Результат интеллектуальной деятельности: УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ И ЛИВНЕВЫХ СТОЧНЫХ ВОД ТИТАНО-МАГНИЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА

Изобретение относится к области очистки промышленных и ливневых сточных вод, содержащих ионы цветных и редких металлов, взвешенные частицы, нефтепродукты, масла и жиры, и может быть использовано в цветной металлургии, в частности при очистке промышленных и ливневых сточных вод титаномагниевого производства.

Известны аппараты и установки для очистки промышленных и ливневых сточных вод химической промышленности (см. кн. Очистка сточных вод в химической промышленности. - Проскуряков В.А., Шмидт Л.И. - Л.: Химия, 1977, стр. 377-391), включающие отстойники и нефтеловушки для механической очистки сточных вод от грубодисперсных частиц и нефтепродуктов, флотационные установки, фильтры, аппараты с применением различных типов коагулянтов и флокулянтов, адсорберов с применением активных углей в качестве адсорбентов, биологическую очистку в аэротенках.

Недостатком работы таких установок и аппаратов для очистки промышленных и ливневых сточных вод является их низкая степень очистки, так, очистка сточных вод от нефтепродуктов достигает остаточного содержания 50-150 мг/л, а степень улавливания механических примесей составляет 50%. Кроме того, предложенные аппараты для очистки промышленных и ливневых сточных вод различных химических производств не предусматривают конкретной установки для очистки промышленных и ливневых сточных вод титаномагниевого производства, в частности очистку сточных вод от ионов цветных и редких металлов.

Известна установка для очистки сточных вод от нефтепродуктов (патент РФ №2235692, опубл. 10.09.2004). Установка содержит канализационные трубопроводы, смотровые колодцы, нефтеловушку, снабженную гидрозатворами с вертикальной трубой, плавно переходящей в эжекторный конус. Кроме того, смотровые колодцы содержат иммобилизованные штаммы микроорганизмов. Загрязненные сточные воды поступают в нефтеловушку, затем в грязеотстойник механических примесей, затем по трубопроводу поступают в колодец-биореактор, в который вводят иммобилизованные штаммы микроорганизмов для переработки примесей хозфекального характера. Очищенная сточная вода поступает в городскую канализацию.

Недостатком известной установки для очистки промышленных и ливневых сточных вод является ее низкая степень очистки, так как производят очистку только от механических примесей в нефтеловушке и биологическую очистку штаммами микроорганизмов. Кроме того, заявленная установка не предназначена для очистки промышленных и ливневых сточных вод от ионов цветных и редких металлов, присутствующих в сточных водах на предприятиях цветной металлургии.

Известна установка для очистки ливневых стоков от нефтепродуктов и взвешенных частиц (ПМ РФ №115776, опубл. 10.05.2012), состоящая из емкости, разделенной перегородками с переливными отверстиями на несколько камер: приемную камеру, отстойник, успокоительную камеру и фильтрационную камеру с сорбционным наполнителем. Емкость также содержит смотровые колодцы с люками, входной коллектор и выходной патрубок. Для снижения скорости движения ливневых стоков входной коллектор приемной камеры выполнен с коническим насадком. В приемной камере на входном коллекторе установлена съемная сетчатая корзина с глухим основанием в виде бункера трапециевидного сечения, причем передняя стенка корзины контактирует с коническим насадком и выполнена из решетки с большей величиной прозоров, чем остальные стенки. В отстойнике установлены наклонные коалесцентные пластины. Фильтрационная камера состоит из двух секций, разделенных перфорированной перегородкой, в секциях установлены съемные корзины с вертикальными плоскими кассетами, заполненными адсорбером. Кроме того, смотровые колодцы с люками приемной камеры и отстойника снабжены погружными центробежными насосами для удаления всплывших нефтепродуктов, а на дне установки вдоль ее оси установлена перфорированная труба, предназначенная для промывания камер.

