Спосіб очищення стічних вод від фосфатів. Методика виконання вимірювань масової концентрації загального фосфору та фосфору фосфатів у пробах питних, природних та стічних вод фотометричним методом Фосфати у стічних водах звідки

Екологія/4 Промислова екологія та медицина праці

к. т. н., Келль Л. С.

ГУП“ Водоканал СПб”

Впровадження технології біологічної дефосфотації UCT K .

Фосфор, що міститься в стічних водах є основним біогенним елементом, що викликає антропогенну етрофікацію природних водних екосистем. Зокрема збільшення вмісту фосфору у водних екосистемах викликає бурхливий розвиток (цвітіння) синьо-зелених водоростей, багато видів яких є азотфіксуючими організмами і тому їх розвиток лімітується саме вмістом фосфору в розчині. У свою чергу "цвітіння" синьо-зелених за рахунок виділення токсинів та створення аноксидних зон веде до деградації та загибелі водних екосистем (Одум, 1975р.).

До теперішнього часу розроблені та досить широко застосовуються при очищенні стічних вод технологічні методи біологічної дефосфотації. Принцип біовидалення фосфору заснований на життєдіяльності мікроорганізмів, зокрема a cine to bacter, які здатні акумулювати більше фосфору, ніж потрібно на приріст – так зване «жадібне поглинання». Acine to bacter (фосфатаккумулюючі організми - ФАО) зазвичай присутні в активному мулі, але в незначних кількостях. Щоб ці мікроорганізми почали грати свою корисну роль, необхідно забезпечити їх низькомолекулярними леткими жирними кислотами (ЛЖК), які є субстратом для них, і створити умови, за яких вони здатні використовувати ЛЖК ефективніше за інші мікроорганізми, що знаходяться в біценозі.

Для збільшення вмісту ЛЖК у воді, що надходить на біологічну очитку, проводять процес зброджування (ацидофікації) сирого осаду. Потім стічні води, збагачені ЛЖК, подають у процес біологічної очистки, що передбачає анаеробну зону, де ФАО здатні споживати ЛЖК, використовуючи при цьому енергію поліфосфатних зв'язків. (Баженов, Денисов 2009 http://www.pump.ru/information/publications/Articles/EPR%202-2009%20Bazhenov.pdf /)

Одним з найбільш поширених технологічних рішень біологічної дефосфотації стічних вод є процес UCT (University of Cape Town) ), і навіть його модифікації.(Див. рис.).

Рис. Технологічна схема UCT-процесу.

Цей технологічний процес має такі особливості: зворотний активний мул перекачується з вторинних відстійників в аноксидну зону, при цьому крім нітратного рециклу здійснюється внутрішня рециркуляція мулу з аноксидної зони в анаеробну зону. Що дозволяє уникати попадання вільного та зв'язаного кисню (нітратів) в анаеробну зону (Данилович та ін.).

Однак, що застосовуються способи біологічної дефосфотації дозволяють видаляти загальний фосфор при біологічному очищенні побутових стічних вод лише до концентрації 1 мг/л. Глибоке видалення фосфору досягається застосуванням хімічних коагулянтів (Дегремон, 2007 р.).

Для глибшого біологічного видалення фосфору і азоту з розчину, процес зброджування (ацидофікації) осаду на ЛЖК і процес акумулювання ФАО ведуть спільно в зонах “дозрівання” (технологія UCT K - University of Cape Town - Kell ). (Келль, 2010; патент)

На Сестрорецькій станції - СКС видалення фосфору з господарських стічних стічних вод проводиться комбінованим методом - біологічним і хімічним. Для біологічного видалення використовується технологія UCT (University of Cape Town) ). Також застосовується хімічне видалення – сульфат заліза Ферікс-3 (10% водний розчин). У цьому доза реагенту становить середньому 35г/м. куб.(Бєляєв та ін. 2008 р.).

У 1 кв. 2010р. проведено роботи з впровадження технології UCT K на СКС. З цією метою на початку жовтня були організованізони “дозрівання” у кожній з двох працюючих секцій аеротенку (див. фото 1).

