения и озона. В реакторе роторно-вихревого типа дополнительно могут осуществлять реагентную обработку коагулянтом и/или корректировку рН. Стадию ультрафильтрации можно реализовать в режиме прямого потока (тупиковая фильтрация). После дополнительной очистки и обеззараживания с использованием ультрафиолетового излучения и озона могут осуществлять разложение остаточного озона и продуктов окисления органических соединений на адсорбционно-каталитическом фильтре.

Недостатком способа по патенту №2720613 необходимость использования реагентов - ферромагнитных частиц. Также недостатком способа по известному патенту является низкое качество очистки воды от широкого спектра растворенных, эмульгированных и экстрагированных загрязнителей, токсичных сложных неорганических и органических веществ и солей тяжелых металлов в обширном диапазоне и с критическими показателями концентраций.

Из патента РФ №2494976 на изобретение известен способ обработки загрязненной воды, включающий стадии, на которых:

создают электрокоагуляционный реактор, имеющий водоприемный канал, водовыпускной канал, зазор между расходным анодом и вращающимся катодом, образующий первую зону обработки, и зазор между вращающимся катодом и нерасходным анодом, образующий вторую зону обработки;

подводят первое напряжение электролиза в пределах первой зоны обработки и второе напряжение электролиза в пределах второй зоны обработки; и направляют воду из впускного канала через первую зону обработки, затем через вторую зону обработки и затем через выпускной канал. Способ может дополнительно включать стадию, на которой добавляют электролит к обрабатываемой воде. Способ может дополнительно включать стадию, на которой добавляют пероксид водорода к обрабатываемой воде. Способ может дополнительно включать стадию, на которой добавляют флокулянт или коагулянт к воде, выходящей из выпускного канала реактора. Способ может дополнительно включать стадию, на которой корректируют положение катода для достижения желательного расстояния в пределах первого зазора. Способ может дополнительно включать стадию, на которой пропускают поток, выходящий из электрокоагуляционного реактора, через сепаратор и отделяют твердые вещества от очищенной воды. Сепаратор может представлять собой отстойник, функционально связанный с насосом для выведения твердых веществ и с насосом для выведения воды. Способ может дополнительно включать стадию, на которой насос для выведения твердых веществ и насос для выведения воды действуют таким образом, чтобы создавать частичное разрежение в отстойнике и в линии обрабатывающего оборудования.

Способ по патенту №2494976 выбран в качестве наиболее близкого аналога.

Недостатком способа по патенту №2494976 является необходимость использования отстойников, что ухудшает качество очистки. Также недостатком способа по патенту №2494976 является низкое качество очистки воды от широкого спектра растворенных, эмульгированных и экстрагированных загрязнителей, токсичных сложных неорганических и органических веществ и солей тяжелых металлов в обширном диапазоне и с критическими показателями концентраций.

Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретение, - создание безреагентного способа очистки сточных вод, эффективного, обеспечивающего высокое качество очистки.

Технический результат, достигаемый изобретением повышение эффективности и качества очистки, в том числе очистки воды от широкого спектра растворенных, эмульгированных и экстрагированных загрязнителей, токсичных сложных неорганических и органических веществ и солей тяжелых металлов в обширном диапазоне и с критическими показателями концентраций. Также заявляемое изобретение обеспечивает снижение энергетических и эксплуатационных затрат и снижение экологической нагрузки на окружающую среду. Также заявляемый способ обеспечивает экономически выгодную и экологически безопасную технологию всесезонного обезвреживания и обеззараживания как молодого так и старого фильрата полигонов твердых бытовых отходов (ТБО) или твердых коммунальных отходов (ТКО) а также обезвреживание и обеззараживание образующегося остатка (седимента) в проточном режиме.