Недостатком установки для очистки ливневых сточных вод является сложность аппаратурного оформления. Это приводит к большим затратам на изготовление установки и ее обслуживание. Кроме того, описанная установка не предназначена для очистки промышленных и ливневых сточных вод от ионов цветных и редких металлов, присутствующих в сточных водах титаномагниевого производства.

Известна установка для очистки промышленных и ливневых сточных вод цветной металлургии, а также аппараты и установки для их очистки (кн. Очистка и контроль сточных вод предприятий цветной металлургии. - Баймаханов М.Т., Лебедев К.Б., Антонов В.Н., Озеров А.И. - М.: Металлургия, 1983, с. 14-48, 74-98, 127-134, 182-188), по количеству общих признаков принятая за ближайший аналог-прототип. Титаномагниевое производство основано на большом водопотреблении, в результате образуется значительное количество промышленных и ливневых сточных вод, для очистки которых предложены различные варианты очистки с применением различных типов отдельных аппаратов и оборудования. Для этого промышленные и ливневые сточные воды собирают в сборном коллекторе и подают на очистку в нефтеловушку методом отстаивания для удаления с поверхности сточных вод нефте-смоло-маслосодержащих примесей и твердых взвесей, либо в камере обеззараживания ультрафиолетовым облучением, либо в фильтрационной камере с сорбционным наполнителем, при этом производят учет расхода сточных вод с помощью широкого ассортимента расходомеров. Очищенные стоки собирают в сборном коллекторе и из него подают в сеть оборотного водоснабжения на повторное использование очищенных сточных вод.

Недостатком указанной выше установки для очистки промышленных и ливневых сточных вод цветной металлургии является низкая степень очистки сточных вод от загрязнений. Сточные воды титаномагниевого производства в значительной степени загрязнены нефтепродуктами (отработанными эмульсиями), цианидами, кислотами, солями, ионами тяжелых металлов и другими примесями. В связи с ужесточением природоохранных органов, сбросы в водоемы сточных вод без предварительной очистки до нормативов запрещены. Низкая степень очистки сточных вод не позволяет сбрасывать стоки в водоемы. Кроме того, при низкой степени очистки, при использовании загрязненных сточных вод для применения их в оборотном водоснабжении снижается срок службы оборудования, в котором используют оборотную воду для охлаждения аппаратов титаномагниевого производства.

Технический результат направлен на устранение недостатков прототипа и позволяет уменьшить негативное воздействие на окружающую среду вредных примесей за счет повышения степени очистки промышленных и сточных вод титаномагниевого производства, улучшить качество сточных вод, используемых в качестве оборотной воды для охлаждения аппаратов титанового производства, промывки оборудования и приборов в производственном процессе получения титана и магния.

Задачей, на которую направлено техническое решение, является повышение степени очистки промышленных и ливневых сточных вод от вредных примесей цветных и редких металлов, а также от нефтепродуктов и взвешенных веществ, увеличение срока службы аппаратов и оборудования, использующих сточные воды в качестве оборотной воды.

Технический результат достигается тем, что предложена установка для очистки промышленных и ливневых сточных вод титаномагниевого производства, содержащая сборный коллектор, нефтеловушку, камеру обеззараживания ультрафиолетовым облучением, фильтрационную камеру с сорбционным наполнителем, камеру измерения расхода сточных вод, сборный коллектор и сеть оборотного водоснабжения, в которой новым является то, что камеры размещены между собой в следующей последовательности: нефтеловушка соединена с камерой обеззараживания ультрафиолетовым облучением трубопроводом, проходящим через камеру обеззараживания и снабженным устройством ультрафиолетового облучения с длиной волны 250-270 нм, камера обеззараживания связана с камерой измерения расхода сточных вод трубопроводом, проходящим через камеру измерения расхода и снабженным акустическим расходомером, камера измерения расхода соединена трубопроводом с фильтрационной камерой с сорбционным наполнителем, фильтрационная камера связана трубопроводом со сборным коллектором для очищенных сточных вод, кроме того, установка снабжена насосной станцией для перекачки очищенных сточных вод, которая соединена трубопроводом с одной стороны со сборным коллектором для очищенных сточных вод, а с другой - с сетью оборотного водоснабжения. Кроме того, скорость пропускания сточных вод по трубопроводу через камеру обеззараживания ультрафиолетовым облучением, камеру измерения расхода сточных вод и фильтрационную камеру с сорбционным наполнителем равна не более 24 м³/ч.

