Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОЧИСТКИ НЕПРОТОЧНЫХ ВОДОЁМОВ ОТ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И НЕФТЕПРОДУКТОВ

Изобретение относится к способам очистки воды в непроточных водоемах от нефтепродуктов и тяжелых металлов.

Известен способ очистки водоемов от нефти, включающий распыление раствора нефтеокисляющего препарата и минеральных удобрений, проведение аэрации для увеличения содержания кислорода в воде [Патент РФ №2322400].

Недостатком предложенного способа является невозможность очистки воды от тяжелых металлов.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является способ очистки загрязненных вод поверхностных водоемов от нефтепродуктов и тяжелых металлов путем внесения сорбента, флокулянта, коагулянта и минерального замутнителя [Патент РФ №2143403]. В качестве сорбента и минерального замутнителя используют смесь гидролизованных дисперсных алюмосиликатов, в качестве флокулянта - алюмосиликаты в коллоидном состоянии, в качестве коагулянта - композицию гидроксидов различных металлов (алюминий, железо, титан, кальций и магний).

Сущность способа заключается в том, чтобы внесенными реагентами сорбировать нефтепродукты и тяжелые металлы, находящиеся в водоеме, и их осадить. Однако нефтепродукты и тяжелые металлы, извлеченные из воды, переходят в донные отложения и там депонируются. Более того, все перечисленные металлы в виде гидроксидов тоже будут депонироваться в донных отложениях, ухудшая экологическую ситуацию водоема.

Недостатком способа является невысокий эффект очистки водного объекта, включающего воду и донные отложения.

Задачей изобретения является повышение эффективности очистки воды и донных отложений водоема.

Технический результат совпадает с задачей изобретения.

Сущность изобретения заключается в очистке непроточных водоемов от тяжелых металлов и нефтепродуктов путем использования сорбента, коагулянта и грубодисперсного минерального вещества. Согласно изобретению, извлекают донный осадок и воду, извлеченный донный осадок компостируют со структурообразователями, нефтеокисляющими микроорганизмами, биогенными элементами с получением почвогрунтов, используют электроды для уменьшения остаточной концентрации металлов в почвогрунтах, отделенную от донного осадка воду возвращают в непроточный водоем, извлеченную из водоема воду очищают последовательно сорбцией и фильтрованием в геохимическом барьере, заполненном минеральным зернистым материалом - силицированным кальцитом фракции 2-5 мм, в котором размещены электрохимические источники тока, генерирующие коагулянт, очищенную воду возвращают в водоем, создавая циркуляцию воды, при этом воду фильтруют со скоростью 1-5 м/ч при длине геохимического барьера 8-16 м.

На фигуре представлена технологическая схема процесса очистки непроточного водоема. В непроточном водоеме 1 на плавсредствах размещена насосная станция 2 для перекачки донного осадка на компостную площадку 3, размещенную на берегу водоема. Компостная площадка 3 размещена в выемке грунта, оборудована гидроизоляционным экраном, дренажной системой и системой аэрации (на фигуре не показаны). К дренажной системе подсоединен дренажный насос 4, имеющий выпуск в водоем 1. К системе аэрации подсоединен компрессор 5. Бункеры-накопители 6 компостообразователей соединены со смесителем 7, имеющим рассредоточенный выпуск 8 на компостные площадки 3. В теле компостной площадки 3 размещены чередующимися рядами электроотрицательные (алюминий) 9 и электроположительные (графит) 10 стержневые электроды.

В водоеме 1 размещены щелевые водозаборные трубы 11, соединенные с насосной станцией 12, имеющей выпуск в сорбционный фильтр 13, соединенный с геохимическим барьером 14 [Патент РФ на ПМ №154393]. Выпуск геохимического барьера 14 соединен с водорассеивающим выпуском 15, расположенным в непроточном водоеме 1.

Способ осуществляется следующим образом.

Вдоль береговой линии непроточного водоема 1 строят компостную площадку 3 в выемке грунта.

Насосной станцией 2 ведут откачку донного ила, который перекачивают на компостную площадку 3 и равномерно размещают по площади. Одновременно на компостную площадку 3 распределяют компостные добавки (структурообразователи, нефтеокисляющие микроорганизмы, биогенные элементы) с помощью бункеров-накопителей 6, смесителей 7 и рассредоточенного выпуска 8. Избыток влаги стекает вниз, где расположена дренажная система, с помощью дренажного насоса 4 воду откачивают в непроточный водоем 1. Для ускорения биологического процесса компостирования смеси обеспечивают подачу воздуха с помощью компрессора 5.