Технический результат достигается за счет того, что в способе очистки сточных вод, включающем подачу в проточном режиме исходной воды фильтрата в механический фильтр для предварительной очистки, с последующим этапом полиэлектродной седиментации, осуществляемым в полиэлектродном реакторе, разделенном на две последовательные зоны очистки, в первой зоне полиэлектродного реактора, представляющей собой зону коагуляции, осуществляют обработку фильтрата композитными стальными электродами и расходуемыми алюминиевыми электродами при силе тока через электроды в интервале от 24 А до 84 А включительно и плотности тока на поверхности электродов в интервале от 28 А/дм² до 104 А/дм² включительно, одновременно с обработкой фильтрата композитными стальными электродами и расходуемыми алюминиевыми электродами в первой зоне очистки осуществляют воздействие на фильтрат акустическим полем высоких частот в диапазоне от 30 до 300 ГГц, затем поступивший из первой зоны очистки во вторую зону фильтрат обрабатывают нерасходуемыми углеродными электродами при силе тока через электроды в интервале от 24 А до 84 А включительно и плотности тока на поверхности электродов в интервале от 28 А/дм² до 104 А/дм² включительно, одновременно с обработкой нерасходуемыми углеродными электродами фильтрат во второй зоне очистки подвергают воздействию электромагнитного вариативного поля малых токов с изменяющейся частотой в интервале от 14 Гц до 28 Гц включительно, из второй зоны очистки седимент удаляют шламоудалителем в емкость сбора седимента для его обезвоживания инфракрасным излучением в диапазоне волн от 0,9 до 1,7 мкм, отделенную от седимента воду после второй зоны очистки подают в щелевой механический фильтр для частичной очистки воды от взвешенных частиц, далее воду подают на ультрафильтрацию, после ультрафильтрации воду подают в блок фильтроэлементов, состоящих из сплава борной керамической решетки и диоксида титана, затем воду подают на гиперфильтрацию при давлении в интервале от 0,3 до 0,5 МПа, после гиперфильтрации воду подают в блок генерации высоконасыщенных плотных ионизированных фаз с температурой не более 45°, образующихся при атмосферном давлении в форсунке плазменной головки высоковольтного генератора при импульсном разряде в наносекундном диапазоне при частоте около 20 кГц и напряжении около 15 кВ и выдуваемых из форсунки плазменной головки струей воздуха, затем воду подают в фотолитический блок с ультрафиолетовыми излучателями для обработки ультрафиолетовым излучением с интенсивностью от 1,3 Вт х сек/см² до 1,6 Вт/сек/см² в диапазоне волн от 180 до 400 нанометров, затем воду подают в композитно-сорбционный блок, из которого очищенную воду подают или в накопительную емкость для очищенной воды или потребителю.

Композитный стальной электрод может содержать закрепленный на стальном электроде пластину из низкоуглеродистой стали.

Пластина из низкоуглеродистой стали может быть выполнена из технического железа чистотой 99,25%.

Расходуемый алюминиевый электрод может быть выполнен из алюминия чистотой 99,50%.

Подачу в проточном режиме исходной воды фильтрата могут осуществлять при скорости в интервале от 3 до 5 куб./час.

Нерасходуемый углеродный электрод может быть выполнен с базовой тугоплавкой поверхностью с нанесенным на эту поверхность диамантовым напылением.

Базовая поверхность углеродного нерасходуемого электрода может быть выполнена из титана.

Базовая поверхность углеродного нерасходуемого электрода может быть выполнена из ниобия.

Фильтрат во второй зоне очистки могут подвергаюьт воздействию электромагнитного вариативного поля в интервале токов от 6 В до 9 В включительно.

Каждая из зон очистки может состоять из нескольких идентичных последовательных секций, при этом каждая секция первой зоны очистки содержит композитные стальные электроды и расходуемые алюминиевые электроды, а каждая секция второй зоны очистки содержит нерасходуемые углеродные электроды.

Количество секций каждой зоны очистки может составлять до 8 и более.

Ультрафильтрацию могут осуществлять посредством мембранного фильтра с размером пор около 0,5 мкм.

Мембрана гиперфильтрации может представлять собой фильтр с диаметром пор около 0,001 мкм.

Вещества, отфильтрованные на этапе гиперфильтрации, могут возвращать через трубопровод в первую зону очистки для последующей коагуляции.

Отфильтрованные в блоке фильтроэлементов из сплава борной керамической решетки и диоксида титана вещества могут возвращать через трубопровод во вторую зону очистки для дальнейшего осаждения.

Композитно-сорбционный блок может быть снабжен регенератором засыпки сорбента.

Регенератор засыпки сорбента может быть выполнен с трубками малого диаметра, расположенными в виде иголок ежа на коллекторе, через которые подается воздух во время работы модуля.

Заявляемый способ осуществляется в проточном режиме и обеспечивает безреагентную обработку и обезвреживание, очистку и утилизацию свалочного фильтрата с одновременным обезвреживанием выделяемого остатка. Способ включает стадии полиэлектродной седиментации и разделения сточных вод и растворенных в ней элементов, ультрафильтрации и макрокапилляр ной мембранной фильтрации и разделения воды на ретентат и пермеат, обработку воды тонкими акустическими полями, крайне высоких частот (КВЧ), обработку стоков электромагнитным вариативным полем малых токов с подстраивающимися частотами, обработку высоконасыщенными ионными фазами холодно-плазменных протуберанцев, промежуточное фильтрование в блоках суперфильтрации и финишное фильтрование в фильтроэлементах из сплава борной керамической решетки и диоксида титана в проточном режиме.

Фильтрат, подлежащий очистке (свалочный фильтрат) собирают дренажной системой полигона и по трубопроводам направляют в накопительную емкость, откуда насосом подают фильтрат в механический фильтр для предварительной грубой механической фильтрации исходной воды. Таким образом обеспечивают удаление из исходной воды грубых и наиболее крупных загрязнений, которые могут помешать на последующих стадиях очистки, засоряя фильтры и застревая между элементами оборудования.

