Схема очистки и дезинфекции воды.

Рабочие модули комплекса:

1. Модуль аэрации поступающей воды. Это - резервуар для насыщения воды кислородом, удалением свободного хлора, преобразование двухвалентного железа в трехвалентное, окисление органических и минеральных радикалов.

2. Модуль мембранной ультрафильтрации. Он используется для очистки поступающей воды методом микрофильтрации. Модуль способен отфильтровывать частицы более 0,1 микрона.

3. Модуль фотокаталитического озонирования и окисления. Он используется для общей минерализации всех органических и гидрокарбонатных формирований.

4. Модуль фильтрования песком. Он удаляет продукты, окисленные в процессе дезинфекции воды, методом фотокаталитического озонирования.

5. Бак-накопитель (аккумулятор) воды. Он используется для пиковых запросов.

6. Адсорбционный фильтр из древесного угля (каталитический реактор). Он улучшает органолептические (вкусовые) качества очищенной питьевой воды.

7. Станция обеспечения автономного водопотребления и системы циркуляции воды.

8. Модуль системы управления программированной автоматической промывкой фильтров.

================================================================================

Предварительное фильтрование сточных вод на механических фильтрах, в том числе и сорбционных, перед ионообменной установкой не обеспечивает требуемого качества воды и может быть рекомендовано при отсутствии органических примесей в воде и низкой концентрации ионов тяжелых металлов. Использование в качестве первой ступени очистки электрокоагуляции (гальванокоагуляции), отстаивания, фильтрования не обеспечивает глубокого извлечения ионов тяжелых металлов без предварительного подщелачивания до рН = 9 – 10 с последующим подкислением фильтрата. При использовании ионного обмена элюаты от регенерации смол дают большой объем обрабатываемой воды; кроме того, возможно отравление смол примесями. Гиперфильтрация и электродиализ требуют предварительного глубокого извлечения грубодисперсных, коллоидных и ионных примесей (ионов тяжелых металлов, кальция, магния), склонных к превращению при их концентрировании из-за возможного роста сопротивления мембран и снижения их селективности.

Для исключения “вторичного” загрязнения воды в замкнутом цикле предложено отказаться от реагентов на всех стадиях очистки и использовать электрохимические технологии превращения примесей, позволяющие в широких пределах изменять физико – химические свойства растворов за счет поступления реагентов непосредственно из ионных примесей и воды по схеме: электрохимическое восстановление Cr⁶⁺ до Cr³⁺, флотация, тонкослойное отстаивание, фильтрование, электрохимическое корректирование рН.

В электрохимической лаборатории очистки воды на кафедре водоснабжения УИИВХ разработаны технологические схемы и установки типа ЭЛИОН для очистки воды от ионов тяжелых металлов, нефтепродуктов, ПАВ для применения в локальных замкнутых схемах гальванических цехов при расходе воды до 100 м³/час и возврате очищенной воды до 70%. Из накопителя вода поступает в реактор для электрохимического восстановления Cr⁶⁺ до Cr³⁺, где образуются гидроксиды, флотокомплексы. Отделение гидроксидов от водной фазы происходит во флотаторе, осветлителе со взвешенным осадком, тонкослойном отстойнике и фильтре. Для полного извлечения вода, направляемая во флотатор, подщелачивается раствором из катодной камеры диафрагменного электролизера. Шлам обезвоживается на вакуум-фильтре. Концентрированные электролиты нейтрализуются до образования гидроксидов и поступают на узел обезвоживания осадка и далее на утилизацию. ЭЛИОН-В производительностью 5 – 10 м³/час (вертикального исполнения) содержит 3 блока: блок фазово – дисперсного превращения примесей (электрореактор восстановления хрома и образования твердой фазы гидроксидов), блок разделения фаз и электрокорректор рН. Блоки унифицированы. 1 блок: расход электроэнергии 0,6 – 0,8 квт-ч/м³, расход электродов 40 – 60 г/м³. 2 блок: Время флотоосветления 30 – 40 мин., скорость фильтрования 1,8 – 2,0 м/час, время фильтрации 5 – 8 часов, рН = 8,5 – 10. 3 блок: плотность тока 20 – 50 А/дм², напряжение 12–24 В, расход электроэнергии 2 квт-ч/м³.

