Способ очистки сточных вод от фосфатов. Методика выполнения измерений массовой концентрации общего фосфора и фосфора фосфатов в пробах питьевых, природных и сточных вод фотометрическим методом Фосфаты в сточных водах откуда

Экология/4 Промышленнная экология и медицина труда

к. т. н., Келль Л. С.

ГУП “ Водоканал СПб ”

Внедрение технологии биологической дефосфотации UCT K .

Фосфор, содержащийся в сточных водах является основным биогенным элементом, вызывающим антропогеннуюэфтрофикацию природных водных экосистем. В частности, увеличение содержания фосфора в водных экосистемах вызывает бурное развитие (цветение) сине-зеленых водорослей, многие виды которых являются азотфиксирующими организмами и поэтому их развитие лимитируется именно содержанием фосфора в растворе. В свою очередь “цветение” сине-зелёных за счёт выделения токсинов и создания аноксидных зон ведёт к деградации и гибели водных экосистем (Одум, 1975г.).

К настоящему времени разработаны и достаточно широко применяются при очистке сточных вод технологические методы биологической дефосфотации. Принцип биоудаления фосфора основан на жизнедеятельности микроорганизмов, в частности a cine to bacter, которые способны аккумулировать больше фосфора, чем нужно на прирост - так называемое «жадное поглощение». Acine to bacter (фосфатаккумулирующие организмы – ФАО) обычно присутствуют в активном иле, но в незначительных количествах. Чтобы эти микроорганизмы начали играть свою полезную роль, необходимо обеспечить их низкомолекулярными летучими жирными кислотами (ЛЖК), которые служат субстратом для них, и создать условия, при которых они способны использовать ЛЖК эффективнее других микроорганизмов, находящихся в биценозе.

Для увеличения содержания ЛЖК в поступающей на биологическую очитку воде проводят процесс сбраживания (ацидофикации) сырого осадка. Затем сточные воды, обогащенные ЛЖК, подают в процесс биологической очистки, предусматривающий анаэробную зону, где ФАО способны потреблять ЛЖК, используя при этом энергию полифосфатных связей. (Баженов, Денисов 2009 http://www.pump.ru/information/publications/Articles/EPR%202-2009%20Bazhenov.pdf /)

Одним из наиболее распространенных технологических решений биологической дефосфотации сточных вод являетсяпроцесс UCT (University of Cape Town ), а также его модификации.(См. рис.).

Рис. Технологическая схема UCT -процесса.

Данный технологический процесс имеет следующие особенности: возвратный активный ил перекачивается из вторичных отстойников в аноксидную зону, при этом кроме нитратного рецикла осуществляется внутренняя рециркуляция ила из аноксидной зоны в анаэробную зону. Что позволяет избегать попадания свободного и связанного кислорода (нитратов) в анаэробную зону (Данилович и др.).

Однако, применяющиеся способы биологической дефосфотации позволяют удалять общий фосфор при биологической очистке бытовых сточных вод лишь до концентрации 1 мг/л. Более глубокое удаление фосфора достигается применением химических коагулянтов (Дегремон, 2007 г.).

Для более глубокого биологического удаления фосфора и азота из раствора, процесс сбраживания (ацидофикации) осадка на ЛЖК и процессихаккумулирования ФАО ведут совместно в зонах “дозревания” (технология UCT K - University of Cape Town - Kell ).(Келль, 2010; патент)

На Сестрорецкой станции - СКС удаление фосфора из хозбытовых сточных сточных вод производится комбинированным методом – биологическим и химическим. Для биологического удаления используется технология UCT (University of Cape Town ). Также применяется химическое удаление – сульфат железа Ферикс-3, (10% водный раствор). При этом доза реагента составляет в среднем 35г/м. куб.(Беляев и др. 2008 г. ).

В 1У кв. 2010г. проведены работы по внедрению технологии UCT K на СКС. С этой целью в первых числах октября были организованы зоны“дозревания” в каждой из двух работающих секций аэротенка (см. фото 1).

Фото 1. Зона “дозревания” в секции аэротенка.

Среднедекадные показатели работы сооружений за контрольный (июль – сентябрь) и опытный (октябрь-декабрь) периоды приведены в таблице 1.

Таблица 1. Показатели работы Сестрорецкой станции во II полугодии 2010 г.

Как следует из приведённых в таблице 1 данных (июль – сентябрь) применение технологии UCT (University of Cape Town ) на Сестрорецкой станции позволяет достигать новые нормы ХЕЛКОМ по общему фосфору 0,5 мг/л лишь при применении коагулянта – Ферикс 3 в количестве 30 – 35 мг/л.

Организация зон “дозревания” в начале октября 2010г., т. е. внедрение технологии UCT K (University of Cape Town - Kell ), позволяет после автоселекции биоценоза активного ила, достигать новые нормы ХЕЛКОМ по общему фосфору 0,5 мг/л без применении коагулянта и с достаточно большим запасом.

Определение содержания фосфора фосфатов и ЛЖК в фильтрованных пробах поступающей в аэротенк сточной воды и культуральной жидкости непосредственно в зоне “дозревания” показало, что на входе в аэротенк фосфор фосфатов составлял 1,2 мг/л, в зоне “дозревания” – 155 мг/л; ЛЖК соответственно – 1,6 и 4,6 мг.экв/л (Келль, 2011).