Фото 1. Зона “дозрівання” у секції аеротенка.

Середньодекадні показники роботи споруд за контрольний (липень – вересень) та досвідчений (жовтень-грудень) періоди наведено у таблиці 1.

Таблиця 1. Показники роботи Сестрорецької станції вІІ півріччя 2010 р.

Як випливає з наведених у таблиці 1 даних (липень – вересень) застосування технології UCT (University of Cape Town) ) на Сестрорецькій станції дозволяє досягати нові норми ХЕЛКОМ за загальним фосфором 0,5 мг/л лише при застосуванні коагулянту – Ферікс 3 у кількості 30 – 35 мг/л.

Організація зон “дозрівання” на початку жовтня 2010 р., тобто впровадження технології UCT K (University of Cape Town - Kell ), що дозволяє після автоселекції біоценозу активного мулу, досягати нові норми ХЕЛКОМ за загальним фосфором 0,5 мг/л без застосування коагулянту та з досить великим запасом.

Визначення вмісту фосфору фосфатів і ЛЖК у фільтрованих пробах стічної води, що надходить в аеротенк, і культуральної рідини безпосередньо в зоні “дозрівання” показало, що на вході в аеротенк фосфор фосфатів становив 1,2 мг/л, у зоні “дозрівання” – 155 мг ; ЛЖК відповідно – 1,6 та 4,6 мг.екв/л (Келль, 2011).

Таким чином, у зоні “дозрівання” відбувається не тільки процес вивільнення фосфору, що вказує на активну життєдіяльність ФАО, але й процес ацидофікації, поставляючи ЛЖК безпосередньо в зону їх акумуляції фосфатаккумулюючими організмами з використанням енергії поліфосфатних зв'язків. При цьому на відміну від традиційних методів ацидофікації (Козлов та ін., 2010р.)

З метою глибшого вивчення процесу та його оптимізації продовжено роботи з впровадження способу біологічної дефосфотації UCT K на Сестрорецькій станції з використанням модульної установки фірми HACHLanger (див. фото 2).

Фото 2. Встановлення фірми HACHLanger.

Ця установка дозволяє в режимі реального часу контролювати склад стоків за такими параметрами: фосфор фосфатів, азот амонійний, азот нітратів, розчинений кисень, температура, калій, рН, рівень осаду у відстійнику.

Зокрема, на СКС при відпрацюванні оптимального режиму способу біологічної дефосфотації з зонами “дозрівання”( UCTK: University of Cape Town – Kell) - особливо актуальним є цілодобове визначення в очищеній воді, що скидається у водоймище, фосфору фосфатів, азоту амонійного кожні 10 хвилин та азоту нітратів кожні 5 хвилин, виробленого установкою фірми HACHLanger.

За період випробувань (квітень-травень 2011р.) установка дозволила відпрацювати технологічні параметри процесу біологічної дефосфотації із зонами “дозрівання”( UCTK ) у значно короткі терміни та меншою кількістю проведених лабораторних аналізів (див. графіки на рис. 1 та 2).

Малюнок 1. Зміна фосфору фосфатів з 26.04 по 03.05 2011 року (інтервал цілодобового визначення 10 хвилин).

Малюнок 2. Зміна фосфору фосфатів з 09.05 до 16.05 2011 року (інтервал цілодобового визначення 10 хвилин).

Як видно з наведених на графіках даних, у початковий період випробувань (рис.1) коливання концентрацій фосфору фосфатів на виході з очисних споруд значно вище, ніж кінцевий (рис. 2).

Показники роботи Сестрорецької станції за травень місяць без застосування коагулянтів наведено у таблиці 2.

ВИ ВИДИ.

1. Спосіб UCT K дозволяє гарантовано знижувати вміст загального фосфору в госппобутових стічних водах при їх біологічному очищенні до нових норм ХЕЛКОМ без застосування коагулянтів.

2. На відміну від традиційних методів ацидофікації не потрібно виділення додаткового обладнання на попередню ацидофікацію сирого осаду.