Показатели	Концентрация воды, мг/л
Исходная	После очистки
Мутность		3 - 10
Цветность	50 – 100
Cr⁶⁺	20 – 50
Cr³⁺	20 – 50	0,1 – 0,2
Ni	15 – 20	0,3 – 0,5
Cu	10 – 15	0,3 – 0,8
Zn	20 – 30	0,5 – 0,8
Нефтепродукты	30 – 50	0,5 – 1,0
ПАВ	1 – 5	0,5 – 1,0
рН	3,5 – 9,0	7,0 – 8,0

Устройства типа ЭЛИОН используются для создания локальных циклов водооборота и позволяют не только извлекать ионы тяжелых металлов, возвращать воду в ванны промывки, но и утилизировать или регенерировать ценные вещества. Экономия электроэнергии, химреагентов – на 80 – 100%. В перспективе – создание гибкого автоматизированного производства чистой воды.

Разработаны напорные электрокоагуляторы (скорость потока 0,5 – 2,0 м/с, давление 0,2 – 0,4 МПа, плотность тока 5 – 10 А/дм², время обработки 0,5 мин), в которых отделение осадка можно производить в камерах электрофлотации в течение 10 мин. (а в отстойниках – 1,5 часа), но высокие затраты электроэнергии, использование дефицитных и дорогих электродов делают применение этого метода ограниченным.

От этих недостатков свободны гальванокоагуляторы, в которых работают короткозамкнутые гальванопары, и которые применяются для уменьшения общего солесодержания растворов и для удаления из них ионов меди, железа, флотореагентов, органических примесей. В таких устройствах происходит катодное восстановление электроположительных катионов, образование ферритов металлов, клатратов, сульфидов, оксисульфатов, а также корректирование рН.

В Казмеханобре (г. Алма-Ата) и Челябинском ЦНТИ разработаны барабанные гальванокоагуляторы типа КБ-1, КБ-2, ФКБ-6 производительностью 0,5, 1, 5, 15, и 20 м³/час. В качестве гальванопар работает смесь железного скрапа и графита. Там же разработана технологическая схема очистки сточных вод от ионов хрома и железа:

5 9 В канализ.

5 11

На утилиз.

1 – Приемник-усреднитель 5 – Емкость с ПАА 9 – Доочистка (мех. фильтры)

2 – Усреднитель 6 - Гаситель напора 10 – Осадкоуплотнитель

3 – Гальванокоагулятор (Cr) 7 - Отстойник 11 – Емкость с Ca(OH)₂

4 - Гальванокоагулятор (Fe) 8 - Накопитель осветл. стоков 12 - Обезвоживание осадка

В непрерывном режиме работают две стадии гальванокоагуляционной очистки при загрузке железного или медного скрапа с коксом (4: 1). Сначала идет очистка раствора от хрома, затем от ионов тяжелых металлов, органических и других примесей. Для интенсификации стоки обрабатываются раствором гидролизного полиакриламида (ГПАА) и технического полиакриламида (ПАА). ГПАА вводится в аппарат второй ступени, а ПАА - в сточную воду перед подачей ее на вертикальный отстойник. Далее раствор поступает на фильтры с зернистой загрузкой. В результате происходит очистка на 99,5% от меди, никеля, цинка, ионов Cr⁶⁺ не обнаруживается, фосфаты отсутствуют, жесткость уменьшается на 40%, нитрат- и сульфат-ионы – до 60%, рН = 6,8 – 7,2. Содержание железа в растворе - 0,1 – 0,3 мг/л, NH₄⁺ - до 200 мг/л, SO₄^2- - до 1 г/л. Для удаления сульфатов производится двухстадийная обработка (с загрузкой железо – кокс, алюминий – кокс). Следует отметить, что аппаратурное оформление металлоемко, используется нержавеющая сталь. Мешают жиры и масла, скрап надо обезжиривать.