После предварительной грубой очистки осуществляют стадию полиэлектродной седиментации и разделения стоков. Указанную стадию осуществляют в полиэлектродном реакторе, в котором фильтрат проходит две зоны очистки (два этапа очистки).

Первая зона - зона коагуляции, в которой фильтрат находится под воздействием интенсивной обработки композитными стальными электродами, например, на основе закрепленного на одном электроде пластин из низкоуглеродистой стали, то есть технического железа чистотой 99,25%, и расходуемыми алюминиевыми электродами чистотой 99,50%. Коагулирующий эффект достигается за счет процесса анодного растворения металла, в ходе которого в раствор переходят катионы алюминия или железа, которые подвергаются гидролизу и выступают в роли коагулянтов, участвующих в процессе коагуляции. Удельный срок службы расходуемых алюминиевых электродов, в зависимости от обработки зимнего-молодого, зимнего-старого, летнего-молодого, летнего-старого фильтрата составляет 4-7 месяцев при 24 часовой загрузке оборудования производительностью 3 кубометра фильтрата в час.

В общем случае подачу в проточном режиме исходной воды - фильтрата можно осуществлять при скорости в интервале от 3 до 5 куб./час, в зависимости от класса опасности фильтрата, одним комплексом оборудования, размещенном в 40-футовом контейнере. При этом, чем ниже скорость подачи, тем выше качество очистки и наоборот. Пределы скорости определяются качеством очистки на выходе, которое должно соответствовать предъявляемым требованиям в разных областях ее применения. При скоростях менее 3 куб./час способ будет неэффективным очень медленным, при скоростях более 5 куб./час степень очистки воды на выходе будет недостаточной для ее соответствия предъявляемым требованиям.

Обработка фильтрата в первой зоне осуществляется при силе тока через электроды в интервале от 24 А до 84 А и плотности тока на поверхности электродов в интервале от 28 А/дм² до 104 А/дм². При указанных параметрах тока обеспечивается комплекс электрохимических и электрофизических реакций, вследствие которых, происходит снижение показателей ХПК (химическое потребление кислорода) и БПК (биохимическое потребление кислорода), содержания поверхностно-активных веществ (ПАВ), соли металлов, нефтепродукты, происходит локальный переход растворенных веществ в своей большей части из растворенного состояния в коллоидное а также происходят первичные процессы обезвреживания и обеззараживания фильтрата (исходной воды) и его частичная дегазация.

Параметры тока ниже указанных интервалов не обеспечивают требуемые электрохимические и электрофизические реакции, снижение показателей ХПК и БПК не отмечается. При параметрах тока выше указанных интервалов отмечается лишь незначительное улучшение показателей ХПК и БПК в ходе электрохимических и электрофизических реакций.

Одновременно со стадией полиэлектродной седиментации фильтрат (исходная вода) на первом этапе очистки подвергается воздействию тонкого акустического поля крайне высоких частот (КВЧ) в диапазоне от 30 до 300 ГГц, которое активно влияет на растворенные загрязнения, формируя матрицу ускорения процесса коагуляции.

Далее, фильтрат (исходная вода) проходит второй этап обработки (очистки) во второй зоне, в которой обеспечивается обработка поступившего фильтрата нерасходуемыми углеродными электродами, которые состоят из титановой или ниобиевой или любой другой тугоплавкой несущей базовой поверхности с нанесенным, на эту поверхность, диамантовым напылением, причем параметры тока идентичны параметрам функциональной составляющей электродов первой зоны очистки, а именно: сила тока через электроды обеспечивается в интервале от 24 А до 84 А, плотность тока на поверхности электродов обеспечивается в интервале от 28 А/дм² до 104А/дм².

Применение указанных нерасходуемых электродов обусловлено требованием прочности к их изнашиванию и особыми дополнительными реакциями на втором этапе, в процессе которых вырабатывается надуксусная кислота, хлорноватистая кислота, гидроксоний, пероксиды водорода и персульфаты, вступающие в активные окислительно-восстановительные реакции с образованием обезвреженного таким образом осадка в виде мелкодисперсного кристаллизованного седимента. На данной стадии происходит окончательная дегазация фильтрата (исходной воды) до полного разложения солей жесткости, гидрокарбонатов, карбонатов, обезвреживание и частичное обеззараживание жидкой фазы от микроорганизмов и полное обеззараживание седимента в проточном режиме. Одновременно во второй зоне полиэлектродного реактора, фильтрат подвергается воздействию электромагнитного вариативного поля малых токов от 6 В до 9 В с постоянно подстраивающимися частотами от 14 Гц до 28 Гц для создания разрушительного резонанса частоты биологического ритма вирусов, которое значительно повышает эффективность процесса первичного обезвреживания и обеззараживания жидкой фазы, а также акселеративно воздействует на процесс коагуляции.

