Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДНЫХ СИСТЕМ МИНЕРАЛИЗОВАННЫМИ ПРОМЫШЛЕННЫМИ ВОДАМИ В ВИДЕ РАСТВОРОВ ГИПОХЛОРИТА

Изобретение относится к области обработки промышленных и сточных вод и, в частности, к переработке минерализованных промышленных вод в гипохлоритные соединения, используемые в качестве реагента для обеззараживания водных систем.

Известен способ получения раствора гипохлорита натрия на месте потребления путем электролиза природных электролитов - подземных минерализованных и морских вод. При реализации данного способа эксплуатационные расходы определяются в основном затратами электроэнергии, поэтому с целью снижения энергетических затрат процесс проводят в направлении получения слабоконцентрированных растворов гипохлорита натрия с содержанием активного хлора 0,2÷1,0 г/л. При промышленной реализации данной схемы электролит без какой-либо предварительной обработки с заданным расходом подается на электролизную установку, а затем в бак-накопитель гипохлорита натрия или прямо в обрабатываемые системы [Г.Л. Медриш, А.А. Тейшева, Д.Л. Басин. «Обеззараживание природных и сточных вод с использованием электролиза», М., Стройиздат, 1982 г.].

Недостатками способа являются:

- необходимость присутствия вблизи места потребления и производства растворов гипохлоритов морских вод или подземных растворов - залегание подземных рассолов в большинстве случаев на глубинах более 250 метров, что усложняет процесс их переработки в растворы гипохлорита;

- присутствие в подземных рассолах и морских водах в значительных количествах таких компонентов, как железо, литий, стронций, медь, свинец, цинк, кремний, фтор, мышьяк, сероводород, соединения азота и др., что усложняет процесс электролиза рассолов, а также ограничивает возможность использования полученных растворов гипохлорита для обеззараживания питьевых и сточных вод из-за требований к ПДК.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения растворов гипохлорита натрия из растворов хлорида натрия или растворов смеси хлорида натрия с неорганическими и/или органическими солями общей минерализацией 50÷300 г/л. Данный способ предполагает получение дезинфицирующих растворов (нейтральный анолит АНД) путем приготовления исходного раствора смешением питьевой воды или низкоминерализованного водного раствора с высокоминерализованным водным раствором электролита с обработкой полученного исходного раствора в анодной камере основного диафрагменного электрохимического реактора и последующей подачей раствора в анодную камеру дополнительного электрохимического реактора. В качестве высокоминерализованного раствора электролита используют раствор хлорида натрия или раствор смеси хлорида натрия с неорганическими и/или органическими солями общей минерализацией 50÷300 г/л [Патент № RU 2148027 C1. «Способ получения дезинфицирующего раствора - нейтрального анолита АНД». М кл. C02F 1/46, 1/47 от 01.02.1999 г. (прототип)].

Недостатком способа является то, что в предлагаемых условиях проводится электрохимическая обработка всего объема вод (маломинерализованной и высокоминерализованной). Кроме того, требуются большой расход соли, значительные затраты на ее доставку и хранение, что в комплексе приводит к высокой себестоимости готового продукта.

Использование диафрагменных электролизеров для получения активного хлора на месте его потребления нецелесообразно из-за сложности их изготовления, обслуживания, ремонта и высокой стоимости.

Целью изобретения является утилизация минерализованных промышленных вод в виде растворов гипохлорита, используемых для обеззараживания водных систем.

Указанная цель достигается получением растворов гипохлорита с концентрацией активного хлора от 80 до 600 мг/л из минерализованной промышленной воды, которые впоследствии используются в качестве реагента для обеззараживания сточных вод. Электрохимическая обработка минерализованных вод проводится в условиях, обеспечивающих минимальный расход электроэнергии на обработку 1 м³ оборотной воды (1÷4,8 кВт*ч) и получение 1 кг активного хлора (8÷16 кВт*ч): время обработки воды в электролизере - 10÷30 сек, плотность тока на электродах - 500÷750 А/м².

Способ реализуется следующим образом.

Исходная минерализованная промышленная вода с концентрацией хлорид-ионов от 5 до 11 г/л поступает в бездиафрагменный электролизер на электрохимическую обработку. В процессе электролиза происходит насыщение минерализованной воды активным хлором за счет электрохимического перевода хлорид-иона в гипохлорит-ион. Таким образом, минерализованная вода превращается в раствор гипохлорита с концентрацией активного хлора от 80 до 600 мг/л.

В качестве электрохимического кондиционера воды используются бездиафрагменные электролизеры моно- или биполярного типа. Электроды (катоды и аноды) выполнены из ОРТА-И1 (титановая основа с покрытием, состоящим из смеси оксидов иридия и рутения). Применение таких электродов увеличивает срок службы электролизеров и позволяет удалять образующиеся соли жесткости на катодах методом переполюсовки (смены полярности).

Процесс электрохимической обработки минерализованной воды проводят при низких плотностях тока и малом времени обработки (время обработки воды в электролизере - 10÷30 сек, плотность тока на электродах - 500÷750 А/м²), что снижает эксплуатационные и капитальные затраты процесса (расход электроэнергии на обработку 1 м³ промышленной воды (1÷4,8 кВт*ч), на получение 1 кг активного хлора - (8÷16 кВт*ч)).

