Результат интеллектуальной деятельности: БЕЗРЕАГЕНТНЫЙ СПОСОБ ОБРАБОТКИ И ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД

Изобретение относится к способам обработки и обезвреживания осадков сточных вод, образующихся на городских очистных сооружениях канализации (ГОСК).

Осадки сточных вод (ОСВ) представляют собой суспензии, выделяемые из сточных вод в процессе их механической, биологической и физико-химической очистки. Основными видами осадков на ГОСК являются первичный осадок, задерживаемый первичными отстойниками, и избыточный активный ил из вторичных отстойников. Пространственная структура осадков является коллоидной системой, в которой дисперсная фаза состоит из твердых частиц органического и минерального происхождения, а дисперсная среда - вода с растворенными в ней веществами. Плохая водоотдача осадков, содержание тяжелых металлов, а также зараженность патогенными бактериями затрудняет их последующую обработку и утилизацию.

Основными способами улучшения свойств ОСВ являются применение химических реагентов (коагулянты и флокулянты) и последующее механическое обезвоживание, например патент РФ 2484024. Большинство реагентов токсичны и служат источниками вторичного загрязнения осадков сточных вод.

Воздействовать на свойства осадков можно не только химическими реагентами, но и физическими полями, например сверхвысокочастотным электромагнитным полем (СВЧ ЭМП). Биофизическое действие электромагнитного излучения связано с ионизацией молекул вещества и образованием возбуждающих частиц, которые вступают во взаимодействие между собой и другими молекулами или распадаются с образованием свободных радикалов [Исмаилов Э.Ш. Биофизическое действие СВЧ-излучений. М., 1987, с. 5]. Эти процессы вызывают окисление и распад веществ, изменение структуры и снижение активности ферментов клеток микроорганизмов. Известно бактерицидное действие электромагнитного излучения [Классен В.И. Омагничивание водных систем. М.: Химия, 1978, с. 87; Исмаилов Э.Ш. Биофизическое действие СВЧ-излучений. М., 1987, с. 86].

Известен способ обеззараживания промышленных сточных вод в импульсном электромагнитном устройстве с напряженностью магнитного поля 70-80 кА/м и частотой 2-10 имп./с [RU 2123477 С1, опубл. 1996].

Известен способ обеззараживания потока жидкой среды, по крайней мере, одним постоянным магнитным полем. Скорость потока устанавливают равной 0,1-10 м/с, а постоянное магнитное поле создают с вектором магнитной индукции, направленным перпендикулярно потоку жидкой среды и имеющем величину, большую 0,02 Тл [RU 2126772 С1, МПК C02F 1/48, опубл. 1998].

Известен способ антибактериальной обработки потока жидкой среды воздействием на закрученный поток жидкости магнитным и электрическими полями и создание градиента концентрации ионов [RU 2376247 С2, МПК C02F 1/48, опубл. 2006].

Известен комплексный способ безреагентной очистки сточных вод и брикетирования, включающий обеззараживание брикетов осевшего ила в печах СВЧ [RU 2431610 С2, МПК C02F 9/12, опубл. 20.10.2011].

Недостатками вышеперечисленных способов является в некоторых случаях низкая эффективность, узкое применение электромагнитного излучения - только бактерицидное действие на конечном этапе обработки сточных вод.

Задачей изобретения является создание безреагентного способа обработки ОСВ, имеющего многофакторное действие (улучшение ряда свойств осадков), обладающего высокой эффективностью, экономически выгодного и простого в осуществлении.

Технический эффект - улучшение основных свойств осадков: снижение содержания тяжелых металлов, уменьшение объема осадка, снижение влажности, увеличение скорости отстаивания и фильтрования, обеззараживание, уменьшение липкости, отсутствие загниваемости.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе безреагентной обработки смесь осадков, представляющую собой первичный осадок и избыточный активный ил в соотношении 1:2, подвергается сверхвысокочастотному электромагнитному излучению (СВЧ ЭМИ) при этом мощности излучения 800-1000 Вт, частота излучения 3*10⁹-3*10¹⁰ Гц, продолжительность обработки - 5-10 мин.

