Результат интеллектуальной деятельности: Способ очистки сточных вод

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.

Известен способ очистки сточных вод, включающий коагуляцию белковых продуктов с использованием анодного окисления с последующим отделением коагулянта. Для повышения степени очистки процесс осуществляют в две стадии. Способ касается сточных вод картофелекрахмальных производств (RU 2090516, МПК С02F 1/46, опубл. 20.09.1997).

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 степени очистки от неорганических примесей и липидсодержащих компонентов.

Известен 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 (RU №2134659, МПК C02F 1/465,опубл. 20.01.1998).

Однако этот способ требует большого количества хлорида натрия, что удорожает процесс очистки, а эффективность очистки не превышает 70%. Оптимальное соотношение коагулянта и сточной воды, а также время коагуляции в описании и формуле изобретения не указаны.

Наиболее близким по технической сущности является способ очистки сточных вод, включающий механическое отделение взвешенных веществ, смешивание с коагулянтом, коагуляцию и электрообработку раствора в электрофлотаторе, согласно изобретению, продолжительность 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 (RU 2 440 931, МПК С02F1/465, опубл.27.01.2012).

Недостатком способа является высокая степень разбавления очищаемого стока морской водой (до 35%), привнесение с последней дополнительных загрязнений и примесей в очищаемую воду и как результат – снижение эффекта очистки. В морской воде содержатся взвешенные вещества, нефтяные углеводороды, нитритный азот (N-NО), нитратный азота (N-NО), аммонийный азот (N-NН), фосфатный фосфор (P-PO), поверхностно-активные вещества, могут содержаться фенолы, хлорорганические пестициды, тяжелые металлы и др. Все они могли стать мешающим фактором в очистке исследованной воды, но их степень влияния на процесс очистки в описании и формуле изобретения не представлена. Кроме того, использование морской воды повышало цветность обрабатываемого стока, что не увеличивало степень очистки сточных вод.

Технический результат, на который направлено данное изобретение, состоит в повышении степени очистки, обеззараживании сточных вод, не требующем дополнительного внесения специальных реагентов и препаратов.

Общими с прототипом признаками являются: механическое отделение взвешенных веществ (отстаивание), смешивание с коагулянтом, коагуляцию и электрообработку раствора в электрофлотаторе в течение 60-90 минут.

Отличие состоит в применении в качестве коагулянта минерализованной подземной воды, в концентрации по отношению к сточным водам 20 об. %. В экспериментах использовалось оборудование, описанное в прототипе (RU 2 440 931, МПК С02F1/465, опубл.27.01.2012).

Как показали выполненные исследования, условия для очистки сточных вод оптимальны, когда концентрация подземной минерализованной воды по отношению к сточным водам в электрофлотаторе находится в пределах 20 об.%. Продолжительность электрообработки в электрофлотаторе выдерживалась по прототипу и составляла 60-90 минут.

Электрохимическое окисление проводится при напряжении 12 В, при плотности тока 50-100 А/м2 с подземной минерализованной водой в качестве коагулянта. Известно, что при электролизе растворов, содержащих хлорид-ионы (более 1 г/л), в анодной области происходит образование гипохлорита натрия NaClO. При электролизе минерализованной подземной воды выделяется гипохлорит натрия, который быстро и энергично обеззараживает очищаемую воду. Гипохлорит натрия оказывает дезинфицирующее (убивает бактерии, водоросли, грибки) и окисляющее (удаляет органические и неорганические примеси) действия. Применение минерализованной подземной воды позволяет отказаться от дополнительного внесения обеззараживающих средств, что является экономически выгодным.

В лабораторной установке по образцу прототипа использовали статический электрофлотатор с горизонтальными электродами с рабочим объемом электрофлотационной камеры 0,003 м³. Катод был выполнен из стальной проволоки диаметром 0,8 мм, площадь сетки ОРТА 220 см². Расстояние между электродами принималось не более 10 см. Процесс проводился при напряженности на электродах 12 В, плотности тока 40-50 А/м² и продолжительности прохождения тока 60-90 мин. В качестве коагулянта использовалась природная минерализованная вода из подземных источников Вологодской области: из артезианской скважины № 4/90, расположенной в пределах месторождения "Турундаевское", глубиной 900,0 м с концентрацией хлоридов в воде до 200г/л и из артезианской скважины санатория «Новый источник» глубиной 500 м, с концентрацией хлоридов до 20 г/л. Степень очистки сточных вод контролировали по значению показателя ХПК (ПНД Ф 14.1:2:3.100-97). Водный раствор в электрофлотаторе должен содержать 20% подземной минерализованной воды.

Пример. Берут 3 л сточной воды, добавляют 600 мл подземной минерализованной воды (концентрация хлоридов 19 г/л) 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 40-50 А/м², максимальная продолжительность обработки 90 минут. Измеряют значения ХПК исходной сточной воды, сточной воды после её коагуляции минерализованной подземной водой в течение 30 минут и после проведения электрофлотации через 90 минут от начала опыта. Значения ХПК определены по ПНД Ф 14.1:2:3.100-97. Исходная ХПК сточной воды составляла 4997 мг/л, после 90-минутной обработки значение ХПК снизилось до 135 мг/л. Эффективность очистки составляет 97,3%.

Исследования показали, что в результате использования изобретения степень очистки повышается до 97,3%. 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).

Эффективность обеззараживания оценивали по микробиологическим показателям ОМЧ (общее микробное число), ОКБ (содержание общих колиформных бактерий). Результаты микробиологических исследований исходной воды и сточной воды после обработки гипохлоритом натрия (ГХН), полученным из подземной минерализованной воды, отмечены в таблице.

Технический результат обусловлен продолжительностью взаимодействия в электрофлотаторе коагулянта (подземной минерализованной воды) и сточной воды, а также их объемным соотношением. Использование в качестве коагулянта подземной минерализованной воды дает дополнительные преимущества перед известным способом, так как природный коагулянт, отбираемый из подземной артезианской скважины «чист», не содержит включений и веществ, характерных для открытых водоисточников, в частности морей, а значит процесс очистки таким коагулянтом не привносит дополнительных загрязнений, присутствующих в морской воде, и обеспечивает лучшие условия обработки сточной воды. Кроме того, качество морской воды переменчиво по сезонам, подземная же вода стабильна по качеству и отличается постоянством состава.