Полученный из минерализованной воды раствор гипохлорита подают в контактную емкость, в которой происходит:

1. Смешение раствора гипохлорита со сточными водами в соотношениях от 1:55 до 1:12 в зависимости от минерализации и ионного состава смешиваемых вод, так как смешанный продукт должен соответствовать требованиям ПДК (так, например, общая минерализация не должна превышать 1 г/л).

2. Контакт смешиваемых вод в течение 30 минут, обеспечивающий полное обеззараживание сточных вод (остаточная концентрация активного хлора находится в пределах 0,5÷1,2 мг/л).

Далее проводят сброс доведенного до норм ПДК продукта смешения.

Пример

В качестве исследуемых водных систем были выбраны: минерализованная промышленная вода Мирнинского ГОКа, продукты ее электролиза и продукты ее смешения с маломинерализованными сточными водами в различных соотношениях. Все исследуемые водные системы подвергались химическому анализу с целью контроля изменения их ионного состава и физико-химических характеристик.

Результаты экспериментальных данных по изучению зависимости концентрации гипохлорит-ионов в электрохимически обработанной промышленной воде от величины линейного тока, подаваемого на опытно-промышленный бездиафрагменный электролизер, и его производительности показали, что при производительности опытно-промышленного электролизера от 0,25 до 1,0 м³/ч возможно получение раствора гипохлорита натрия из оборотной воды с концентрацией активного хлора до 600 мг/л. Концентрация активного хлора в обработанной воде прямо пропорциональна величине линейного тока, подаваемого на электролизер.

Получение раствора гипохлорита из оборотной воды методом электролиза является стабильным процессом, показатели которого зависят только от времени обработки и величины линейного тока на электролизере (плотности тока на электродах).

С целью определения энергосберегающих режимов электрохимического кондиционирования промышленной воды Мирнинского ГОКа (МГОК) изучены зависимости удельного расхода электроэнергии на получение 1 кг активного хлора и обработку 1 м³ минерализованной воды от величины тока, подаваемого на электролизер, и его производительности.

В результате исследований установлено, что снижение производительности электролизера с 1,0 до 0,5 м³/ч при постоянной величине тока на электродах приводит к увеличению расхода электроэнергии на обработку 1 м³ оборотной воды примерно в 1,8 раза. Оптимальный режим электрохимической обработки оборотной воды обеспечил концентрацию активного хлора в обработанной воде при максимальной производительности электролизера и минимальной линейной токовой нагрузке (плотность тока на электродах), что позволило снизить расход электроэнергии на обработку 1 м³ оборотной воды и получение 1 кг активного хлора.

Этот режим электролиза осуществлялся следующими параметрами электрохимической обработки минерализованной воды: время обработки воды в электролизере - 11,5 сек, плотность тока на электродах - 500÷750 А/м².

Удельный расход электроэнергии на обработку 1 м³ промышленной воды при этом составил 1,0÷4,8 кВт·ч/м³ кВт·ч, на получение 1 кг активного хлора от 8 до 16 кВт·ч при концентрации активного хлора в обработанной воде 156÷223 мг/л.

Также были выполнены эксперименты по использованию гипохлорита, полученного электрохимической переработкой минерализованной воды МГОКа, с определением оптимальной концентрации активного хлора в сточной воде, необходимой для полного ее обеззараживания, и допустимого соотношения смешения обработанной оборотной и сточной вод.

По требованиям комплекса очистных сооружений (КОС) после 30 минут контакта обеззараживающего реагента со сточной водой остаточная концентрация в ней активного хлора должна находиться в пределах от 0,5 до 1,2 мг/л.

В результате проведенных исследований было установлено, что для обеспечения остаточной концентрации активного хлора в заданных пределах в сточной воде после ее контакта в течение 30 минут с электрохимически обработанной оборотной водой исходная концентрация активного хлора в продукте их смешения составила около 5 мг/л, что на 7 мг/л меньше чем при использовании в качестве реагента жидкого хлора. Это объясняется более высокой активностью электрохимически полученного гипохлорита как обеззараживающего реагента.

Результаты контрольных химических анализов подтвердили возможность утилизации промышленной воды в виде раствора гипохлорита для обеззараживания сточных городских вод в объемах от 40 до 120 м³/ч. Остаточная концентрация активного хлора после обеззараживания сточных вод находится в пределах от 0,5 до 1,2 мг/л, что соответствует требованиям ПДК, а минерализация продуктов смешения не превышает величины 1 г/л.

Требуемая концентрация активного хлора в промышленной воде при ее утилизации в объеме от 40 до 120 м³/ч в виде раствора гипохлорита для обеззараживания сточных вод в объеме 2,2 тыс. м³/ч должна составлять от 96 до 190 мг/л.

Таким образом, в результате проведенных исследований установлено:

1. Возможность получения раствора гипохлорита с заданной концентрацией активного хлора методом электролиза минерализованной воды МГОКа и эффективность процесса обеззараживания городских сточных вод применением полученного продукта.

2. Хранение электрохимически полученного гипохлорита в течение суток не снижает его активность в процессе обеззараживания сточных вод.

3. Возможность утилизации промышленной воды МГОКа в объеме от 40 до 120 м³/ч в виде раствора гипохлорита для обеззараживания сточных вод. При этом остаточная концентрация активного хлора в продукте смешения составляет от 0,5 до 1,2 мг/л, а его минерализация не превышает 1 г/л, что соответствует требованиям КОС.

Таким образом, получение активных форм хлорсодержащих ионов из минерализованных промышленных вод и их использования в качестве реагента для обеззараживания сточных вод подтверждено примером.