Таким образом, в зоне “дозревания” происходит не только процесс высвобождения фосфора, что указывает на активную жизнедеятельность ФАО, но и процесс ацидофикации, поставляя ЛЖК непосредственно в зону их аккумуляции фосфатаккумулирующими организмами с использованием энергии полифосфатных связей. При этом в отличие от традиционных методов ацидофикации (Козлов и др., 2010г)

С целью более глубокого изучения процесса и его оптимизации продолжены работы по внедрению способа биологической дефосфотации UCT K на Сестрорецкой станции с использованием модульной установки фирмы HACHLanger (см. фото 2).

Фото 2. Установка фирмы HACHLanger .

Данная установка позволяет в режиме реального времени контролировать состав стоков по следующим параметрам: фосфор фосфатов, азот аммонийный, азот нитратов, растворённый кислород, температура, калий, рН, уровень осадка в отстойнике.

В частности на СКС при отработке оптимального режима способа биологической дефосфотации с зонами “дозревания”(UCTK : University of Cape Town – Kell ) - особенно актуальным является круглосуточное определение в очищенной воде, сбрасываемой в водоём,фосфора фосфатов, азота аммонийного каждые 10 минут и азота нитратов каждые 5 минут, производимого установкой фирмы HACHLanger .

За период испытаний (апрель-май 2011г.) установка позволила отработать технологические параметры процесса биологической дефосфотации с зонами “дозревания”(UCTK ) в значительно более короткие сроки и меньшим количеством проведённых лабораторных анализов (см. графики на рис. 1 и 2).

Рисунок 1 .Изменение фосфора фосфатов с 26.04 по 03.05 2011 года (интервал круглосуточного определения 10 минут).

Рисунок 2.Изменение фосфора фосфатов с 09.05 по 16.05 2011 года (интервал круглосуточного определения 10 минут).

Как видно из приведённых на графиках данных, в начальный период испытаний (рис.1) колебания концентраций фосфора фосфатов на выходе с очистных сооружений значительно выше, чем в конечный (рис. 2).

Показатели работы Сестрорецкой станции за май месяц без применения коагулянтов приведены в таблице 2.

В Ы В О Д Ы.

1. Способ UCT K позволяет гарантированно снижать содержание общего фосфора в хозбытовых сточных водах при их биологической очистке до новых норм ХЕЛКОМ без применения коагулянтов.

2. В отличие от традиционных методов ацидофикациине требуется выделение дополнительного оборудования на предварительную ацидофикацию сырого осадка.

3. Способ может быть внедрён на действующих станциях биологической очистки.

4. Использование модульной установки фирмы HACHLanger позволило при внедрении способа биологической дефосфотации с зонами “дозревания”(UCTK ) на Сестрорецкой станции отработать технологические параметры процесса в значительно более короткие сроки и меньшим количеством трудозатрат.

С П И С О КЛ И Т Е Р А Т У РЫ.

1. Баженов В. И., Денисов А. А. Проектирование современных комплексов биологической очистки сточных вод. Экология и промышленность России. 2009, N 2 http://www.pump.ru/information/publications/Articles/EPR%202-2009%20Bazhenov.pdf

2. Беляев А. Н., Васильев Б. В., Маскалёва С. Е., Мишуков Б. Г., Соловьёва В. А. Удаление азота и фосфора на канализационных очистных сооружениях. Водоснабжение и санатарная техника. 2008, N 9, с. 38-43

3. Данилович Д.А., Козлов М.Н., Мойжес О.В., Шотина К.В., Ершов Б.А. Результаты работы крупномасштабных сооружений биологической очистки от соединений азота и фосфора: Сб. статей и публикаций / МГУП Мосводоканал. - М., 2008. - с. 101-119.

4. Degremont . Технический справочник по обработкеводы, Санкт-Петербург, Новый журнал, т.1, 2007 г., с. 427

5. Келль Л. С. Экологические аспекты развития ноосистем в свете парадигмы самоорганизации материи. Санкт-Петербург. Астерион. 2010. 83 с.

6. Келль Л. С. Внедрение технологии биологической дефосфотации UCTK .Экология производства. 2011, N 5, с. 75-77

7. Козлов М. Н., Пахомов А. Н., Стрельцов С. А., Харькина О. В., Хамидов М. Г., Ершов Б. А., Белов Н. А.,Опыт эксплуатации сооружений биологической очистки сточных вод от соединений азота и фосфора; Водоснабжение и санитарная техника N 10, 2010г, с. 35 – 41

8. Одум Ю.Основы экологии.Москва. Мир, 1975. 740 с.http://www.twirpx.com/file/91230/

9. Патент N 2424199, Келль Л. С. Способ биологической очистки сточных вод активным илом. Дата публикации: 20 Июля, 2011г. Бюл. N 20

Вопрос эффективной обработки загрязненной воды из стоков ― один из самых насущных вопросов в области экологии и защиты окружающей среды. Не секрет, что загрязнение веществами антропогенного происхождения ― едва ли не основная причина ухудшения качества сточной влаги.

Из-за нефтепродуктов, биогенных и органических элементов, а также поверхностно-активных веществ, жидкостные массы в стоках становятся просто – напросто непригодными для дальнейшего сброса в водоемы и почву.

Необходима тщательная переработка поверхностных вод, в процессе которой будут эффективно уничтожаться все виды существующих загрязнений. Современные методы обработки канализационной влаги должны, в частности, устранять азот аммонийный в сточных водах, а также другие виды загрязнений.

Откуда появляются химические элементы в стоках?