3. Спосіб може бути впроваджений на станціях біологічної очистки.

4. Використання модульної установки фірми HACHLanger дозволило при впровадженні способу біологічної дефосфотації із зонами “дозрівання”( UCTK ) на Сестрорецькій станції відпрацювати технологічні параметри процесу у значно короткі терміни та меншою кількістю трудовитрат.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ.

1. Баженов В. І., Денисов А. А. Проектування сучасних комплексів біологічного очищення стічних вод. Екологія та промисловість Росії. 2009, N 2 http://www.pump.ru/information/publications/Articles/EPR%202-2009%20Bazhenov.pdf

2. Бєляєв А. Н., Васильєв Б. В., Маскалева С. Є., Мішуков Б. Г., Соловйова В. А. Видалення азоту та фосфору на каналізаційних очисних спорудах. Водопостачання та санаторна техніка. 2008, N 9, стор. 38-43

3. Данилович Д.А., Козлов М.М., Мойжес О.В., Шотіна К.В., Єршов Б.А. Результати роботи великомасштабних споруд біологічного очищення від сполук азоту та фосфору: Зб. статей та публікацій / МГУП Мосводоканал. – М., 2008. – с. 101-119.

4. Degremont . Технічний довідник з обробки води, Санкт-Петербург, Новий журнал, т.1, 2007, с. 427

5. Келль Л. С. Екологічні аспекти розвитку ноосистем у світлі парадигми самоорганізації матерії. Санкт-Петербург. Астеріон. 2010. 83 с.

6. Келль Л. С. Використання технології біологічної дефосфотації UCTK . Екологія виробництва. 2011, N 5, стор. 75-77

7. Козлов М. Н., Пахомов А. Н., Стрільцов С. А., Харькіна О. В., Хамідов М. Г., Єршов Б. А., Бєлов Н. А., Досвід експлуатації споруд біологічного очищення стічних вод від сполук азоту та фосфору; Водопостачання та санітарна техніка N 10, 2010р, с. 35 – 41

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

9. Патент N 2424199, Келль Л. С. Спосіб біологічної очистки стічних вод активним мулом.Дата публікації:20 Липня, 2011р. Бюл.N 20

Питання ефективної обробки забрудненої води зі стоків – одне з найнагальніших питань у галузі екології та захисту навколишнього середовища. Не секрет, що забруднення речовинами антропогенного походження є чи не основною причиною погіршення якості стічної вологи.

Через нафтопродукти, біогенні та органічні елементи, а також поверхнево-активні речовини, рідинні маси в стоках стають просто – непридатними для подальшого скидання у водойми та ґрунт.

Необхідна ретельна переробка поверхневих вод, у процесі якої ефективно знищуватимуться всі види існуючих забруднень. Сучасні методи обробки каналізаційної вологи повинні зокрема усувати азот амонійний у стічних водах, а також інші види забруднень.

Звідки з'являються хімічні елементи у стоках?

Якщо взяти на аналіз каналізаційну рідину на території сучасного приватного будинку, то можна виявити величезну кількість найрізноманітніших елементів, серед яких великий відсоток елементів належатиме до хімічної природи.

При аналізі стічної вологи можна виявити азот загальний у стічних водах, шестивалентний хром у стічних водах, фосфор загальний у стічній воді, мідь у стічних водах. Звідки у тій волозі, яка є відходами життєдіяльності людини, з'являються ці речовини?

Справа в тому, що останні 10-20 років промисловість розвивалася шаленими темпами. Зокрема, для загального побутового користування було випущено десятки різноманітних миючих засобів. Також очевидне різке збільшення попиту на автоматичні пральні машини.

Такі чинники змогли змінити склад господарсько-побутових каналізаційних вод. Розвинена промисловість, якою так пишається людство, поставила під питання нормальну, хорошу екологічну ситуацію на планеті.