Таким образом, во второй зоне очистки коагулируемый седимент обеззараживается и обезвреживается до инертного мелкодисперсного кристаллического вещества, неспособного вступать в дальнейшие химические реакции.

Каждая из зон очистки (первая и вторая) может состоять из нескольких идентичных размещенных последовательно отсеков (до восьми и более), значительно повышающих вследствие этого качество и эффективность очистки.

Далее шламоудалителем седиментированный обеззараженный коагулят транспортируется в емкость сбора седимента. В качестве шламоудалителя может использоваться любой шламоудалитель, его конструкция для осуществления способа не является принципиальной.

В емкости сбора седимента осуществляют его обезвоживание инфракрасным излучением короткого диапазона волн от 0,9 до 1,7 мкм посредством инфракрасных излучателей. Указанный интервал волн инфракрасного излучения достаточен для обезвоживания седимента. При величинах волн менее 0,9 мкм не будет обеспечиваться должным образом обезвоживание в соотношении с необходимой скоростью процесса, а при значениях волн более 1,7 мкм не происходит ускорения процесса обезвоживания. Получают обезвоженный и обеззараженный седимент, неспособный вступать в дальнейшие химические реакции, который удаляется из емкости для сбора седимента шнеком. Полученный в результате осуществления способа седимент может быть использован в народном хозяйстве, дорожном строительстве, прочих строительных работах. Его утилизация и хранение не несут никакой экологической нагрузки на окружающую среду.

Затем воду, из которой выделен седимент, подают в блок щелевых механических фильтров для частичной очистки (отделения) исходной воды от взвешенных частиц, которые при обратной промывке механических фильтров возвращаются в полиэлектродный реактор первой зоны для дальнейшего осаждения.

Далее вода после частичного удаления взвешенных частиц подается на ультрафильтрацию. Ультрафильтрация осуществляется посредством мембранного фильтра с оптимальным размером пор около 0,05 мкм. Размер пор мембраны ультрафильтрации может находиться в пределах от 0,01 до 0,1 мкм. В качестве мембранного фильтра для ультрафильтрации можно использовать фильтр, известный из уровня техники, например, из сведений в сети Интернет по адресу https://hydropark.ru/projects/ultrafiltration.htm.

В результате ультрафильтрации происходит удаление всех взвешенных веществ, удаление мутности, запаха и, частично, цветности. Отфильтрованные макрочастицы возвращаются через трубопровод обратной подачи снова в полиэлектродный реактор второй зоны для дальнейшего осаждения.

После ультрафильтрации вода подается в блок фильтроэлементов, состоящих из сплава борной керамической решетки и диоксида титана. Фильтр из данных материалов позволяет безреагентно удалять из воды двухвалентное железо, хлор, марганец, бактерии и вирусы а также значительно снижает мутность и цветность. На данном этапе проводится предварительная финишная доочистка и обеззараживание исходной воды. Отфильтрованные микрочастицы возвращаются через трубопровод обратной подачи снова в полиэлектродный реактор второй зоны для дальнейшего осаждения.

После блока фильтроэлементов, состоящих из сплава борной керамической решетки и диоксида титана, вода подается на гиперфильтрацию при рабочем давлении от 0,3 МПа до 0,5 МПа включительно для удаления растворенных солей в ионной форме, токсинов, в том числе тетрадотоксинов, в результате чего происходит финишное удаление однородных частиц и молекул. При давлении менее 0,3 МПА не обеспечивается полное удаление растворенных солей, токсинов и т.п. При давлении более 0,5 МПа не отмечается улучшения удаления растворенных солей, токсинов и т.п.

Гиперфильтрация - обратный осмос, представляющий собой непрерывный процесс молекулярного разделения растворов путем их фильтрования под давлением через полупроницаемые мембраны, задерживающие полностью или частично молекулы либо ионы растворенного вещества (С.В. Яковлев «Очистка производственных сточных вод», Москва, Стройиздат, 1985 г., стр. 156).

Мембрана гиперфильтрации представляет собой фильтр с диаметром пор около 0,001 мкм, обеспечивающий пропускание молекул воды, при этом являющийся непроницаемым для гидратированных ионов солей или молекул недиссоциированных соединений.

Отфильтрованные соли и молекулы недиссоциированных соединений, обратной промывкой пермеатом, возвращаются возвращаются через трубопровод обратной подачи снова в полиэлектродный реактор первой зоны для дальнейшей коагуляции.