Представляет интерес гальванокоагуляционный модуль: разработано устройство и способ очистки от тяжелых металлов, солей жесткости, сульфатов (Способ очистки сточной воды и устройство для его осуществления. Рязанцев А.А., Батоева А.А., патент № 2057080, МКИ С02 F1/46. Опубликован 27.03.96 г., Бюл. № 9), примененные в схеме локальной очистки для извлечения меди методом комплексообразования – ультрафильтрации из растворов травления печатных плат.

Гальванокоагуляторы

+5,40

Тонкослойный отстойник со встроенной камерой хлопьеобразования

0,00

Осадкоуплотнитель

На очистку

Насос-дозатор

-3,00 Шлам

Рис.3. Схема гальванокоагуляционной очистки сточных вод.

Ведущую роль в процессе гальванокоагуляции играют оксогидратные фазы Fe³⁺. Удаление примесей происходит путем сорбции свежеобразованными соединениями железа гидролизованных ионов тяжелых металлов в широком диапазоне рН. Катод – смесь железного скрапа и БАУ (березовый активированный уголь) или цеолита (водосодержащие каркасные алюмосиликаты щелочных и щелочноземельных металлов). Работает гальванопара железо - БАУ (железо – цеолит). Универсальность этого метода в состоит том, что процесс очистки и обессоливания воды осуществляется одновременно, стадия осаждения совмещена с кондиционированием, количество осаждаемых солей близко к стехиометрическому, причем очистка и деминерализация воды не приводят к образованию вторичных загрязнений. Ссодержание железа в очищенной воде - ниже ПДК. Метод внедрен на заводе Теплоприбор, на ЛВРЗ (локомотивовагоноремонтный завод), г. Улан-Удэ в схеме очистки хромсодержащих и общих стоков при замкнутом цикле водопотребления. Концентрирование меди из травильных растворов при производстве печатных плат осуществляется в присутствии лигносульфонатов (отходы целлюлозно – бумажного производства).

1 – Стальной корпус (анод) 2 – Загрузка (Fe-БАУ) 3 – Катод 4 – Перфорированная труба 5 – Пористый фторопласт

Выпрямитель с регулятором тока

Рис.4. Модуль гальванокоагулягии.

Воздух

Загрузка – смесь железной стружки и БАУ или кокса – играет роль “кислородного электрода”, здесь происходит контакт воды и воздуха с загрузкой. На катоде идет восстановление кислорода и растворенного в воде металла с достаточно высоким электродным потенциалом. На аноде – окисление железного скрапа:

И затем – окисление Fe²⁺ до Fe³⁺:

Удаление примесей осуществляется путем сорбции свежеобразованными оксогидратными фазами железа гидролизованных ионов цветных металлов в широком диапазоне рН. Оптимальное время контакта – 5 –10 минут. При этом эффективность очистки по ионам цинка, меди, никеля, хрома – 97-100%. Cr⁶⁺нет. Наложение внешнего поля повышает эффективность очистки.

Использование принципов гальванокоагуляции позволяет извлекать из сточных вод не только ионы цветных металлов, но и соли жесткости, сульфат- и фосфат-ионы. Применение БАУ обеспечивает удаление солей жесткости и сульфатов. При двухкаскадной обработке воды:

	Ca²⁺	Mg²⁺	SO₄^2-
Исходная концентрация, мг/л
Снижение концентрации без наложения поля	56%	11%	51%
Снижение концентрации с наложением поля W=0,05 квт-ч/м³	78%	80%	70%

Гальванокоагуляционный модуль производительностью 1 м³/час может вывести из оборотной воды за смену от 12 до 20 кг сульфат-ионов. После гальванокоагуляционной очистки вода удовлетворяет требованиям ГОСТ 9.314-90 на воду, используемую в гальваническом производстве. Изменяя параметры внешнего поля, можно интенсифицировать процесс окисления, т.е. работать в широком диапазоне концентраций удаляемых примесей.

Автор: к.х.н. Батоева А.А., лаборатория физико – химии водных растворов

Бурятского института естественных наук Сибирского отделения РАН.

Научный руководитель: проф. А.А.Рязанцев, Иркутский государственный университет.

Ведущая организация: муниципальное предприятие “Водоканал”, Улан -Удэ.