Про що можна говорити, якщо при аналізі можна знайти азот амонійний у стічних водах? У рідинах обсяг подібних забруднень може сягати іноді дуже високого, небезпечного рівня. Особливо небезпечні азот і фосфор, сполуки яких запускають процес евтрофікації водойм, тобто підвищують біологічну рослинність водойм.

Якщо баланс поживних речовин перевищує допустиму норму, то водоймище стає осередком росту різної небажаної біологічної рослинності - водоростей, небажаних різновидів планктону. Крім іншого, через азот і фосфор порушується процес життєдіяльності риб.

Про найпоширеніші хімічні сполуки

У стоках можна у процесі дослідження виявити широкий спектр різноманітних хімічних сполук. Деякі з них надзвичайно небезпечні, інші помірно-небезпечні. Проте всі вони не повинні бути присутніми у тій волозі, яка потрапляє з каналізації приватного будинку в ґрунт та водойми.

Цинк. Один з часто зустрічаються в стоках елементів. Цинк – це мікроелемент, що входить до складу деяких ферментів. Цинк міститься і в людському тілі, переважно в кістках і волоссі. Гранично допустима концентрація даного елемента у водоймах дорівнює 1 міліграма на літр.

Численні мешканці приватних заміських будинків цікавляться на форумах в інтернеті, звідки цинк у стічних водах. Відповідь на це питання проста і прозаїчна: всі хімічні елементи потрапляють у стоки з тих речовин, які використовує людина у побуті. Речовинами є пральні порошки, миючі засоби, шампуні тощо.

Азот. Цей елемент присутній у стоках у двох видах – як органічні та неорганічні сполуки. Азот органічний у стічній воді утворюється внаслідок влучення в каналізацію речовин білкової природи - фекалій та харчових відходів.

Практично весь амонійний азот утворюється у стічній волозі під час гідролізу сечі, кінцевого продукту азотного обміну у людей. Крім цього, сполуки амонію утворюються внаслідок амоніфікації білкових сполук.

Основний параметр, важливий для отримання інформації про обсяг азотовмісних речовин у каналізаційній волозі – це показник загального азоту. Екологічна небезпека азотних сполук відрізняється залежно від видів азотовмісних речовин: нітрити представляють найтоксичнішу групу, нітрати найбільш безпечну, а середню позицію між ними займає амоній.

фосфор. Цей елемент може бути присутнім у стоках у різних видах - наприклад, у розчиненому стані: це ортофосфорна кислота та її аніони. Також, фосфор присутній у стічній волозі у вигляді полі-, мета- та пірофосфатів.

Три останні речовини активно застосовуються у господарстві: їх можна знайти у складі практично будь-якого сучасного миючого засобу. Крім цього, речовини застосовуються з метою запобігання утворенню накипу на посуді. Можуть бути присутні в стоках та інші фосфорорганічні сполуки: нуклеопротеїди, фосфоліпіди, а також нуклеїнові кислоти.

Залізо. Речовини, у яких міститься залізо, зустрічаються у стоках найчастіше. Це, взагалі, один і найпоширеніших елементів у природі. Не можна сказати, що залізо зовсім не повинно бути присутнім у каналізаційній волозі.

Залізо – архіважливий мікроелемент, який у малій кількості просто необхідний для рослин та живих організмів. Однак загальне залізо в стічних водах, як правило, присутнє в кількості, що перевищує допустимий рівень.

У подібних випадках необхідне очищення водних мас. Також обов'язковим вважатиметься визначення сульфатів у стічних водах. Не менш важливо знайти органічні сполуки сірки у стічних водах та довести ГДК до нормального рівня.