Далее отфильтрованная условно чистая вода накапливается в промежуточной емкости, из которой условно чистая вода подается в блок генерации холодно-плазменных протуберанцев, в котором образуются высоконасыщенные плотные ионизированные фазы, под воздействием которых происходит предварительное финишное обеззараживание. Генерация холодно-плазменных протуберанцев атмосферного давления производится в форсунке плазменной головки высоковольтным блоком генератора методом импульсного разряда в наносекундном диапазоне при частоте около 20 кГц и напряжении около 15 кВ. Во время возникновения в форсунке высоковольтных разрядов или так называемых холодно-плазменных протуберанцев, образуется высоконасыщенная плотная ионизированная фаза, которая выдувается из форсунки плазменной головки струей воздуха, при этом температура высоконасыщенной плотной ионизированной фазы не превышает 45 градусов Цельсия. Эффективными факторами воздействия высоконасыщенных ионизированных фаз на воду являются заряженные и активные нейтральные частицы, электромагнитное поле, уф-излучение. В высоконасыщенной плотной ионизированной фазе генерируются главным образом активные формы азота и кислорода, такие как окислы азота NO, NO2 синглетный кислород (1O2), перекись водорода H2O2, гидроксильные радикалы (ОН-).

Далее условно чистая предварительно обеззараженная вода подается в фотолитический блок, в котором установлены ультрафиолетовые излучатели, где происходит финишное обеззараживание условно чистой воды под воздействием ультрафиолетового излучения высокой интенсивности и широкого спектра УФ - излучения в диапазоне от 180 до 400 нанометров. Ультрафиолетовое излучение с длиной волн в диапазоне частот от 180 до 400 нанометров, уничтожает вирусы, бактерии и микроорганизмы, находящиеся в водной среде. Проточные каналы фотолитического блока, в которых установлены ультрафиолетовые излучатели, выполнены таким образом, чтобы плотность потока обеззараживаемой воды была полностью проницаема для прямого и отраженного УФ - излучения.

Затем отфильтрованная и полностью обеззараженная вода подается в композитно-сорбционный блок, в котором происходит финишная доочистка условно чистой воды и усреднение по показателю рН, в том числе, до требуемых нормативов качества очищенной воды.

Композитно-сорбционный блок может быть выполнен аналогично блоку, описанному в уровне техники в сети Интернет по адресу: https://ochistka-stokov.ru/034.html#:~:text=%D0%A1%D0%BE%D1%80%D0%В1%D1%86%D0%В8%D0%ВЕ%D0%BD%D0%BD%D1%8В%D0%В9%20%D0%В1%D0%ВВ%D0%ВЕ%D0%ВА%20%D0%BF%D1%80%D0%В5%D0%В4%D1%81%D1%82%D0%В0%D0%В2%D0%ВВ%D1%8F%D0%B5%D1%82%20%D1%81%D0%BE%P0%B1%D0%BE%D0%B9%20%D0%B5%D0%ВС%D0%ВА%D0%ВЕ%D1%81%D1%82%D1%8С/%D1%83%D0%В4%D0%В0%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F%20%D0%B8%D0%B7%20%D0%B2%D0%BE%D0%В4%D1%8В%20%D0%В2%D0%В7%D0%В2%D0%В5%D1%88%D0%В5%D0%BD%D0%BD%D1%8В%D1%85%20%D0%В2%D0%В5%D1%89%D0%В5%D1%81%D1%82%D0%В2. Известный композитно-сорбционный блок представляет собой емкость из стеклопластика с засыпкой из сорбента. Сорбент представляет собой композитный материал на основе природных алюмосиликатов.

В заявляемом способе композитно-сорбционный блок может быть оснащен встроенными регенераторами засыпки сорбента, что позволяет регенерировать засыпку сорбента в проточном режиме. Регенератор засыпки сорбента представляет собой, устанавливающуюся внутри на дне модуля, заполненного засыпкой, конструкцию, оснащенную трубками малого диаметра, расположенными в виде иголок ежа на коллекторе, через которые подается воздух во время работы модуля. Таким образом, загрузка постоянно регенерируется, что значительно увеличивает срок ее использования.

Далее чистая вода, необходимого качества очистки (от качества технической воды до качества воды для рыбохозяйственного назначения) направляется либо в накопительную емкость для очищенной воды, либо потребителю для промышленного водоснабжения, либо сбрасывается в водоемы рыбохозяйственного назначения.

В заявляемом способе весь процесс очистки происходит в проточном режиме, то есть из реактора выходит разделенная от большинства растворенных в ней элементов вода, которая затем проходит через блок макрокапиллярной ультрафильтрации, где отфильтрованные вещества подаются обратно в реактор для их седиментации и, одновременно этому процессу, непосредственно в реакторе, коагулируемые вещества седиментируются, обеззараживаются и обезвреживаются до вещества, неспособного вступать в дальнейшие химические реакции. И все это, также в проточном режиме, что значительно повышает качество и эффективность очистки.