Если взять на анализ канализационную жидкость на территории современного частного дома, то можно обнаружить огромное количество самых разнородных элементов, среди которых большой процент элементов будет принадлежать к химической природе.

При анализе сточной влаги можно обнаружить азот общий в сточных водах, шестивалентный хром в сточных водах, фосфор общий в сточной воде, медь в сточных водах. Откуда в той влаге, которая является отходами жизнедеятельности человека, появляются все эти вещества?

Дело в том, что последние 10-20 лет промышленность развивалась бешеными темпами. В частности, для общего бытового пользования были выпущены десятки разнообразных моющих средств. Также налицо резкое увеличение спроса на автоматические стиральные машины.

Подобные факторы смогли изменить состав хозяйственно-бытовых канализационных вод. Развитая промышленность, которой так гордится человечество, поставила под вопрос нормальную, хорошую экологическую ситуацию на планете.

О чем можно говорить, если при совершении анализов можно найти азот аммонийный в сточных водах? В жидкостях объем подобных загрязнений может доходить иногда до крайне высокого, опасного уровня. Особенно опасны азот и фосфор, соединения которых запускают процесс эвтрофикации водоемов, то есть, повышают биологическую растительность водоемов.

В случае если баланс питательных веществ превышает допустимую норму, то водоем становится очагом роста различной нежелательной биологической растительности ― водорослей, нежелательных разновидностей планктона. Кроме всего прочего, из-за азота и фосфора нарушается процесс жизнедеятельности рыб.

О самых распространенных химических соединениях

В стоках можно в процессе исследования обнаружить широкий спектр различных химических соединений. Некоторые из них чрезвычайно опасные, другие ― умеренно-опасные. Однако все они не должны присутствовать в той влаге, которая попадает из канализации частного дома в почву и водоемы.

Цинк. Один из самых часто встречающихся в стоках элементов. Цинк - это микроэлемент, входящий в состав некоторых ферментов. Цинк содержится и в человеческом теле, преимущественно ― в костях и волосах. Предельно допустимая концентрация данного элемента в водоемах равняется 1 миллиграмму на литр.

Многочисленные жители частных загородных домов интересуются на форумах в интернете, откуда цинк в сточных водах. Ответ на этот вопрос прост и прозаичен: все химические элементы попадают в стоки из тех веществ, которые использует человек в быту. Веществами являются стиральные порошки, моющие средства, шампуни и т.д.

Азот. Этот элемент присутствует в стоках в двух видах ― в качестве органических и неорганических соединений. Азот органический в сточной воде образуется в результате попадания в канализацию веществ белковой природы ― фекалий и пищевых отходов.

Практически весь аммонийный азот образуется в сточной влаге во время гидролиза мочи, конечного продукта азотного обмена у людей. Помимо этого, соединения аммония образуются в результате аммонификации белковых соединений.

Основной параметр, важный для получения информации об объеме азотосодержащих веществ в канализационной влаге ― это показатель общего азота. Экологическая опасность азотных соединений разнится в зависимости от видов азотосодержащих веществ: нитриты представляют самую токсичную группу, нитраты ― наиболее безопасную, а среднюю позицию между ними занимает аммоний.

Фосфор. Этот элемент может присутствовать в стоках в различных видах - например, в растворенном состоянии: это ортофосфорная кислота и ее анионы. Также, фосфор присутствует в сточной влаге в виде поли-, мета- и пирофосфатов.

Три последних вещества активно применяются в хозяйстве: их можно найти в составе практически любого современного моющего средства. Кроме этого, вещества применяются с целью предотвращения образования накипи на посуде. Могут присутствовать в стоках и другие фосфорорганические соединения: нуклеопротеиды, фосфолипиды, а также нуклеиновые кислоты.

Железо. Вещества, в которых содержится железо, встречаются в стоках чаще всего. Это, вообще, один и наиболее распространенных элементов в природе. Нельзя сказать, что железо совсем не должно присутствовать в канализационной влаге.

Железо - архиважный микроэлемент, который в малом количестве просто необходим для растений и живых организмов. Однако железо общее в сточных водах, как правило, присутствует в количестве, превышающем допустимый уровень.

В подобных случаях необходима очистка водных масс. Также обязательным считаться будет определение сульфатов в сточных водах. Не менее важно найти органические соединения серы в сточных водах, и довести ПДК до нормального уровня.

Изобретение относится к реагентным способам обработки бытовых и промышленных сточных вод, а именно к очистке стоков от фосфатов, и может быть использовано на станциях очистки и водоподготовки, в частности на биологических очистных сооружениях. Обработку фосфорсодержащих сточных вод ведут полученным в промышленных условиях алюмохлоридным раствором - отходом (сточными водами) производства этилбензола, который характеризуется следующими показателями, г/дм 3: хлорид алюминия 1,5-8,2; свободная соляная кислота 1,1-48,0; рН 0,9-2,9. Алюмохлоридный раствор перед употреблением обрабатывают раствором щелочи, доводя величину рН до 3,8-4,3, а затем его добавляют в воду в количестве 1,0-3,2 дм 3 /м 3 (в пересчете на А1 +3 - 1,6-5,0 мг/дм 3). Обработку стоков и осаждение ведут при рН 6,5-7,4. Использование такого алюмохлоридного раствора для осаждения фосфатов позволяет получить осветленную воду хорошего качества, утилизировать отход производства, а также упростить и повысить стабильность процесса осаждения и последующего процесса биологической очистки.