Винахід відноситься до реагентних способів обробки побутових та промислових стічних вод, а саме до очищення стоків від фосфатів і може бути використане на станціях очищення та водопідготовки, зокрема на біологічних очисних спорудах. Обробку фосфоровмісних стічних вод ведуть отриманим у промислових умовах алюмохлоридним розчином - відходом (стічними водами) виробництва етилбензолу, який характеризується такими показниками, г/дм 3: хлорид алюмінію 1,5-8,2; вільна соляна кислота 1,1-48,0; рН 0,9-2,9. Алюмохлоридний розчин перед вживанням обробляють розчином лугу, доводячи величину рН до 3,8-4,3, а потім додають у воду в кількості 1,0-3,2 дм 3 /м 3 (у перерахунку на А1 +3 - 1, 6-5,0 мг/дм 3). Обробку стоків та осадження ведуть при рН 6,5-7,4. Використання такого алюмохлоридного розчину для осадження фосфатів дозволяє отримати освітлену воду хорошої якості, утилізувати відхід виробництва, а також спростити та підвищити стабільність процесу осадження та подальшого процесу біологічного очищення.

Винахід відноситься до реагентної обробки побутових та промислових стічних вод, а саме до очищення стоків від фосфатів і може бути використане на станціях очищення та водопідготовки, зокрема на біологічних очисних спорудах (БОС).

Фосфор належить до біогенних елементів, що мають особливе значення в біологічному циклі як у водних об'єктах, так і в активному мулі станцій біологічного очищення. При нестачі сполук фосфору у воді гальмується зростання та розвиток водної флори та фауни, проте їх надлишок також призводить до негативних наслідків, викликаючи розвиток процесів етрофікації та погіршення якості води. Тому в технології біологічного очищення побутових та виробничих стічних вод на БОС існує нагальна потреба зниження концентрації фосфатів у очищених стоках до нормативів, передбачених санітарними нормами.

З'єднання фосфору в природних та стічних водах представлені у вигляді ортофосфатів, поліфосфатів та органічних фосфоровмісних сполук, причому переважаючою формою є ортофосфати.

Ортофосфорна кислота (середньої сили), будучи триосновною, здатна утворювати три види солей, наприклад:

Кислі солі:

NaН 2 РO 4 первинний фосфорнокислий натрій;

Na 2 HPO 4 вторинний натрій фосфорнокислий;

Середня сіль:

Nа 3 РO 4 третинний натрій фосфорнокислий.

Всі первинні фосфати добре розчиняються у воді, з вторинних і третинних розчинні лише небагато, зокрема солі натрію (Б.Н.Некрасов. Основи загальної хімії,. Т.1, вид. 3-е испр. і доп., М. : Хімія, 1973, с.440).

У водах сполуки фосфору як мінеральні, так і органічні можуть бути присутніми в розчиненому, колоїдному та зваженому стані. Перехід із однієї форми до іншої здійснюється порівняно легко.

Обробку стічних вод здійснюють на очисних спорудах як із використанням, так і без застосування хімічних реагентів. Обробка води коагулянтами дозволяє перевести мінеральні домішки у нерозчинну форму. До таких реагентів відносяться солі кальцію, заліза та алюмінію.

Спосіб очищення стічних вод, що характеризується поліпшеними характеристиками відділення твердих частинок, зниженою біологічною потребою в кисні (БХПК) в очищених стічних водах та підвищеним видаленням азоту та фосфату, описаний у пат. UA 2148033, 7 З 02 F 3/30. З пат. RU 2145942, 7 З 02 F 1/52, 1/54, опубл. 27.02.2000, №6, відомо, що очищення стічних вод ведуть з використанням вапна та гідролізуючої солі заліза або алюмінію при оптимальних значеннях рН. Спосіб очищення стічних вод, що включає змішування стоків із сірчанокислим алюмінієм (12-20 мг/л) при заданій величині рН (6,5-7,6), викладено в пат. RU 2145575, 7 З 02 F 1/52, опубл. 20.02.2000 №5.

Для очищення багатотоннажних промислових стоків з використанням хімічних реагентів є характерною велика витрата дефіцитних та дорогих коагулянтів, виробництво яких пов'язане не лише зі значними матеріальними витратами, але й з екологічними проблемами. На станціях очищення при цьому виникає нагальна потреба у спорудженні реагентних господарств та їх оснащенні спеціальним технологічним обладнанням, що зумовлює високу собівартість очищення за рахунок великих матеріальних та енергетичних витрат.