Экспериментально доказано, что мощность электромагнитного излучения и время обработки зависят от объема обрабатываемого осадка. Так для объема 500 мл оптимальная мощность составляет до 1000 Вт и продолжительность 5-10 мин. Увеличение мощности СВЧ генератора и времени обработки приводят к ухудшению некоторых свойств осадков (например, при СВЧ обработке более 10 мин снижается содержание ценных органических веществ калия и фосфора), а также к увеличению энергозатрат.

Техническое решение поясняется иллюстративными материалами, где на фиг. 1 представлена зависимость снижения объема смеси ОСВ при отстаивании от продолжительности СВЧ ЭМ обработки; на фиг. 2 - зависимость снижения влажности смеси осадков от мощности СВЧ ЭМ обработки; на фиг. 3 - графики сравнения скорости фильтрования смеси осадков; на фиг. 4 показано прилипание исходного осадка сточных вод; на фиг. 5 - прилипание осадка после СВЧ ЭМ обработки; на фиг. 6 показана загниваемость смеси осадков.

Способ осуществляют следующим образом.

СВЧ электромагнитной обработке подвергается смесь осадков - первичный осадок и избыточный активный ил (1:2) с действующих очистных сооружений канализации г. Тюмени до ввода реагента. Смесь осадков объемом 300-500 мл помещают в СВЧ печь, имеющей металлические стенки. При включении СВЧ печи магнетрон создает электромагнитное излучение с диапазоном волн 10^-1-10^-2 м и частотой 3*10⁹-3*10¹⁰ Гц. Продолжительность обработки составляет 5-10 мин.

В результате осуществления способа по заявленному техническому решению получены следующие результаты:

- значительное (25-35%) уменьшение объема осадка при отстаивании (фиг. 1);

- снижение влажности (с 94,5% до 91,15%) (фиг. 2);

- увеличение скорости фильтрования (в 1,2 раза) (фиг. 3);

- уменьшение липкости (фиг. 4, 5);

- отсутствие загниваемости осадка сточных вод (осадок отстаивался в лабораторных цилиндрах в течение 1 суток) (фиг. 6);

- увеличение содержания тяжелых металлов в фугате (фугат - жидкая фаза после отстаивания промытого дистиллированной водой осадка сточных вод). Основные показатели приведены в таблице 1;

- стерилизация осадка - имеется заключение о проведении паразитологического исследования в испытательный лабораторный центр ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Тюменской области». Определяемые показатели: цисты лямблий (Giardia intestinalis), яйца и личинки гельминтов. Результаты исследований: в пробе смеси осадков после обработки СВЧ излучением данные виды патогенных микроорганизмов не обнаружены.

Предлагаемый способ позволяет без применения реагентов улучшить ряд свойств ОСВ, значительно сократить время обработки. Например, СВЧ обработка осадка в течение 10 мин приводит к гибели всех известных патогенных бактерий, а для полного обеззараживания ОСВ на иловых полях требуется 3-4 года. В результате использования СВЧ ЭМИ получают безопасный продукт для повторного использования, например, в качестве удобрения в сельском хозяйстве, для восстановления почв, производства строительных материалов, строительства дорог и др.

Отличительной особенностью заявленного способа является то, что впервые показана возможность применения СВЧ электромагнитного излучения для улучшения ряда свойств осадков сточных вод - увеличение скорости протекания процессов обработки, снижение содержания тяжелых металлов, снижение влажности и др. Простота применяемого оборудования позволяет получить универсальный и относительно недорогой способ обработки осадков.

Выполненные сравнительные экономические расчеты по обоснованию применения СВЧ ЭМИ при обработке осадков сточных вод показывают, что затраты на обезвоживание осадков сточных вод СВЧ излучением в 1,5 раза ниже, чем затраты при использовании флокулянта, применяемого сегодня на ГОСК г. Тюмени.