Заявляемое изобретение полностью обеспечивает комплексную очистку смешанных сложных стоков широкого спектра загрязнений и их сверх критических концентраций без применения каких-либо реагентов до качества очистки воды рыбохозяйственного назначения а также обеспечивает полное обеззараживание и обезвреживание образующегося в процессе очистки седимента в проточном режиме.

В заявляемом способе осажденный в процессе коагуляции в полиэлектродном реакторе первой и второй зон очистки седимент, обеззараживается и обезвреживается в проточном режиме, что значительно повышает степень его очистки.

Минимизация энергетических затрат происходит за счет применения оборудования с низким коэффициентом энергопотребления.

Пример 1 осуществления заявляемого способа.

Дренажной системой собирают воду в накопительной емкости, из которой насосами в проточном режиме со скоростью 3 куб. /час осуществляют подачу исходной воды -фильтрата в механический фильтр, представляющий собой решетку для предварительной очистки. После механической очистки воду подают в полиэлектродный реактор, разделенный на две последовательные зоны очистки. В первой зоне полиэлектродного реактора осуществляют обработку фильтрата композитными стальными электродами и расходуемыми алюминиевыми электродами при силе тока через электроды 24 А включительно и плотности тока на поверхности электродов 28 А/дм². Композитный стальной электрод содержит закрепленный на стальном электроде пластину из технического железа чистотой 99,25%. Расходуемый алюминиевый электрод выполнен из алюминия чистотой 99,50%. Одновременно с обработкой фильтрата композитными стальными электродами и расходуемыми алюминиевыми электродами в первой зоне очистки осуществляют воздействие на фильтрат акустическим полем крайне высоких частот 30 ГГц. Затем поступивший из первой зоны очистки во вторую зону фильтрат обрабатывают при силе тока через электроды 24 А и плотности тока на поверхности электродов 28 А/дм² нерасходуемыми углеродными электродами, базовая поверхность которых выполнена из титана, на которую нанесено диамантовое напыление.

Одновременно с обработкой нерасходуемыми углеродными электродами фильтрат во второй зоне очистки подвергают воздействию электромагнитного вариативного поля малых токов 6 В с изменяющейся частотой в интервале от 14 Гц до 28 Гц включительно. Из второй зоны очистки седимент удаляют шламоудалителем в емкость сбора седимента для его обезвоживания инфракрасным излучением с длиной волны 1,7 мкм. Отделенную от седимента воду после второй зоны очистки подают в щелевой механический фильтр для частичной очистки воды от взвешенных частиц. Далее воду подают на ультрафильтрацию. Ультрафильтрацию осуществляют посредством мембранного фильтра (известный из сети Интернет https://hydropark.ru/projects/ultrafiltration.htm) с размером пор 0,5 мкм. После ультрафильтрации воду подают в блок фильтроэлементов из сплава борной керамической решетки и диоксида титана. После фильтрации воды на блоке фильтроэлементов из сплава борной керамической решетки и диоксида титана, воду подают на гиперфильтрацию при давлении 0,3 МПа. Для гиперфильтрации используют ионитовую мембрану с размером пор около 0,001 мкм. После гиперфильтрации воду подают в блок генерации высоконасыщенных плотных ионизированных фаз с температурой не более 45°, образующихся при атмосферном давлении в форсунке плазменной головки высоковольтного генератора при импульсном разряде в наносекундном диапазоне при частоте около 20 кГц и напряжении около 15 кВ и выдуваемых из форсунки плазменной головки струей воздуха. Затем воду подают в фотолитический блок с ультрафиолетовыми излучателями для обработки ультрафиолетовым излучением с интенсивностью 1,6 Вт х с/см² и частотой, поддерживаемой в диапазоне от 180 до 400 нм включительно. Затем воду подают в композитно-сорбционный блок, из которого очищенную воду подают или в накопительную емкость для очищенной воды или потребителю. В качестве композитно-сорбционного блока используют блок, описание которого приведено выше со ссылкой на сведения из сети Интернет. Композитно-сорбционный блок снабжен регенератором засыпки сорбента, выполненный с трубками малого диаметра, расположенными в виде иголок ежа на коллекторе, через которые подается воздух во время работы модуля. Отфильтрованные в блоке фильтроэлементов из сплава борной керамической решетки и диоксида титана вещества возвращают через трубопровод во вторую зону очистки для дальнейшего осаждения. Вещества, отфильтрованные на этапе гиперфильтрации, возвращают через трубопровод в первую зону очистки для последующей коагуляции.

Таблица 1: Содержание элементов до и после очистки по примеру 1. Результаты очистки ТБО (твердых бытовых отходов) дер. Воловичи. Отбор проб - июль 2018 г.