Изобретение относится к реагентной обработке бытовых и промышленных сточных вод, а именно к очистке стоков от фосфатов, и может быть использовано на станциях очистки и водоподготовки, в частности на биологических очистных сооружениях (БОС).

Фосфор относится к числу биогенных элементов, имеющих особое значение в биологическом цикле как в водных объектах, так и в активном иле станций биологической очистки. При недостатке соединений фосфора в воде тормозится рост и развитие водной флоры и фауны, однако их избыток также приводит к негативным последствиям, вызывая развитие процессов эфтрофикации и ухудшение качества воды. Поэтому в технологии биологической очистки бытовых и производственных сточных вод на БОС существует настоятельная потребность снижения концентрации фосфатов в очищенных стоках до нормативов, предусмотренных санитарными нормами.

Соединения фосфора в природных и сточных водах представлены в виде ортофосфатов, полифосфатов и органических фосфорсодержащих соединений, причем преобладающей формой являются ортофосфаты.

Ортофосфорная кислота (средней силы), будучи трехосновной, способна образовывать три вида солей, например:

Кислые соли:

NaН 2 РO 4 первичный фосфорнокислый натрий;

Na 2 HPO 4 вторичный фосфорнокислый натрий;

Средняя соль:

Nа 3 РO 4 третичный фосфорнокислый натрий.

Все первичные фосфаты хорошо растворимы в воде, из вторичных и третичных растворимы лишь очень немногие, в частности соли натрия (Б.Н.Некрасов. Основы общей химии,. Т.1, изд. 3-е испр. и доп., М.: Химия, 1973, с.440).

В водах соединения фосфора как минеральные, так и органические могут присутствовать в растворенном, коллоидном и взвешенном состоянии. Переход из одной формы в другую осуществляется сравнительно легко.

Обработку сточных вод осуществляют на очистных сооружениях как с использованием, так и без применения химических реагентов. Обработка воды коагулянтами позволяет перевести минеральные примеси в нерастворимую форму. К таким реагентам относятся соли кальция, железа и алюминия.

Способ очистки сточных вод, характеризующийся улучшенными характеристиками отделения твердых частиц, сниженной биологической потребностью в кислороде (БХПК) в очищенных сточных водах и повышенным удалением азота и фосфата, описан в пат. RU 2148033, 7 С 02 F 3/30. Из пат. RU 2145942, 7 С 02 F 1/52, 1/54, опубл. 27.02.2000, №6, известно, что очистку сточных вод ведут с использованием извести и гидролизующейся соли железа или алюминия при оптимальных значениях рН. Способ очистки сточных вод, включающий смешивание стоков с сернокислым алюминием (12-20 мг/л) при заданной величине рН (6,5-7,6), изложен в пат. RU 2145575, 7 С 02 F 1/52, опубл. 20.02.2000, №5.

Для очистки многотоннажных промышленных стоков с использованием химических реагентов является характерным большой расход дефицитных и дорогостоящих коагулянтов, производство которых сопряжено не только со значительными материальными затратами, но и с экологическими проблемами. На станциях очистки при этом возникает настоятельная потребность в сооружении реагентных хозяйств и их оснащении специальным технологическим оборудованием, что обуславливает высокую себестоимость очистки за счет больших материальных и энергетических затрат.

Наиболее близок по техническому решению к предлагаемому изобретению способ, изложенный в пат. RU 2151172, 7 С 12 F 3/10, опубл. 20.06.2000. №17. Сущность данного технического решения заключается в удалении взвешенных, коллоидных и растворенных органических и минеральных примесей методом коагуляции на стадии осаждения гидроксидом алюминия.

Общим признаком с предлагаемым изобретением является использование для агломерации частиц на стадии осаждения гидролизующейся соли алюминия. Данному способу присущи вышеперечисленные недостатки.

Наиболее близким к заявляемому способу очистки воды от фосфатов (прототипом) является способ извлечения из сточных вод (СВ) фосфатов, описанный в (В.А.Проскуряков, Л.И.Шмидт. Очистка сточных вод в химической промышленности. Изд. Химия, Ленинградское отделение, 1977, с.138). Сущность данного технического решения заключается в осаждении фосфатов сульфатом алюминия в щелочной среде. Эффективность очистки составляет 90-95%.

Кроме перечисленных выше недостатков, в данном случае имеет место вторичное загрязнение осветленной воды солями и ионами, т.к. характерной особенностью технических реагентов являются высокое содержание в них балласта и небольшое количество основного вещества (активное начало).

Задачей предлагаемого изобретения является:

Расширение ассортимента высокоэффективных, доступных и недорогих реагентов для извлечения фосфатов из сточных вод с сохранением высокой степени очистки воды;

Предотвращение вторичного загрязнения очищаемых стоков солями и ионами, содержащимися в используемых растворах реагентов;

Уменьшение себестоимости очистки за счет сокращения материальных и энергетических затрат;

Упрощение и повышение стабильности проведения технологического процесса;

Квалифицированное использование отхода производства.

Исключение указанных недостатков в способе очистки сточных вод от фосфатов, включающем обработку воды гидролизующейся солью алюминия, и достижение технического результата возможно за счет того, что в качестве гидролизующейся соли алюминия используют алюмохлоридный раствор - отход производства этилбензола, который характеризуется следующими показателями, г/дм 3: хлорид алюминия 1,5-8,2, свободная соляная кислота 1,1-48,0, величина рН 0,9-2,9, причем перед употреблением его обрабатывают раствором щелочи, доводя величину рН до 3,8-4,3, реагент вводят в воду в количестве 1,0-3,2 дм 3 /м 3 (в пересчете на А1 +3 1,6-5,0 мг/дм 3), а величина рН очищаемой воды изменяется в пределах 6,5-7,4.