Найбільш близький за технічним рішенням пропонованого винаходу спосіб, викладений в пат. RU 2151172, 7 З 12 F 3/10, опубл. 20.06.2000. №17. Сутність даного технічного рішення полягає у видаленні зважених, колоїдних та розчинених органічних та мінеральних домішок методом коагуляції на стадії осадження гідроксидом алюмінію.

Загальною ознакою з пропонованим винаходом є використання для агломерації частинок на стадії осадження солі гідролізу алюмінію. Даному способу притаманні перераховані вище недоліки.

Найбільш близьким до заявляється способу очищення води від фосфатів (прототипом) є спосіб вилучення зі стічних вод (СВ) фосфатів, описаний в (В.А.Проскуряков, Л.І.Шмідт. Очищення стічних вод в хімічній промисловості. Вид. Хімія, Ленінградське відділення, 1977, с.138). Сутність даного технічного рішення полягає в осадженні фосфатів сульфатом алюмінію у лужному середовищі. Ефективність очищення становить 90-95%.

Крім перелічених вище недоліків, у разі має місце вторинне забруднення освітленої води солями і іонами, т.к. Характерною особливістю технічних реагентів є високий вміст у них баласту та невелика кількість основної речовини (активний початок).

Завданням пропонованого винаходу є:

Розширення асортименту високоефективних, доступних та недорогих реагентів для вилучення фосфатів зі стічних вод із збереженням високого ступеня очищення води;

Запобігання вторинному забруднення очищуваних стоків солями та іонами, що містяться у розчинах реагентів, що використовуються;

Зменшення собівартості очищення за рахунок скорочення матеріальних та енергетичних витрат;

Спрощення та підвищення стабільності проведення технологічного процесу;

Кваліфіковане використання відходу виробництва.

Виняток зазначених недоліків у способі очищення стічних вод від фосфатів, що включає обробку води гідролізується сіллю алюмінію, і досягнення технічного результату можливе за рахунок того, що в якості солі гідролізується алюмінію використовують алюмохлоридний розчин - відхід виробництва етилбензолу, який характеризується наступними показниками : хлорид алюмінію 1,5-8,2, вільна соляна кислота 1,1-48,0, рН 0,9-2,9, причому перед вживанням його обробляють розчином лугу, доводячи величину рН до 3,8-4, 3, реагент вводять у воду в кількості 1,0-3,2 дм 3 /м 3 (у перерахунку на А1 +3 1,6-5,0 мг/дм 3), а величина рН води, що очищається, змінюється в межах 6, 5-7,4.

Порівняльний аналіз прототипу і пропонованого винаходу показує, що загальною ознакою є використання в якості осадника фосфатів гідролізуючої солі алюмінію.

Відмінність заявляється способу від прототипу полягає в тому, що в якості алюмінійвмісного реагенту для осадження фосфатів використовують відхід виробництва етилбензолу - алюмохлоридний розчин, який перед додаванням в воду, що очищається, обробляють лугом до рН 3,8-4,3, доза реагенту становить 1,0- 3,2 дм 3 /м 3 (у перерахунку на Аl +3 1,6-5,0 мг/дм 3), а величина рН води, що очищається, змінюється в межах 6,5-7,4.

Відмінною особливістю даного реагенту є те, що він отриманий у промислових умовах в результаті виробництва етилбензолу з використанням каталізатора безводного хлориду алюмінію і являє собою стічні води. Перед скиданням у загальнозаводські каналізаційні споруди ці стоки обробляють лугом дотримання санітарних норм за величиною рН. Практика показала, що мають місце великі витрати матеріальних коштів на залуження відходу та його подальше знешкодження.

Запропоновано підлужувати алюмохлоридний розчин до рН 3,8-4,3, що дозволяє одержувати розчин гідроксохлоридів алюмінію загальної формули Al(OH) n Cl m де n=1-5, m=6-n. Витрата лугу у своїй значно скорочується.

