Результат интеллектуальной деятельности: Способ удаления фосфора из сточных вод подщелачиванием

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 (Методы доочистки сточных вод, М: Стройиздат, 1978, стр. 129-130), основанный на электролизе морской воды, в результате которого выделяющаяся гидроокись магния вступает в реакцию с содержащимися в сточных водах с PO₄^3- и аммиаком с образованием ортофосфата магния-аммония.

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

Известен также 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), включающий очистку биологически очищенной сточной жидкости в отстойниках физико-химической очистки с введением хлорного железа FeCl₃⋅6Н₂О на первой ступени физико-химической очистки.

Недостатками этого способа являются большой расход 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.

Наиболее близким по технической сущности и заявляемому изобретению является способ химической очистки сточных вод от фосфатов очистной станции озера Тахо (Методы доочистки сточных вод, М: Стройиздат, 1978, стр. 130-132), прототип, включающий очистку биологически очищенной сточной жидкости в отстойниках физико-химической очистки, при которой возможно снижение фосфора до ПДК (0,2 мг/л здесь и далее концентрации фосфора приводятся в пересчете на фосфор).

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

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 подщелачиванием, биологически очищенная сточная жидкость проходит физико-химическую очистку, согласно изобретению на стадии физико-химической очистки в биологически очищенную сточную жидкость вводится едкий натр 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.

Ионы кальция и магния, содержащиеся в биологически очищенной сточной жидкости, 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 чертеже представлена общая схема узла физико-химической очистки стоков, предназначенная для снижения фосфора с 1-4 мг/л до 0,15-0,2 мг/л перед их сбросом в водоем.

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

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) в сочетании с едким натром (4). Ввод едкого натра (4) для повышения рН до значений 10,5-11 необходим для связывания ионов кальция и магния, находящихся в биологически очищенной сточной жидкости (1) с ион-фосфатами в труднорастворимые соли кальция или магния. Для связывания ион-фосфата с ионами кальция и магния, их концентрация в биологически очищенной сточной жидкости (1) не должна быть менее 60 мг/л для кальция и 15 мг/л для магния. Воздух (3) подается как для перемешивания едкого натра (4) с биологически очищенной сточной жидкостью (1), так и создания ускорения процессов кристаллизации труднорастворимых солей кальция Ca₅OH(PO₄)₃ или магния MgNH₄PO₄⋅6H₂O. Из камеры реакции (2) биологически очищенная сточная жидкость (1) поступает в отстойник физико-химической очистки (5), где происходит осаждение кристаллов. Образующийся химический осадок (10) направляется на обезвоживание, после чего может использоваться в качестве органоминерального удобрения. Биологически очищенная сточная жидкость (1), обедненная фосфором (6), но имеющая высокие значения рН, подвергается рекарбонизации в карбонизаторе (7) углекислым газом (8) 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.