СОРБЕНТ ДЛЯ ДООЧИСТКИ БИОЛОГИЧЕСКИ ОЧИЩЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ИОНОВ АММОНИЯ И ФОСФАТОВ

Изобретение относится к области доочистки от ионов аммония и фосфатов биологически очищенных производственных и хозяйственно-бытовых сточных вод, отводимых в водные объекты или используемых в системах оборотного водоснабжения на предприятиях химической и других отраслей промышленности.

Для очистки производственных и хозяйственно-бытовых сточных вод от ионов аммония и фосфатов применяют сорбенты, состоящие из различных веществ [пат. 2496722 РФ, МПК C02F 1/58; пат. 2107040 ФРГ, МПК C02F 1/72; пат. 4137166 США, МПК C02F 1/28].

К причинам, препятствующим осуществлению эффективной и недорогой доочистки сточных вод от ионов аммония и фосфатов при использовании известных сорбентов или активных веществ, относится потребность в применении высокозатратной реагентной обработки, сложность и большая длительность процесса доочистки, отсутствие проработанной возможности отделения от очищенной воды образующихся шламов и их утилизации, значительная остаточная концентрация ионов аммония и фосфатов в очищаемой воде.

Известен метод доочистки сточных вод от ионов аммония [пат.2253626 РФ, МПК C02F 1/76] с использованием следующих веществ: 20% раствора соляной кислоты и окислителя, в качестве которого используют осветленные сточные воды газоочистных сооружений, образующиеся при очистке хлорсодержащего газа известковым молоком. Указывается, что степень очистки сточных вод от ионов аммония составляет от 83,10% до 99,68%. Однако раствор соляной кислоты и указанный окислитель мало доступны для использования в производственных условиях, что затрудняет применение указанных веществ в качестве средства доочистки сточных вод. Кроме того, данные вещества не обеспечивают доочистку сточных вод от фосфатов.

Известен метод доочистки сточных вод от фосфатов [пат. 2496722 РФ, МПК C02F 1/58] с использованием следующих веществ: 10% суспензии гидроксида кальция в количестве, стехиометрически равном содержанию в воде фосфата (1,94 мас. ч Са на 1 мас. ч. Р), и диспергированных в воде целлюлозных волокон, из которых не менее 94 мас. % волокон имеет длину до 1,23 мм и не менее 54 мас. % волокон имеет длину до 0,63 мм. Расход данных веществ при очистке сточных вод колеблется от 40 до 150 мг/дм³ с образованием твердых продуктов очистки в виде композиционного материала, состоящего из Са₃(PO₄)₂ и целлюлозы. Выведение твердых продуктов очистки из очищаемой воды ведут напорной флотацией с образованием флотошлама. Указывается, что в очищенной воде фосфаты не обнаруживаются. Недостатками применения данных веществ при промышленной доочистке сточных вод является относительная затратность и сложность реализации описанного метода, а также отсутствие доочистки сточных вод от ионов аммония.

Наиболее близкой по сущности и достигаемому результату к предлагаемому сорбенту является сорбционно-фильтровальная загрузка [пат. 2109695 РФ, МПК C02F 9/00], состоящая из песчаного сорбента и адсорбента Fe(ОН)₃, дифференцированная по способности к целевому извлечению загрязняющих веществ: для извлечения взвешенных веществ и органических загрязнений используют углеродсодержащий песчаный сорбент - известняк-ракушечник или графитированный кокс с размером зерен 1,5 мм, для извлечения ионов аммония - катионит, в качестве которого используют клиноптилолит с размером зерен 0,7-1,0 мм, для извлечения фосфатов - гидроксид алюминия с размерами зерен 0,5 мм. Указывается, что эффективность доочистки сточных вод от ионов аммония с использованием данной сорбционно-фильтровальной загрузки составляет от 92,00% до 95,00%, от фосфатов 95,0-99,0%. В результате качество очищенной воды по ионам аммония (0,15-0,49 мг/дм³) соответствует, а по фосфатам (0,003-0,18 мг/дм³) не всегда соответствует нормативным требованиям к составу очищенных сточных вод, отводимых в водные объекты (ПДКр.х ионов аммония 0,5 мг/дм³, фосфатов 0,05 мг/дм³).

Обеспечению эффективной и малозатратной доочистки сточных вод при применении данной сорбционно-фильтровальной загрузки препятствует использование относительно дорогостоящих из-за их ограниченной доступности природных и синтетических материалов, а также сложность приготовления смеси из-за большого количества ее составляющих и необходимости смешения компонентов смеси в ограниченном диапазоне размера зерен. Кроме этого дополнительным недостатком указанной смеси является необходимость применения ее промывки с образованием загрязненных промывочных вод, также требующих очистки.

Технической задачей, решаемой при использовании предлагаемого сорбента, является упрощение и удешевление процесса доочистки биологически очищенных производственных и хозяйственно-бытовых сточных вод от ионов аммония и фосфатов со снижением остаточных концентраций данных компонентов до нормативных значений при сохранении остальных показателей эффективности очистки на исходном уровне. Новыми результатами при использовании предлагаемого сорбента являются исключение необходимости регенерации загрузки, обеспечение возможности утилизировать отработанный материал загрузки ресурсосберегающим и не загрязняющим природную среду способом.