Сопоставительный анализ прототипа и предлагаемого изобретения показывает, что общим признаком является использование в качестве осадителя фосфатов гидролизующейся соли алюминия.

Отличие заявляемого способа от прототипа заключается в том, что в качестве алюминийсодержащего реагента для осаждения фосфатов используют отход производства этилбензола - алюмохлоридный раствор, который перед добавлением в очищаемую воду обрабатывают щелочью до рН 3,8-4,3, доза реагента составляет 1,0-3,2 дм 3 /м 3 (в пересчете на Аl +3 1,6-5,0 мг/дм 3), а величина рН очищаемой воды изменяется в пределах 6,5-7,4.

Отличительной особенностью данного реагента является то, что он получен в промышленных условиях в результате производства этилбензола с использованием в качестве катализатора безводного хлорида алюминия и представляет собой сточные воды. Перед сбросом в общезаводские канализационные сооружения эти стоки обрабатывают щелочью для соблюдения санитарных норм по величине рН. Практика показала, что имеют место большие затраты материальных средств на защелачивание отхода и его дальнейшее обезвреживание.

Предложено подщелачивать алюмохлоридный раствор до рН 3,8-4,3, что позволяет получать раствор гидроксохлоридов алюминия общей формулы Al(OH) n Cl m , где n=1-5, m=6-n. Расход щелочи при этом значительно сокращается.

Предлагаемый способ испытан в лабораторных условиях. Обработанный щелочью раствор алюмохлорида добавляют в смесь хозбытовых и химзагрязненных фосфорсодержащих стоков, поступающих на первичные отстойники биологических очистных сооружений (БОС) в количестве 1,0-3,2 дм 3 /м 3 (в пересчете на Аl +3 1,6-5,0 мг/дм 3).

Для сравнения фосфорсодержащую воду обрабатывают раствором сульфата алюминия, количество добавленного реагента в пересчете на А1 +3 составляет 2,0 мг/дм 3 (24,7 мг/дм 3 по Al 2 (SO 4) 3 18 Н 2 О).

Опыты моделируют процесс отстаивания сточных вод в отстойниках БОС и их проводят следующим образом. Сточную воду перемешивают и разливают в мерные цилиндры, затем добавляют расчетную аликвоту того или иного реагента. Все пробы тщательно и однообразно перемешивают в течение 1-3 мин и отстаивают в течение 2-х часов при 18-22 С. В процессе отстаивания контролируют кинетику осаждения образующегося осадка, а по истечении 2-х часов осветленную воду декантируют от последнего и анализируют.

Экспериментальные данные показывают, что при добавлении в очищаемую воду названных выше реагентов наблюдается интенсивное хлопьеобразование, агломерация мелких частиц и осаждение образующихся продуктов гидролиза с адсорбированными на их поверхности загрязняющими веществами (фосфаты в т.ч.).

Эффективность выделения фосфатов из обработанной алюмохлоридом (2,0 мг/дм 3 по Аl +3) воды составляет не менее 90 мас.%. При использовании алюмохлорида в количестве 2,0 мг/дм 3 (по А1 +3) величина рН изменяется в пределах санитарных норм и составляет 6,9-7,4. Увеличение в сточных водах концентрации этого реагента до 5 мг/дм 3 (по Аl +3) не требует корректировки их величины рН, которая колеблется в пределах 6,5-7,2. Положительным моментом при использовании в качестве реагента алюмохлоридного раствора является более стабильное проведение процесса очистки воды. Достигнутая степень очистки стоков от фосфатов при использовании отхода производства представляется вполне допустимой, т.к. их остаточная концентрация в осветленной воде является необходимой и достаточной для нормального проведения в дальнейшем процесса биологической очистки названных выше стоков. Успешное проведение биохимической очистки сточных вод, а также эффективная денитрификация и дефосфатизация обусловлены тем, что в обработанной предложенным реагентом воде отношение концентрации БПК к концентрации соединений азота и фосфора соответствует требованиям санитарных норм.

Глубина очистки воды от фосфатов сульфатом алюминия (2,0 мг/дм 3 по Аl +3) составляет не менее 97 мас.%. Однако при использовании сульфата алюминия существенным недостатком является двухкратное увеличение в осветленной воде концентрации сульфат-ионов и общего солесодержания, снижение величины рН осветленной воды до 4,4-6,4, возможность передозировки названного реагента и дестабилизации процесса очистки воды. Добавление сульфата алюминия в осветляемую воду в количестве более 2,0 мг/дм 3 (по Аl +3) без корректировки величины рН также не представляется возможным, т.к. рН воды снижается до 4,3-5,7. Последнее, кроме того, не является оптимальным для осаждения фосфатов.

Предлагаемый способ очистки сточных вод от фосфатов позволяет:

Расширить ассортимент реагентов для извлечения фосфатов и получить при этом высокий эффект очистки;

Исключить необходимость проведения сложной, трудоемкой и дорогостоящей обработки (например, центрифугирования и нагревания) отхода производства перед его использованием;

Сократить материальные затраты на обработку отхода производства и очищаемой воды;

Исключить недостатки, характерные для традиционно используемых в процессах обработки воды реагентов, а именно: уменьшить влияние используемых реагентов на параметры санитарных норм очищаемой воды; исключить необходимость дополнительной обработки (корректировки величины рН) очищаемой воды как на стадии осаждения фосфатов, так и на стадии биологической очистки; уменьшить вторичное загрязнение очищаемой воды ингредиентами, содержащимися в используемых реагентах;

Упростить и повысить стабильность процесса осаждения фосфатов и проводимого затем процесса биологической очистки этой воды;

Утилизировать отход производства, ценный компонент которого находит применение на том же предприятии.