В процессе работы ванны обезжиривания на поверхности раствора накапливаются органические загрязнения (нефтепродукты), которые могут быть извлечены при помощи безреагентного электрохимического модуля (БЭМ), разработанного в РХТУ им. Д.И.Менделеева (г. Москва) до остаточной концентрации 0,5 мг/л (при Сисх = 200 мг/л).

1 – Усреднитель промывной

воды.

2 - Кислотный сборник.

3 – Вакуум – фильтр.

4 – Электрофлотатор с

электрокорректором рН.

5 - Реактор нейтрализации

очищенного раствора.

Очищенная вода

Рис.5. Схема безреагентного электрохимического модуля БЭМ.

Электрокорректор рН состоит из анодной и катодной камер, разделенных ионообменной мембраной. Промывная вода поступает в катодную камеру, где происходит выделение водорода, подщелачивание, сопровождающееся образованием частиц гидроксида металла. В анодной камере идет образование кислотного раствора, который расходуется на подкисление очищенной воды до рН = 6,5 – 8,0. Использование катионообменной мембраны предотвращает проскок катионов из сточной воды в анодную камеру и загрязнение кислотного раствора. Благодаря обеспечению необходимого газосодержания раствора, в катодной камере электрокорректора рН происходит очистка промвод до 90%. Доочистка раствора производится в электрофлотационной камере, а обезвоживание шлама – на вакуум-фильтре.

Модуль БЭМ выполняет 5 функций:

Обеспечение необходимого газосодержания раствора.
Нейтрализация.
Подкисление раствора в анодной камере.
Миграция анионов из катодной в анодную камеру через анионитную мембрану.
Удаление пенного продукта с поверхности механическим путем.

Извлечение 99% взвесей и органических загрязнений занимает около 10 минут. Очищенная вода подается на промывку.

В процессе замкнутого водооборота может происходить накопление примесей, поэтому небольшая часть воды должна заменяться свежей. Использование БЭМ не приводит к увеличению содержания фоновых солей в растворе. Коэффициент подпитки оборотной воды – не более 1% и в 10 раз меньше, чем при реагентной очистке.

Погружной электрохимический модуль (ПЭМ) с ионоселективной мембраной разработан на кафедре ТЭП РХТУ им. Д.И.Менделеева, 125047, г. Москва, тел. 978-56-51, факс. 200-42-04, тел/факс 280-02-81 (проф. Кругликов С.С., авт.свид. № 5184 от 16.10.1997 г.), применяемый при регенерации и утилизации отработанных растворов и очистке непроточных промывных вод гальванопроизводств.

125047 Москва, Миусская пл., 9, РХТУ им.Д.И.Менделеева.

проф. Кудрявцев В.Н. Тел. (095)978-59-90; Факс (095)200-42-04; e-mail: [email protected]

Предприятие ГАЛЭКО производит малогабаритный и надежный сепаратор для удаления жировых и механических загрязнений, исключающий сброс отработанного раствора. Накапливающиеся ионы Cr, Fe, Cu, Zn удаляют электродиализом, ионным обменом или химическим способом.

Для доочистки промвод до уровня ПДК в технологической схеме используется модуль глубокой доочистки (МГД).

Вакуум-фильтр

MeAn

5 – Емкость

с осадителем.

6 - Емкость

Электрофлотатор с флокулянтом.

5 6

Пром. вода

Очищенная вода

Усреднитель Сборник очищенного раствора

Рис.6. Схема модуля глубокой доочистки МГД.

В модуле глубокой доочистки происходит электрофлотационное извлечение труднорастворимых соединений металлов (оксиды, сульфиды, фосфаты), которые образуются в результате смешивания промывных вод после БЭМ с соответствующим осадителем. В раствор вводятся органические флокулянты (5 г/л). Остаточная концентрация примесей – 0,01-0,05 мг/л, т.е. соответствует ГОСТу на питьевую воду.

Как отмечалось выше, для глубокой очистки гальваностоков используются наборы технологий:

Извлечение ионов металлов с помощью электролиза до остаточной концентрации

Сост = 0,5 г/л.