Технический результат достигается тем, что в качестве компонентов сорбента предлагается использовать недорогие материалы, которые могут изготавливаться из доступного природного и техногенного сырья: глины преимущественно монтмориллонитовой группы, широко распространенной в природе, и осадки, образующиеся в процессе реагентной обработки природных вод коагулянтами на основе солей алюминия.

Указанные компоненты сорбента взяты в следующих соотношениях, мас. %:

Осадки водоподготовки, образующиеся в процессе эксплуатации очистных сооружений питьевого водоснабжения, являются широко распространенным многотоннажным отходом производства. Осадки в основной своей массе представлены тонкодисперсными глинистыми составляющими и обладают за счет технологической обработки повышенным по сравнению с составом природных глин содержанием соединений кальция и магния, что позволяет наиболее эффективно использовать наряду с физической сорбцией хемосорбционные свойства изготавливаемого сорбента, реализуемые для извлечения из сточных вод фосфатов.

Суммарный процесс удаления фосфатов из очищаемых сточных вод происходит вследствие протекания реакций по следующим уравнениям:

Ионообменная способность глинистых пород монтмориллонитовой группы, проявляющих сорбционные свойства катионного типа, позволяет наиболее эффективно извлекать из сточных вод ионы аммония. Достигаемое качество очищенной воды по ионам аммония (0,24-0,27 мг/дм³) и фосфатам (от величины ниже пределов обнаружения до 0,22 мг/дм³) соответствует нормативным требованиям к составу очищенных сточных вод, используемых в системах оборотного водоснабжения (содержание ионов аммония не более 0,5 мг/дм³, фосфатов не более 2,0 мг/дм³).

Изготавливаемый из предлагаемых веществ сорбент имеет большую продолжительность фильтроцикла в условиях низких концентраций адсорбтива.

Оптимальное содержание осадков водоподготовки в составе материала сорбента 20-40 мас. %. При уменьшении их содержания менее 20 мас. % существенно снижается эффективность очистки сточных вод от фосфатов, а при увеличении более 40 мас. % уменьшается эффективность очистки от ионов аммония.

Предлагаемый сорбент, состоящий из отходов производства и природного сырья, в большинстве случаев доступного для предприятий, рекомендуется утилизировать путем его использования в качестве насыщенного аммонием и фосфатами компонента почвогрунтов, применяемых для озеленения городских территорий, лесоразведения, рекультивации нарушенных земель и других целей.

Преимуществом предлагаемого сорбента является то, что не требуется применение его промывки, он имеет невысокую стоимость, отличается универсальностью, простотой, необходимой для его использования аппаратуры, может быть утилизирован ресурсосберегающим и не загрязняющим природную среду способом.

На дату подачи заявки, по мнению авторов, предлагаемый сорбент для доочистки биологически очищенных производственных и хозяйственно-бытовых сточных вод от ионов аммония и фосфатов, состоящий из осадков водоподготовки и глины при определенном соотношении данных компонентов, неизвестен.

Эффективность предлагаемого сорбента для доочистки биологически очищенных производственных и хозяйственно-бытовых сточных вод от ионов аммония и фосфатов, а также необходимость заявленных условий для достижения цели иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Сточную воду, прошедшую биологическую очистку, состава: взвешенные вещества 24,5 мг/дм³; ионы аммония 6,93 мг/дм³; фосфаты 3,8 мг/дм³; нефтепродукты 0,095 мг/дм³ пропускали через предлагаемый сорбент, скорость фильтрования 1 м/ч. Сорбент готовили смешением до однородной массы осадков водоподготовки химического состава, мас. %: Al₂O₃ (3,79), Fe₂O₃ (5,09), СаО (28,61), MgO (7,41), с глиной химического состава, мас. %: SiO₂ (64,5-66,1), Al₂O₃ (20,9-22,1), TiO₂ (0,6-0,8), Fe₂O₃ (4,0-4,5), СаО (3,1-3,5), MgO (1,6-2,1), K₂O (0,4-0,3), Na₂O (0,2-0,3). Содержание осадков водоподготовки в материале сорбента составляло 20 мас. %, глины 80 мас. %. Степень очистки сточных вод от ионов аммония составила 96,5%, от фосфатов 90,8%.

Пример 2. Процесс ведут по примеру 1, отличие состояло в том, что указанные компоненты взяты в следующих соотношениях: глина 70 мас. %, осадки водоподготовки 30 мас. %. Степень очистки сточных вод от ионов аммония составила 96,2%, от фосфатов 93,3%.

Пример 3. Процесс ведут по примеру 1, отличие состояло в том, что указанные компоненты взяты в следующих соотношениях: глина 60 мас. %, осадки водоподготовки 40 мас. %. Степень очистки сточных вод от ионов аммония составила 96,1%, от фосфатов 97,9%.

Пример 4. Процесс ведут по примеру 1, отличие состояло в том, что указанные компоненты взяты в следующих соотношениях: глина 50 мас. %, осадки водоподготовки 50 мас. %. Степень очистки сточных вод от ионов аммония составила 94,8%, от фосфатов 97,9%.

Пример 5. Процесс ведут по примеру 1, отличие состояло в том, что указанные компоненты взяты в следующих соотношениях: глина 90 мас. %, осадки водоподготовки 10 мас. %. Степень очистки сточных вод от ионов аммония составила 96,7%, от фосфатов 88,7%.

Во всех примерах содержание взвешенных веществ и нефтепродуктов в очищенной воде ниже пределов обнаружения. В таблице приведены результаты доочистки сточных вод, осуществляемых согласно примерам 1-5.