Дренажной системой собирают воду в накопительной емкости, из которой насосами в проточном режиме со скоростью 5 куб. /час осуществляют подачу исходной воды -фильтрата в механический фильтр, представляющий собой решетку для предварительной очистки. После механической очистки воду подают в полиэлектродный реактор, разделенный на две последовательные зоны очистки. В первой зоне полиэлектродного реактора осуществляют обработку фильтрата композитными стальными электродами и расходуемыми алюминиевыми электродами при силе тока через электроды 84 А включительно и плотности тока на поверхности электродов 104 А/дм². Композитный стальной электрод содержит закрепленный на стальном электроде пластину из технического железа чистотой 99,25%. Расходуемый алюминиевый электрод выполнен из алюминия чистотой 99,50%. Одновременно с обработкой фильтрата композитными стальными электродами и расходуемыми алюминиевыми электродами в первой зоне очистки осуществляют воздействие на фильтрат акустическим полем крайне высоких частот 300 ГГц. Затем поступивший из первой зоны очистки во вторую зону фильтрат обрабатывают при силе тока через электроды 84 А и плотности тока на поверхности электродов 104 А/дм² нерасходуемыми углеродными электродами, базовая поверхность которых выполнена из ниобия, на которую нанесено диамантовое напыление. Одновременно с обработкой нерасходуемыми углеродными электродами фильтрат во второй зоне очистки подвергают воздействию электромагнитного вариативного поля малых токов 9 В с изменяющейся частотой в интервале от 14 Гц до 28 Гц включительно. Из второй зоны очистки седимент удаляют шламоудалителем в емкость сбора седимента для его обезвоживания инфракрасным излучением с длиной волны 0,9 мкм. Отделенную от седимента воду после второй зоны очистки подают в щелевой механический фильтр для частичной очистки воды от взвешенных частиц. Далее воду подают на ультрафильтрацию. Ультрафильтрацию осуществляют посредством мембранного фильтра (известный из сети Интернет https://hydropark.ru/projects/ultrafiltration.htm) с размером пор 0,5 мкм. После ультрафильтрации воду подают в блок фильтроэлементов из сплава борной керамической решетки и диоксида титана. После фильтрации воды на блоке фильтроэлементов из сплава борной керамической решетки и диоксида титана, воду подают на гиперфильтрацию при давлении 0,5 МПа. Для гиперфильтрации используют ионитовую мембрану с размером пор около 0,001 мкм. После гиперфильтрации воду подают в блок генерации высоконасыщенных плотных ионизированных фаз с температурой не более 45°, образующихся при атмосферном давлении в форсунке плазменной головки высоковольтного генератора при импульсном разряде в наносекундном диапазоне при частоте около 20 кГц и напряжении около 15 кВ и выдуваемых из форсунки плазменной головки струей воздуха. Затем воду подают в фотолитический блок с ультрафиолетовыми излучателями для обработки ультрафиолетовым излучением с интенсивностью 1,3 Вт × с/см² и частотой, поддерживаемой в диапазоне от 180 до 400 нм включительно. Затем воду подают в композитно-сорбционный блок, из которого очищенную воду подают или в накопительную емкость для очищенной воды или потребителю. В качестве композитно-сорбционного блока используют блок, описание которого приведено выше со ссылкой на сведения из сети Интернет. Композитно-сорбционный блок снабжен регенератором засыпки сорбента, выполненный с трубками малого диаметра, расположенными в виде иголок ежа на коллекторе, через которые подается воздух во время работы модуля. Отфильтрованные в блоке фильтроэлементов из сплава борной керамической решетки и диоксида титана вещества возвращают через трубопровод во вторую зону очистки для дальнейшего осаждения. Вещества, отфильтрованные на этапе гиперфильтрации, возвращают через трубопровод в первую зону очистки для последующей коагуляции.

Из полученных данных видно, что значения основных токсикологических показателей фильтрата, прошедших стадию обработки и очистки в полиэлектродном реакторе, снизились в 4-6 раз, по сравнению с показателями исходного фильтрата. Суммарное снижение концентрации органических веществ, являющихся основными загрязнителями фильтрата, составило 99,99%.

Для примера приведем в таблице 3 данные о концентрации элементов (мкг/кг сухой массы), обнаруженных в пробе обезвоженного седимента (остатка) фильтрата при осуществлении способа по примеру 1 (ТБО дер. Воловичи. Отбор проб июль 2018 г.)

Из полученных данных видно, что седимент (остаток), полученный в результате безреагентной обработки очистки и обеззараживания фильтрата и обезвреживания седимента (остатка) в проточном режиме, является полностью инертным по отношению к окружающей среде, то есть, седимент не способен вступать в дальнейшие химические реакции.

