Результат интеллектуальной деятельности: Способ удаления фосфора из сточных вод морской водой

Изобретение относится к области очистки фосфорсодержащих сточных вод и может быть использовано для очистки городских стоков и стоков предприятий пищевой промышленности, а также животноводческих и птицеводческих комплексов с последующим их сбросом в водоем.

Известен способ извлечения из сточных вод фосфора («Строительство и техногенная безопасность», №5 (57), 2016, Камышникова Е.В.), заключающийся в электрохимической очистке сточной жидкости растворимыми стальными электродами при добавлении черноморской воды.

Недостатком этого способа являются высокие затраты на приобретение стальных электродов, увеличение затрат на электроэнергию и образование большого количества химического осадка, а также высокая плата за его размещение на специализированном полигоне.

Известен также способ очистки сточных вод от фосфора (Справочник проектировщика. Канализация населенных мест и промышленных предприятий. М: Стройиздат, 1981, стр. 297-298), заключающийся в известковании сточной жидкости с повышением рН до 10,5-11, при котором возможно снижение фосфора до ПДК (0,2 мг/л здесь и далее концентрации фосфора будет приводиться в пересчете на фосфор).

Недостатком этого способа является образование большого количества химического осадка, подлежащего вывозу с площадки очистных сооружений канализации, высокие эксплуатационные затраты на его транспортировку к месту размещения.

Наиболее близким по технической сущности и заявляемому изобретению является способ очистки сточной жидкости от фосфатов и сульфатов (патент РФ №2593877, 2016 г., C02F 9/04, C02F 1/58, C02F 101/10, C02F 103/28, C02F 103/32), прототип, включающий очистку биологически очищенной сточной жидкости в отстойниках физико-химической очистки.

Недостатками этого способа являются большой расход реагента (хлорного железа) для связывания фосфора в труднорастворимую соль, образование химического осадка, непригодного для дальнейшего использования в качестве органоминерального удобрения, высокая плата за его размещение на специализированном полигоне, а также агрессивность хлорного железа по отношению к металлическим трубам, арматуре и оборудованию. Задачами заявляемого изобретения являются:

снижение концентрации фосфора в сточной жидкости;

снижение общих затрат на приобретаемые реагенты;

снижение эксплуатационных затрат на вывоз с площадки очистных сооружений канализации химического осадка за счет резкого сокращения его объема;

получение осадка, используемого в качестве органоминерального удобрения.

Поставленная задача решается тем, что в заявляемом способе удаления фосфора из сточных вод морской водой, биологически очищенная сточная жидкость проходит физико-химическую очистку, согласно изобретению на стадии физико-химической очистки в биологически очищенную сточную жидкость вводится морская вода, содержащая ионы магния и кальция, в соотношении 1:0,05-1:0,1, то есть на 1 м³ биологически очищенной сточной жидкости подается 0,05-0,1 м³ морской воды, с вводом в нее едкого натра в количестве, обеспечивающим повышение рН до 10,5-11, и для ускорения процесса кристаллизации труднорастворимой соли ортофосфорной кислоты подается воздух в количестве 0,5-0,6 м³/м³ сточной жидкости.

При малой концентрации ионов кальция и магния в сточной жидкости (менее 60 мг/л по кальцию и 15 мг/л по магнию) необходим ввод морской воды, содержащей ионы кальция и магния для образования труднорастворимых соли ортофосфорной кислоты, а ввод едкого натра для повышения рН до значений 10,5-11. При таких значениях обеспечивается практически 100% связывания свободных ион-фосфатов в труднорастворимые соли кальция или магния. Ионы кальция и магния образуют с ион-фосфатами труднорастворимые соли ортофосфорной кислоты [Ca₅OH(PO₄)₃ или MgNH₄PO₄⋅6H₂O] при высоких значениях рН (10,5-11), поэтому требуется ввод едкого натра. Применение едкого натра резко сокращает объем химического осадка, который к тому же можно использовать в качестве органоминерального удобрения.

На фиг. 1 представлена общая схема узла физико-химической очистки стоков, предназначенная для снижения фосфора с 1-4 мг/л до 0,05-0,2 мг/л перед их сбросом в водоем.

Схема удаления фосфора из сточной жидкости включает: биологически очищенную сточную жидкость (1); камеру реакции (2); воздух (3); морскую воду (4); раствор едкого натра (5); отстойник физико-химической очистки (6); биологически очищенную сточную жидкость, обедненную фосфором (7); карбонизатор (8); углекислый газ (9); выпуск очищенной сточной жидкости (10); химический осадок (11).

Способ очистки сточных вод от фосфора осуществляется следующим образом. Биологически очищенная сточная жидкость (1) с содержанием фосфора 1-4 мг/л, пройдя биологическую очистку поступает в камеру реакции (2), куда вводятся воздух (3), морская вода (4) в сочетании с едким натром (5). Воздух (3) необходим как для перемешивания морской воды (4) и едкого натра (5) с биологически очищенной сточной жидкостью (1), так и создания благоприятных условий (множественных соударений), ускоряющих процессы кристаллизации труднорастворимых солей кальция Са₅ОН(PO₄)₃ или магния MgNH₄PO₄⋅6H₂O. Из камеры реакции (2) биологически очищенная сточная жидкость (1) поступает в отстойник физико-химической очистки (6), где происходит осаждение кристаллов. Образующийся химический осадок (11) направляется на обезвоживание, после чего может использоваться в качестве органоминерального удобрения. Биологически очищенная сточная жидкость (1), обедненная фосфором (7), но имеющая высокие значения рН, нейтрализуется в карбонизаторе (8) углекислым газом (9) до значения рН=8,5, после чего сбрасывается в водоем. Качество биологически очищенной сточной жидкости до и после физико-химической очистки представлено в таблице 1.

Использование заявляемого способа позволяет добиться высокого эффекта удаления фосфора из сточной жидкости (85-99%), резко снизить эксплуатационные затраты за счет сокращения количества расходуемых реагентов, объема образующегося осадка и исключения затрат на размещение осадка на специализированном полигоне, так как образующийся осадок можно использоваться в качестве органоминерального удобрения.