Формула изобретения

Способ очистки сточных вод от фосфатов, включающий обработку воды гидролизующейся солью алюминия, отличающийся тем, что в качестве алюминийсодержащего реагента используют алюмохлоридный раствор - отход производства этилбензола, который характеризуется следующими показателями, г/дм 3: хлорид алюминия 1,5-8,2; свободная соляная кислота 1,1-48,0; величина рН 0,9-2,9, причем перед употреблением его обрабатывают раствором щелочи, доводя величину рН до 3,8-4,3, а затем добавляют в воду в количестве 1,0-3,2 дм 3 /м 3 (в пересчете на А1 +3 - 1,6-5,0 мг/дм 3), величина рН очищаемой воды при этом изменяется в пределах 6,5-7,4.

Похожие патенты:

Изобретение относится к области биохимической очистки бытовых и промышленных сточных вод и может быть использовано в химической, азотной и нефтеперерабатывающей промышленности для повторного использования стоков при водоснабжении предприятий

Изобретение относится к способу удаления патогенов нано-размера из жидкости, предусматривающему контактирование жидкости с фильтром, содержащим частицы активированного угля, при этом указанный фильтр имеет показатель удаления патогенов (PRI), определенный методом тестирования, описанным ниже, равный, по меньшей мере, около 99,99%

Изобретение относится к реагентным способам очистки сточных и природных вод от сульфат-ионов и может быть использовано для очистки в различных отраслях промышленности, в том числе горнорудной, химической и для очистки гальваностоков машиностроительных заводов

Изобретение относится к области очистки природных вод, а именно к устройствам для удаления из воды взвешенных и коллоидных веществ, удаления ионов жесткости; устройство может быть использовано для предварительной очистки воды на теплоэлектроцентралях и котельных, на станциях, очищающих воду для промышленных и питьевых целей

Изобретение относится к устройствам электрохимической очистки питьевой воды и может быть использовано в бытовых условиях, а также в общественных учреждениях (предприятиях общественного питания, лечебных и детских учреждениях, офисах и пр.) и в качестве групповых средств очистки воды

Под общим фосфором понимают сумму минерального и органического фосфора. Концентрация общего растворенного фосфора (минерального и органического) в незагрязненных природных водах изменяется от 5 до 200 мкг/дм 3 . Фосфор - важнейший биогенный элемент, чаще всего лимитирующий развитие продуктивности водоемов. При поступлении избытка соединений фосфора происходит так называемое изменение трофического статуса водоема, сопровождающееся перестройкой всего водного сообщества и ведущее к преобладанию гнилостных процессов (и, соответственно, возрастанию мутности, солености, концентрации бактерий). Один из вероятных аспектов процесса эвтрофикации - рост сине-зеленых водорослей (цианобактерий), многие из которых токсичны. Выделяемые этими организмами вещества относятся к группе фосфор- и серосодержащих органических соединений (нервно-паралитических ядов). Действие токсинов сине-зеленых водорослей может проявляться в возникновении дерматозов, желудочно-кишечных заболеваний; в особенно тяжелых случаях - при попадании большой массы водорослей внутрь организма - может развиваться паралич.

Основной формой неорганического фосфора при значениях pH водоема больше 6,5 является ион HPO 4 2- (около 90%). В кислых водах неорганический фосфор присутствует преимущественно в видеH 2 PO 4- . Концентрация фосфатов в природных водах обычно очень мала - сотые, редко десятые доли миллиграммов фосфора в 1 дм 3 , в загрязненных водах она может достигать нескольких миллиграммов в 1 дм 3 . Подземные воды содержат обычно не более 100 мкг/дм 3 фосфатов; исключение составляют воды в районах залегания фосфорсодержащих пород.

Общее токсическое действие солей фосфорной кислоты возможно лишь при весьма высоких дозах и чаще всего обусловлено примесями фтора.

В методике оценки экологической ситуации, принятой Госкомэкологией РФ, рекомендован норматив содержания растворимых фосфатов в воде - 50 мкг/дм 3 . Полифосфаты можно описать следующими химическими формулами: Men(PO3)n, Men+2PnO3n+1, MenH2PnO3n+1. Полифосфаты малотоксичны. Токсичность полифосфатов объясняется их способностью к образованию комплексов с биологически важными ионами, особенно с кальцием. Установленное допустимое остаточное количество полифосфатов в воде хозяйственно-питьевого назначения составляет 3,5 мг/дм 3 (лимитирующий показатель вредности - органолептический).

2. Определение величины экологической опасности до введения в строй очистных сооружений.

Система очистки сточных вод молокозавода, до введения в строй устройства для осуществления глубокой очистки сточных вод, включает в себя механическую очистку на барабанной решетке. Решетка работает автоматически и обеспечивает надежную защиту от засорения насосов, вентилей, арматуры. Далее сточные воды поступают в смеситель-усреднитель. После усреднителя вода направляется на флотатор, где неэмульгированные капельки масел и частички жиров отделяются и направляются на утилизацию.