Пропонований спосіб випробуваний у лабораторних умовах. Оброблений лугом розчин алюмохлориду додають у суміш госппобутових та хімзабруднених фосфорсодержащих стоків, що надходять на первинні відстійники біологічних очисних споруд (БОС) у кількості 1,0-3,2 дм 3 /м 3 (у перерахунку на Аl +3 1,6-5, 0 мг/дм 3).

Для порівняння фосфорсодержащую воду обробляють розчином сульфату алюмінію, кількість доданого реагенту в перерахунку на А1 +3 становить 2,0 мг/дм 3 (24,7 мг/дм 3 Al 2 (SO 4) 3 18 Н 2 О).

Досліди моделюють процес відстоювання стічних вод у відстійниках БОС та їх проводять у такий спосіб. Стічні воду перемішують і розливають у мірні циліндри, потім додають розрахункову аліквоту того чи іншого реагенту. Всі проби ретельно і одноманітно перемішують протягом 1-3 хв і відстоюють протягом 2-х годин при 18-22 С. У процесі відстоювання контролюють кінетику осадження осаду, що утворюється, а після закінчення 2-х годин освітлену воду декантують від останнього і аналізують.

Експериментальні дані показують, що при додаванні в воду, що очищається, названих вище реагентів спостерігається інтенсивне пластівцеутворення, агломерація дрібних частинок і осадження продуктів гідролізу, що утворюються, з адсорбованими на їх поверхні забруднюючими речовинами (фосфати в т.ч.).

Ефективність виділення фосфатів з обробленої алюмохлоридом (2,0 мг/дм 3 Аl +3) води становить не менше 90 мас.%. При використанні алюмохлориду в кількості 2,0 мг/дм 3 (А1 +3) величина рН змінюється в межах санітарних норм і становить 6,9-7,4. Збільшення в стічних водах концентрації цього реагенту до 5 мг/дм 3 (А1 +3) не вимагає коригування їх величини рН, яка коливається в межах 6,5-7,2. Позитивним моментом при використанні як реагент алюмохлоридного розчину є більш стабільне проведення процесу очищення води. Досягнута ступінь очищення стоків від фосфатів під час використання відходу виробництва є цілком допустимою, т.к. їх залишкова концентрація в освітленій воді є необхідною та достатньою для нормального проведення надалі процесу біологічного очищення названих вище стоків. Успішне проведення біохімічного очищення стічних вод, а також ефективна денітрифікація та дефосфатизація обумовлені тим, що в обробленій запропонованим реагентом воді відношення концентрації БПК до концентрації сполук азоту та фосфору відповідає вимогам санітарних норм.

Глибина очищення води від фосфатів сульфатом алюмінію (2,0 мг/дм 3 Аl +3) становить не менше 97 мас.%. Однак при використанні сульфату алюмінію істотним недоліком є ​​дворазове збільшення в освітленій воді концентрації сульфат-іонів і загального вмісту солі, зниження величини рН освітленої води до 4,4-6,4, можливість передозування названого реагенту і дестабілізації процесу очищення води. Додавання сульфату алюмінію в воду, що освітлюється, в кількості більше 2,0 мг/дм 3 (по Аl +3) без коригування величини рН також не представляється можливим, т.к. рН води знижується до 43-57. Останнє, крім того, не є оптимальним для осадження фосфатів.

Пропонований спосіб очищення стічних вод від фосфатів дозволяє:

Розширити асортимент реагентів для отримання фосфатів і отримати при цьому високий ефект очищення;

Виключити необхідність проведення складної, трудомісткої та дорогої обробки (наприклад, центрифугування та нагрівання) відходу виробництва перед його використанням;

Скоротити матеріальні витрати на обробку відходу виробництва та води, що очищається;

Виключити недоліки, характерні для традиційно використовуваних у процесах обробки води реагентів, а саме: зменшити вплив використовуваних реагентів на параметри санітарних норм води, що очищається; виключити необхідність додаткової обробки (коригування величини рН) води, що очищається як на стадії осадження фосфатів, так і на стадії біологічної очистки; зменшити вторинне забруднення очищуваної води інгредієнтами, що містяться у реагентах, що використовуються;

Спростити і підвищити стабільність процесу осадження фосфатів і процесу біологічного очищення цієї води, що проводиться потім;

Утилізувати відхід виробництва, цінний компонент якого знаходить застосування у тому підприємстві.