Извлечение ионов металлов и органических загрязнений в безреагентном электрохимическом модуле БЭМ до остаточной концентрации Сост = 0,5 мг/л

при Сисх = 200 мг/л.

Извлечение ионов металлов и органических загрязнений в модуле глубокой доочистки МГД до Сост = 0,01 мг/л при Сисх не более 10 мг/л.

Обессоливание раствора в модуле электродиализного обессоливания МЭО до остаточной концентрации фоновых солей 0,01 мг/л.

Технико – экономические показатели работы модулей очистки

Модуль очистки	БЭМ М1	МГД М2	МЭО М3	М1 + М2 + М3
Удельные энергозатраты, кВт-ч/м³	1,0 – 5,0	0,5 – 2,0	1,0 – 2,0	2,3 – 7,0
Площадь, занимаемая оборудованием, м²

В РХТУ им. Д.И.Менделеева (г. Москва) разработан комплекс технологий локальной очистки промывных вод и утилизации ценных компонентов.

Выпускаются промышленные БЭМ и МГД производительностью 1 – 20 м³/час: экспериментально-опытный завод РХТУ им. Д.И.Менделеева и НПО “КОМПАС”.

Следует, однако, отметить дефицитность пленочных металлоокисных анодов на титановой основе (титан – двуокись рутения) и сульфидно – никелевых катодов с низким перенапряжением выделения водорода, применяемых в модулях очистки.

При разработке комплексных систем очистки гальваностоков предусматривается возврат очищенной промывной воды и сконцентрированных растворов в цикл по каждому модулю. При этом освобождение от ПАВ (поверхностно-активных веществ) производят в электрофлотаторе. Разработаны технологические схемы очистки гальваностоков, включающие электрофлотатор, выпарной аппарат, электролизер и электродиализатор. АО “ТАГАТ” выпускает комплексы очистки стоков для отдельных линий, которые могут быть изменены по желанию заказчика: для очистки от ионов тяжелых металлов, анионов, ПАВ, масел, нефтепродуктов. Комплексы обеспечивают замкнутый водооборот, предусматривая локальные системы очистки для каждой технологической операции. Для этого используются электрохимические, сорбционные, мембранные методы обработки стоков: электрофлотаторы, электродиализаторы, фильтры, выпарные аппараты. Комплексы комплектуются необходимыми покупными изделиями (выпрямители, насосы, приборы контроля, арматура и т.д.). Запрос по АО “ТАГАТ” можно направить в Приволжский дом знаний: 440601, г. Пенза, ул. Лермонтова, 8.

АООТ “ИМПУЛЬС” совместно с РХТУ им. Д.И.Менделеева (г. Москва) разработали альбом “Технологические процессы гальванического производства, схемы и методы очистки сточных вод” и типовой проект “Участок регенерации, утилизации и обезвреживания отработанных концентрированных технологических растворов и электролитов гальванического производства”. В альбоме приведены базовые технологические процессы гальванического производства, базовые принципиальные схемы очистки смешанных кисло-щелочных стоков, локальной очистки промывных вод, содержащих ионы тяжелых металлов, отработанных растворов и электролитов, сравнительные характеристики методов очистки стоков. В разделе “Базовые…” есть линии из стационарных ванн ручного обслуживания производительностью до 50 тыс.кв.м в год, а также основные варианты водоснабжения и водоотведения. Сделан выбор рациональных схем водоснабжения и очистки промывных и сточных вод в зависимости от состава и концентрации загрязнений в стоках, от требуемого качества воды для технологических операций и степени очистки сточных вод, от затрат на очистку. Представлены унифицированные проектные решения по регенерации, утилизации и обезвреживанию отработанных технологических растворов. Приведены аппаратурно – технологические схемы регенерации, обезвреживания и утилизации щелочных растворов обезжиривания и травления алюминия. АООТ “ИМПУЛЬС” разработаны автоматические линии типа АГЛ-И (аналоги – АГ-42, завод Машприбор, г. Ярославль), обеспечивающими автоматическое поддерживание всех технологических параметров – времени обработки, плотности тока, температуры, состава и уровня электролита.

Физико – химические показатели воды ГОСТ 9.314-90,