Количественный и качественный состав сточных вод молокозавода, сбрасываемых в систему канализации г. Иваново, представлен в таблице №3. Ежедневно на предприятии образуется около 1500 м 3 сточных вод

(≈62,5 м 3 /ч).

Таблица 3

Количественный и качественный состав сточных вод молокозавода.

Потенциальная опасность без введения в строй очистных сооружений определяется как произведение вероятности неблагоприятного события на ущерб, причиненный окружающей среде: ПО=R мо, руб, R мо – математическое ожидание риска, R мо = Р×У, где: Р – вероятность возникновения опасного для ОС события при аварийной ситуации, У– размер вреда от возникновения опасного для ОС события. Таким образом, Р~1. В соответствии с «Методикой исчисления размера вреда, причиненного водным объектам вследствие нарушения водного законодательства» приказ Минприроды России от 13 апреля 2009 г. N 87.

Исчисление размера вреда, причиненного водному объекту сбросом вредных (загрязняющих) веществ в составе сточных вод и (или) дренажных (в том числе шахтных, рудничных) вод, производится по формуле:

У i = К вг × К в × К ин × × М i × К из,

У вв =1.15×1.41×1.93×30×0.105×1= 9.858 тыс. руб.

У БПК =1.15×1.41×1.93×5×1.395×1= 21.832 тыс. руб.

У азот =1.15×1.41×1.93×280×0.089×5= 389.998 тыс. руб.

У Р =1.15×1.41×1.93×280×0.0087×2= 15.249 тыс. руб.

У = 9.858+21.832+389.998+15.249=436.937 тыс. руб.

где: У - размер вреда, тыс. руб.;

К вг - коэффициент, учитывающий природно-климатические условия в зависимости от времени года, определяется в соответствии с таблицей 1 приложения 1 к настоящей Методике, К вг =1.15;

К в - коэффициент, учитывающий экологические факторы (состояние водных объектов), определяется в соответствии с таблицей 2 приложения 1 к настоящей Методике, К в =1.41;

К ин - коэффициент индексации, учитывающий инфляционную составляющую экономического развития, К ин =1,93;

Н i - таксы для исчисления размера вреда от сброса i-го вредного (загрязняющего) вещества в водные объекты определяются в соответствии с таблицей 3 приложения 1 к настоящей Методике:

Н вв = 30 тыс. руб./т; Н БПК =5 тыс. руб./т;

Н азот = 280 тыс. руб./т; Н Р = 280 тыс. руб./т;

М i - масса сброшенного i-го вредного (загрязняющего) вещества определяется по каждому загрязняющему веществу в соответствии с главой IV настоящей Методики, т;

М i = Q × (C фi – C дi) × Т × 10 –6 ,

М вв = 62.5×(350-280)×24×10 –6 =0.105 т,

М БПК = 62.5×(1200-270)×24×10 –6 =1.395 т,

М азот = 62.5×(60-0.39)×24×10 –6 =0.089 т,

М Р = 62.5×(6-0.2)×24×10 –6 =0.0087 т.

i - загрязняющее вещество, по которому исчисляется размер вреда;

Q - расход сточных вод и (или) загрязненных дренажных (в том числе шахтных, рудничных) вод, с превышением содержания i-го вредного (загрязняющего) вещества определяется по приборам учета, а при их отсутствии - расчетным путем в соответствии с документами, на основании которых возникает право пользования водными объектами, и иными способами и методами расчета объема сброса сточных вод и их характеристик, м 3 /час;

C фi - средняя фактическая за период сброса концентрация i-го вредного (загрязняющего) вещества в сточных водах и (или) загрязненных дренажных (в том числе шахтных, рудничных) водах, определяемая по результатам анализов аккредитованной лаборатории как средняя арифметическая из общего количества результатов анализов (не менее 3-х) за период времени Т, мг/дм 3 ;

Cдi - допустимая концентрация i-го вредного (загрязняющего) вещества в пределах норматива допустимого (предельно допустимого) сброса или лимита сброса при его наличии на период проведения мероприятий по снижению сбросов вредных (загрязняющих) веществ в водные объекты, мг/дм 3 ;

Т - продолжительность сброса сточных вод и загрязненных дренажных (в том числе шахтных, рудничных) вод с повышенным содержанием вредных (загрязняющих) веществ, определяемая с момента обнаружения сброса и до его прекращения, час;

10 –6 - коэффициент перевода массы вредного (загрязняющего) вещества в т.

К из - коэффициент, учитывающий интенсивность негативного воздействия вредных (загрязняющих) веществ на водный объект, определяется в соответствии с пунктом 11.2. настоящей Методики:

К из вв =1, К из БПК =1, К из азот =5, К из Р =2.

ПО=R мо =Р×У=1*436.937 = 436.937 тыс. руб., т.к. вероятность возникновения аварии равна – 1, У=436.937 тыс. руб./сут.

Суммарное содержание фосфора, присутствующего в воде открытых природных водоемов в виде растворенных минералов, а также в составе органических соединений, называют общим. Первоочередным фактором, определяющим концентрацию данного элемента, подобно азоту, является ионный обмен, происходящий между его минерально-органическими формами и организмами, населяющими конкретный водный объект.

Формы фосфора в природных водах

Таблица 1. Формы фосфорсодержащих соединений в воде

Показатели насыщенности общим растворенным фосфором для незагрязненных природных водоемов ограничиваются пределами 5-200 мкг/дм 3 .