Кроме того, в качестве сорбционного наполнителя в фильтрационной камере используют угольный сорбент типа МИУ-С2.

Выполнение установки для очистки промышленных и ливневых сточных вод титаномагниевого производства в виде камер, соединенных между собой трубопроводами в определенной последовательности: от сборного коллектора к нефтеловушке, от нефтеловушки к камере обеззараживания, от камеры обеззараживания к камере измерения расхода, от камеры измерения расхода к фильтрационной камере с сорбционным наполнителем и от фильтрационной камеры к сборному коллектору очищенных сточных вод, позволяет достичь наибольшей степени очистки сточных вод от нефтепродуктов, взвешенных веществ, от примесей цветных и редких металлов, уменьшить воздействие на окружающую среду вредных примесей, содержащихся в промышленных и ливневых сточных водах титаномагниевого производства, улучшить качество оборотной воды, используемой при охлаждении аппаратов и оборудования титаномагниевого производства.

Размещение трубопровода, по которому передаются сточные воды, в камере обеззараживания и установка на трубопроводе устройства ультрафиолетового облучения с длиной волны 250-270 нм позволяет наиболее полно произвести обеззараживания ливневых сточных вод и тем самым позволяет достичь наибольшей степени очистки сточных вод, уменьшить воздействие на окружающую среду вредных примесей, улучшить качество оборотной воды, используемой при охлаждении аппаратов и оборудования титаномагниевого производства.

Размещение трубопровода со сточными водами в камере измерения расхода сточных вод и установка на трубопроводе со сточными водами акустического расходомера позволяет производить измерение сточных вод и учет их поступления в фильтрационную камеру с сорбционным наполнителем, что позволяет равномерно использовать сорбционный наполнитель в фильтрационной камере, а также равномерно подавать сточные воды в сеть оборотного водоснабжения. Это позволяет достичь наибольшей степени очистки сточных вод от нефтепродуктов, взвешенных веществ, от примесей цветных и редких металлов, уменьшить воздействие на окружающую среду вредных примесей, содержащихся в промышленных и ливневых сточных водах титаномагниевого производства, улучшить качество оборотной воды, используемой при охлаждении аппаратов и оборудования титаномагниевого производства.

Снабжение установки насосной станцией и соединение насосной станции трубопроводом с одной стороны со сборным коллектором для очищенных сточных вод, а с другой - с сетью оборотного водоснабжения позволяет ускорить подачу сточных вод в сеть оборотного водоснабжения, увеличить расход воды в сети оборотного водоснабжения. Это позволяет уменьшить сброс сточных вод в водоемы и тем самым снизить их загрязнение вредными примесями.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков аналога позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленной установке для очистки технологических и ливневых сточных вод титаномагниевого производства, изложенных в пунктах формулы изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленной установки для очистки промышленных и ливневых сточных вод титаноманиевого производства. В заявленном изобретении имеется новая совокупность признаков, выразившаяся в новой последовательности действий во времени, в новой совокупности размещения оборудования в установке. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

На фиг.1 показана установка для очистки промышленных и ливневых сточных вод титаномагниевого производства, состоящая из сборного коллектора 1, нефтеловушки 2, соединенной трубопроводом 3 с камерой 4 обеззараживания ультрафиолетовым облучением с устройством 5 ультрафиолетового облучения, с камерой 6 измерения расхода сточных вод с акустическим расходомером 7, фильтрационной камеры 8 с сорбционным наполнителем 9, сборного коллектора 10 для сбора очищенных сточных вод, насосной станции 11, сети 12 оборотного водоснабжения.