Claims (17)

1. Способ очистки сточных вод, включающий подачу в проточном режиме исходной воды – фильтрата - в механический фильтр для предварительной очистки с последующим этапом полиэлектродной седиментации, осуществляемым в полиэлектродном реакторе, разделенном на две последовательные зоны очистки, в первой зоне полиэлектродного реактора, представляющей собой зону коагуляции, осуществляют обработку фильтрата композитными стальными электродами и расходуемыми алюминиевыми электродами при силе тока через электроды в интервале от 24 до 84 А включительно и плотности тока на поверхности электродов в интервале от 28 до 104 А/дм² включительно, одновременно с обработкой фильтрата композитными стальными электродами и расходуемыми алюминиевыми электродами в первой зоне очистки осуществляют воздействие на фильтрат акустическим полем высоких частот в диапазоне от 30 до 300 ГГц, затем поступивший из первой зоны очистки во вторую зону фильтрат обрабатывают нерасходуемыми углеродными электродами при силе тока через электроды в интервале от 24 до 84 А включительно и плотности тока на поверхности электродов в интервале от 28 до 104 А/дм² включительно, одновременно с обработкой нерасходуемыми углеродными электродами фильтрат во второй зоне очистки подвергают воздействию электромагнитного вариативного поля малых токов с изменяющейся частотой в интервале от 14 до 28 Гц включительно, из второй зоны очистки седимент удаляют шламоудалителем в емкость сбора седимента для его обезвоживания инфракрасным излучением в диапазоне волн от 0,9 до 1,7 мкм, отделенную от седимента воду после второй зоны очистки подают в щелевой механический фильтр для частичной очистки воды от взвешенных частиц, далее воду подают на ультрафильтрацию, после ультрафильтрации воду подают в блок фильтроэлементов, состоящих из сплава борной керамической решетки и диоксида титана, затем воду подают на гиперфильтрацию при давлении в интервале от 0,3 до 0,5 МПа, после гиперфильтрации воду подают в блок генерации высоконасыщенных плотных ионизированных фаз с температурой не более 45°, образующихся при атмосферном давлении в форсунке плазменной головки высоковольтного генератора при импульсном разряде в наносекундном диапазоне при частоте около 20 кГц и напряжении около 15 кВ и выдуваемых из форсунки плазменной головки струей воздуха, затем воду подают в фотолитический блок с ультрафиолетовыми излучателями для обработки ультрафиолетовым излучением с интенсивностью от 1,3 до 1,6 Вт/с/см² в диапазоне волн от 180 до 400 нм, затем воду подают в композитно-сорбционный блок, из которого очищенную воду подают или в накопительную емкость для очищенной воды, или потребителю.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что композитный стальной электрод содержит закрепленную на стальном электроде пластину из низкоуглеродистой стали.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что пластина из низкоуглеродистой стали выполнена из технического железа чистотой 99,25%.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что расходуемый алюминиевый электрод выполнен из алюминия чистотой 99,50%.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что подачу в проточном режиме исходной воды – фильтрата - осуществляют при скорости в интервале от 3 до 5 куб./ч.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нерасходуемый углеродный электрод выполнен с базовой тугоплавкой поверхностью с нанесенным на эту поверхность диамантовым напылением.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что базовая поверхность углеродного нерасходуемого электрода выполнена из титана.

8. Способ по п. 6, отличающийся тем, что базовая поверхность углеродного нерасходуемого электрода выполнена из ниобия.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что фильтрат во второй зоне очистки подвергают воздействию электромагнитного вариативного поля в интервале токов от 6 до 9 В включительно.

10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что каждая из зон очистки состоит из нескольких идентичных последовательных секций, при этом каждая секция первой зоны очистки содержит композитные стальные электроды и расходуемые алюминиевые электроды, а каждая секция второй зоны очистки содержит нерасходуемые углеродные электроды.

11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что количество секций каждой зоны очистки составляет до 8 и более.

12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ультрафильтрацию осуществляют посредством мембранного фильтра с размером пор около 0,5 мкм.

13. Способ по п. 1, отличающийся тем, что мембрана гиперфильтрации представляет собой фильтр с диаметром пор около 0,001 мкм.

14. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вещества, отфильтрованные на этапе гиперфильтрации, возвращают через трубопровод в первую зону очистки для последующей коагуляции.

15. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отфильтрованные в блоке фильтроэлементов из сплава борной керамической решетки и диоксида титана вещества возвращают через трубопровод во вторую зону очистки для дальнейшего осаждения.

16. Способ по п. 1, отличающийся тем, что композитно-сорбционный блок снабжен регенератором засыпки сорбента.

17. Способ по п.16, отличающийся тем, что регенератор засыпки сорбента выполнен с трубками малого диаметра, расположенными в виде иголок ежа на коллекторе, через которые подаётся воздух во время работы модуля.