Этот элемент выполняет функцию мощного биогенного агента. В природных водоемах зачастую именно суммарное содержание минерально-органического фосфора становится фактором, сдерживающим дальнейший рост продуктивности. Попадание в естественные источники избыточных объемов фосфорсодержащих соединений запускает механизмы неконтролируемого разрастания растительной биомассы. Малопроточные и непроточные объекты более других подвержены изменениям в трофическом статусе, которые сопровождаются полной перестройкой всей структуры водоема: повышается концентрация бактерий и солей, начинают преобладать гнилостные процессы, вследствие чего вода мутнеет.

Фосфор в водоём поступает из ряда источников, среди которых есть и отходы некоторых производств, но большая часть его соединений попадает в водоемы в результате сельскохозяйственной и бытовой деятельностью человека. Этот элемент применяется в составе минеральных удобрений. Поверхностными стоками с одного орошаемого гектара смывается порядка полкилограмма фосфора. Каждые сутки с ферм проникает в водоемы до 0.01-0.05 кг фосфорсодержащих веществ на одно животное. Не подвергавшиеся очистке и неочищенные бытовые стоки ежедневно несут по 0.003-0.006 кг от каждого жителя.

Одним из процессов, в таких условиях влияющих на эвтрофикацию, является процветание цианобактерий. Многие виды сине-зеленых водорослей токсичны. Они вырабатывают органические вещества, входящие в группу ядов нервнопаралитического действия. Выделения цианобактерий могут вызывать дерматозы и становиться причиной расстройств органов ЖКТ. Попадание внутрь больших масс сине-зеленых водорослей опасно развитием паралича.

На основании нормативов ГСМОС/GEMS - системы глобального мониторинга окружающей среды - уровень фосфора служит важнейшим критерием при определении трофического состояния открытых водоемов естественного происхождения. Определение насыщенности общим фосфором (в расчет принимаются растворенные и взвешенные формы, органика и минеральные соединения) стало обязательным пунктом в программе контроля состава водных объектов.

Фосфор органический

Синтезированные промышленными способами фосфорорганические соединения в данной категории не рассматриваются - сюда относят только вещества, поступающие в результате жизнедеятельности и разложения организмов, населяющих водоем, и вследствие обменных процессов, происходящих с отложениями на его дне. Органические фосфорные соединения присутствуют в естественных открытых водоемах истинно растворённом и коллоидном состояниях, а также во взвесях.

Фосфор минеральный

Минерально-фосфорные конгломерации поступают в водоемы из-за хим. выветривания и растворения ортофосфатсодержащих пород - апатитов и фосфоритов. Образуются они также и в результате разложения останков представителей флоры и фауны. В больших количествах фосфор минерального происхождения заносится со стоками содержащими удобрения, синтетические гигиенические средства, с химическими присадками для котлов, препятствующими образованию накипи.

Разнообразны ионные формы, в которых фосфор проникает с поверхности водосбора. Это и ортофосфат-ионы, и полифосфаты. Немалую часть составляют пирофосфаты и метафосфат-ионы. При pH свыше 6.5 доминирующей неорганической формой (порядка девяноста процентов ионов) является HPO 4 2- . В водоемах с кислой средой основным является соединение H 2 PO 4 - .

Содержание фосфора в открытых природных источниках незначительна. В литре ее величина обычно ограничивается несколькими сотыми миллиграмма, однако загрязненные водные объекты могут показывать содержание в несколько миллиграммов. Для подземных источников характерна концентрация, не превышающая 100 мкг/дм 3 (исключением являются водоемы, расположенные в местах, где залегают преимущественно фосфорсодержащие породы).

Смена сезонов сказывается на уровне фосфорсодержащих соединений. Причем колебания бывают довольно значительными. На скачки насыщенности влияют естественные изменения в интенсивности биохимического окисления и фотосинтеза. Весенне-летний период характеризуется минимальными показателями содержания, зато в осенне-зимние месяцы наблюдается предельное содержание фосфора. В морях отмечается весеннее и осеннее понижение уровня фосфора, а зимой и летом фиксируются наивысшие показатели.

Соли фосфорной кислоты проявляют свою токсичность только при высоких концентрациях. Зачастую химическая активность фосфатов обусловлена присутствием в водоеме примесей фтора.

Госкомэкология РФ, при составлении методики оценивания экологической ситуации, в качестве норматива рекомендовала показатель в 50 мкг/дм 3 - именно такое содержание фосфатов считается приемлемым.

Взвеси и растворы неорганических фосфатов определяются без предварительных манипуляций - колориметрических проб.

Полифосфаты

Токсичность этих фосфорных производных незначительна. Полифосфаты являются продуктом образования соединений между полифосфатами и кальцием, а также иными ионами, играющими биологически важную роль.

Me n (PO 3) n , Me n+2 PnO 3n+1 , Me n H 2 PnO 3n+1

Эти вещества применяются в пищевом производстве, как катализаторы, и при котловой обработке воды, как ингибитор коррозии. С их помощью обезжириваются волокна и смягчается вода. Полифосфаты - это неотъемлемые компоненты мыла и составов для стирки.

Остаточный объем полифосфатов, допустимый в отношении хозяйственно-питьевых водных объектов - 3.5 мг/дм 3 (органолептический показатель лимита вредности).

Уважаемые господа, если у Вас имеется потребность коррекции концентраций фосфоросодержащих соединений для доведения качества воды до определённых нормативов, сделайте запрос специалистам компании Waterman . Мы разработаем для Вас оптимальную технологическую схему очистки воды.