Промышленную применимость подтверждает следующий пример работы установки для очистки промышленных и ливневых сточных вод титаномагниевого производства.

Основными источниками загрязнения промышленных и ливневых сточных вод на титаномагниевом производстве являются промышленный транспорт, смывы водой при уборке рабочих площадок (подтеки масел в сальниковых уплотнениях редукторов, насосов, вентиляторов, трансформаторов и другого технологического оборудования), сбросные воды после охлаждения горячего оборудования цехов. Промышленные сточные воды поступают в промливневый коллектор после использования их в качестве оборотной воды при охлаждении аппаратов сепарации при получении титана, промывке оборудования от загрязнений. Кроме того, нефтепродукты поступают в промывные сточные воды при таянии снега, во время дождевых потоков по территории площадки по производству титана и магния. Нефтепродукты находятся в растворах в эмульгированном растворенном виде, а также в виде плавающего на поверхности пленочного слоя. Количество растворенных нефтепродуктов в промышленных и ливневых сточных водах составляет значительное количество, и очистку от нефтепродуктов необходимо осуществлять путем применения технологической установки, включающей несколько этапов очистки. На первом этапе отделяют плавающие нефтепродукты с поверхности стоков путем механической очистки, затем проводят более глубокую очистку от нефтепродуктов, находящихся в растворенном, коллоидном состоянии, с помощью природных минеральных сорбентов. Промышленные и ливневые сточные воды титаномагниевого производства самотеком поступают в сборный коллектор 1, откуда самотеком поступают в нефтеловушку 2. Состав сточных вод до нефтеловушки 2: нефтепродукты - от 3,3 до 866 мг/дм³, содержание взвешенных веществ - от 5,0-27 мг/дм³. Количество нефтепродуктов и взвешенных веществ зависит от погодных условий, связанных с периодом активного снеготаяния. Нефтеловушка 2 размером 2000×4200 мм и высотой 3200 мм представляет собой монолитную железобетонную емкость, обеспечивающую отделение и улавливание нефти и нефтепродуктов и механической очистки промышленных и ливневых сточных вод методом отстаивания. Внутри нефтеловушки 2 выполнена бетонная перегородка с высотой 3000 мм, Сточные воды поступают в нефтеловушку 2 через патрубок ввода и выливаются из нефтеловушки через патрубок вывода. Расход сточных вод в нефтеловушке 2 - 1,6-13 л/с. В плитах перекрытия нефтеловушки 2 предусмотрены три смотровых лаза с горловинами из керамического кирпича, закрытые чугунными люками. При изготовлении железобетонных конструкций стен нефтеловушки 2 использован бетон В15, армированный стальной сеткой класса AIII, закладные изделия из арматуры класса AI по ГОСТ 5781-82. Сварка арматурных стержней должна вестись контактной точечной сваркой по ГОСТ 14098-91. Периодически верхний слой сточных вод в нефтеловушке 2 откачивают через смотровой лаз в цистерну илоотстойной машины КО-512. Нефтесодержащие сточные воды вывозят на переработку в специализированную организацию, имеющую соответствующую лицензию. Осадок из нефтеловушки 2 загружают в герметичную тару и утилизируют на полигоне отходов производства и потребления. Сточные воды после нефтеловушки 2 содержат нефтепродукты от 0,14-3,1 мг/дм³ (нормы НДС равны 0,05 мг/дм³), взвешенные частицы от 3 до 9 мг/дм³ (нормы НДС равны 7,55 мг/дм³), что не позволяет сбрасывать сточные воды в водоемы. Далее сточные воды из нефтеловушки 2 по трубопроводу 3 поступают в камеру 4 обеззараживания ультрафиолетовым облучением, которая выполнена в виде емкости, через стенки которой проходит трубопровод 