Нефтяные углеводороды содержат в своем составе тяжелые металлы в высокой концентрации, поэтому при контакте нефтепродуктов с водой часть металлов переходит в воду, причем их концентрация во много раз превышает допустимую. Часть металлов осаждается естественным путем, переходя в состав донного осадка, часть остается в воде.

В результате компостирования происходит минерализация органических веществ, образование гумуса из углеводородов, что позволяет получить товарные почвогрунты. Качество почвогрунтов определяется содержанием тяжелых металлов, которое регламентируется стандартами. Для уменьшения остаточной концентрации металлов в почвогрунтах в теле компостной площадки размещены электрохимические источники тока, состоящие из электродов 9 и 10 разной полярности, создающие электрическое поле. В электрическом поле катионы металлов перемещаются к отрицательно заряженному электроду (алюминию), закрепляются на его поверхности. Такой процесс известен в электрохимии, получил название электрокристаллизации [Стендер В.В. Прикладная электрохимия. Изд. Харьковского университета. - 1961. - 541 с. - См. с. 154].

Процесс компостирования происходит в течение 3-12 месяцев в зависимости от содержания загрязняющих веществ, поэтому концентрация тяжелых металлов успевает существенно снизиться. Полученные почвогрунты используют для рекультивации береговой зоны непроточного водоема.

Воду из непроточного водоема забирают насосной станцией 12, подают в сорбционный фильтр 13 для отделения пленочных нефтепродуктов. В качестве сорбента используют солому злаковых культур. Далее воду подают в геохимический барьер 14, загруженный минеральным зернистым материалом (силицированный кальцит) фракции 2-5 мм. Этот материал относится к активным фильтрующим материалам, извлекающим тяжелые металлы с эффектом 85-99%. Для увеличения эффекта очистки воды от тяжелых металлов в геохимическом барьере 14 использована такая же система электрохимических источников тока, создаваемая электродами 9 и 10, как в компостной площадке 3. Электроотрицательные алюминиевые электроды растворяются, образуя коагулянт.

Очищенная вода сбрасывается самотечно с помощью водорассеивающего выпуска 15 в водоем.

Оптимальный состав компоста следующий, %

- осадки биологических очистных сооружений нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ) - 1;

- птичий помет - 1;

- солома, опилки, торф, бумага - 8;

- осадки биологических очистных сооружений канализации населенных пунктов - 20;

- осадки очистных сооружений водоснабжения населенных пунктов - 10;

- минеральный зернистый материал силицированный кальцит - 10;

- катализатор окислительных процессов - 5;

- донные осадки - остальное.

Пример 1.

Проводили опыты по очистке модели природной воды, содержащей ионы железа, геохимическим барьером длиной 16 м при скорости фильтрования в диапазоне 0,1-1 Ом/ч.

Результаты приведены в таблице 1.

Из таблицы следует, что для получения воды с концентрацией железа 0,3 мг/л (ПДК_{хоз.пит} - предельно допустимая концентрация водоемов хозяйственно питьевого назначения) необходимый эффект очистки воды составляет 90%, т.е. возможна скорость фильтрования 5,0 м/ч при длине геохимического барьера 12 м.

Пример 2.

Проводили опыты по очистке модели природной воды, содержащей ионы марганца геохимическим барьером длиной 16 м при скорости фильтрования в диапазоне 0,1-10 м/ч.

Результаты приведены в таблице 2.

Из таблицы следует, что для получения воды с концентрацией марганца 0,1 мг/л (ПДК_{хоз.пит.}) необходимый эффект очистки воды составляет 90,0%, то есть возможна скорость фильтрования 5,0 м/ч при длине геохимического барьера 12 м.

Пример 3.

Проводили опыты по очистке модели природной воды, содержащей ионы меди геохимическим барьером длиной 16 м при скорости фильтрования в диапазоне 0,1-10 м/ч.

Результаты приведены в таблице 3.

Из таблицы следует, что для получения воды с концентрацией меди 1,0 мг/л (ПДК_{хоз.пит}) необходимый эффект очистки воды составляет 99,00%, т.е. возможна скорость фильтрования 5,0м/ч при длине геохимического барьера 8 м.

Пример 4.

Проводили опыты по очистке модели природной воды, содержащей бензол геохимическим барьером длиной 16 м при скорости фильтрования в диапазоне 0,1-10 м/ч.

Результаты приведены в таблице 4.

Из таблицы следует, что для получения воды с концентрацией бензола 0,1 мг/л (ПДК_{хоз.пит.}) необходимый эффект очистки воды составляет 90,00%, то есть возможна скорость фильтрования 5,0 м/ч при длине геохимического барьера 16 м.

Технический результат заключается в том, что достигнута очистка донного осадка до качества почвогрунтов и очистка воды водоема до предельно допустимых значений концентраций тяжелых металлов и нефтепродуктов.