3 со сточными водами, на котором установлено устройство 5 ультрафиолетового облучения типа УОВ-15 с длиной волны 250-270 нм и скоростью пропускания сточных вод через камеру 4 ультрафиолетового облучения 24 м³/ч. Обеззараживание производят средней дозой облучения воды не менее 30 мДж/см². Производительность камеры - 65 м³/ч. Количество ламп 5 штук, потребляемая мощность 1,8 кВт. Из камеры 4 обеззараживания по трубопроводу 3 сточные воды подают в камеру 6 измерения расхода сточных вод. Камера 6 измерения расхода сточных вод выполнена в виде прямоугольной монолитной железобетонной емкости размером 3500×2500 мм и глубиной 2500 мм. Измерение расхода сточных вод производят с помощью акустического расходомера 7 с интегратором ЭХО-Р-02, который устанавливают на трубопроводе 3, установленном в камере 6. Камера 6 измерения расхода сточных вод связана трубопроводом 3 с фильтрационной камерой 8 с сорбционным наполнителем 9. Фильтрационная камера 8 с сорбционным наполнителем 9 выполнена в виде емкости размером 7350×5650 мм и включает фильтр безнапорный типа ФСБ-2 производительностью 24 м³/ч в комплекте с погружным насосом для промывания сорбционного наполнителя 9. В качестве сорбционного наполнителя 9 используют угольный сорбент типа МИУ-С2 (Миусорб), который наиболее эффективен для очистки сточных вод от нефтепродуктов, а также обеспечивает очистку сточных вод от растворенного железа, меди, цинка, свинца, титана, хрома, никеля, кадмия, аммония до НДК. Структура наполнителя сорбента 9 типа МИУ-С2 связана с множеством карбоксильных, гидроксильных и фенольных групп, водородный атом которых замещается катионами, присутствующими в очищаемых стоках. Сборные коллекторы 1 и 10 выполнены круглой формы диаметром 1000-2000 мм, из сборного железобетона, с горловинами из керамического кирпича и закрывающимися чугунными люками. Насосная станция 11 с помощью трубопроводов 3 соединяет сборный коллектор 10 и сеть 12 оборотного водоснабжения и включает два погружных насоса 11 (один резервный) типа SLV.65.65.40/2/510 производительностью 24 м³/ч и высотой напора 20 м. Установка для очистки промышленных и ливневых сточных вод титаномагниевого производства состоит из последовательно расположенных камер, взаимно связанных друг с другом трубопроводом 3, и включает: сборный коллектор 1 для сбора стоков - нефтеловушку 2 - камеру 4 обеззараживания ультрафиолетовым облучением - камеру 6 измерения расхода сточных вод - фильтрационную камеру 8 с сорбционным наполнителем 9 - коллектор 10 для сбора очищенных стоков - насосную станцию 11 - сеть 12 оборотного водоснабжения. Таким образом, предложенная установка для очистки промышленных и ливневых сточных вод титаномагниевого производства позволяет повысить степень очистки стоков до следующего их содержания:

нефтепродукты - 88,5-99,0%,

аммиак - 89,-92% (превышений НДС нет),

железо - до 90% (превышений НДС нет),

титан - до 99% (превышений НДС нет),

хром - до 54,5% (превышений НДС нет),

марганец 43,8% (превышений НДС нет),

магний - до 2,6% (превышений НДС нет),

взвешенные вещества - 99%.

Таким образом, установка для очистки промышленных и ливневых сточных вод титаномагниевого производства позволяет достичь наибольшей степени очистки сточных вод от нефтепродуктов (до 0,05 мг/л), взвешенных веществ (до 7,55 мг/л), от примесей цветных и редких металлов, что уменьшает воздействие на окружающую среду вредных примесей, содержащихся в промышленных и ливневых сточных водах титаномагниевого производства, улучшить качество оборотной воды, используемой при охлаждении аппаратов и оборудования титаномагниевого производства.