формула винаходу

Спосіб очищення стічних вод від фосфатів, що включає обробку води гидролизующейся сіллю алюмінію, відрізняється тим, що як алюмінієвмісний реагент використовують алюмохлоридний розчин - відхід виробництва етилбензолу, який характеризується наступними показниками, г/дм 3: хлорид алюмінію 1, 5; вільна соляна кислота 1,1-48,0; величина рН 0,9-2,9, причому перед вживанням його обробляють розчином лугу, доводячи величину рН до 3,8-4,3, а потім додають у воду в кількості 1,0-3,2 дм 3 /м 3 у перерахунку на А1 +3 - 1,6-5,0 мг/дм 3), величина рН води, що очищається, при цьому змінюється в межах 6,5-7,4.

Схожі патенти:

Винахід відноситься до галузі біохімічного очищення побутових та промислових стічних вод і може бути використане в хімічній, азотній та нафтопереробній промисловості для повторного використання стоків при водопостачанні підприємств

Винахід відноситься до способу видалення патогенів нано-розміру з рідини, що передбачає контактування рідини з фільтром, що містить частинки активованого вугілля, при цьому вказаний фільтр має показник видалення патогенів (PRI), визначений методом тестування, описаним нижче, що дорівнює, щонайменше, близько 99 ,99%

Винахід відноситься до реагентних способів очищення стічних та природних вод від сульфат-іонів і може бути використане для очищення в різних галузях промисловості, у тому числі гірничорудної, хімічної та для очищення гальваносток машинобудівних заводів

Винахід відноситься до галузі очищення природних вод, а саме до пристроїв для видалення з води завислих та колоїдних речовин, видалення іонів жорсткості; пристрій може бути використаний для попереднього очищення води на теплоелектроцентралях і котельнях, на станціях, що очищають воду для промислових та питних цілей

Винахід відноситься до пристроїв електрохімічного очищення питної води і може бути використане в побутових умовах, а також у громадських установах (підприємствах громадського харчування, лікувальних та дитячих установах, офісах та ін.) та як групові засоби очищення води

Під загальним фосфором розуміють суму мінерального та органічного фосфору. Концентрація загального розчиненого фосфору (мінерального та органічного) у незабруднених природних водах змінюється від 5 до 200 мкг/дм 3 . Фосфор - найважливіший біогенний елемент, що найчастіше лімітує розвиток продуктивності водойм. При надходженні надлишку сполук фосфору відбувається так звана зміна трофічного статусу водойми, що супроводжується перебудовою всього водного співтовариства і веде до переважання гнильних процесів (і, відповідно, зростання каламутності, солоності, концентрації бактерій). Один із ймовірних аспектів процесу евтрофікації – зростання синьо-зелених водоростей (ціанобактерій), багато з яких токсичні. Виділяються цими організмами речовини відносяться до групи фосфор-і сірковмісних органічних сполук (нервово-паралітичних отрут). Дія токсинів синьо-зелених водоростей може виявлятись у виникненні дерматозів, шлунково-кишкових захворювань; в особливо тяжких випадках – при попаданні великої маси водоростей усередину організму – може розвиватися параліч.

Основною формою неорганічного фосфору при значеннях pH водоймища більше 6,5 є іон HPO 4 2- (близько 90%). У кислих водах неорганічний фосфор присутній переважно як H 2 PO 4- . Концентрація фосфатів у природних водах зазвичай дуже мала - соті, рідко десяті частки міліграмів фосфору 1 дм 3 , у забруднених водах може досягати кількох міліграмів 1 дм 3 . Підземні води містять зазвичай трохи більше 100 мкг/дм 3 фосфатів; виняток становлять води у районах залягання фосфорсодержащих порід.

Загальна токсична дія солей фосфорної кислоти можлива лише за дуже високих доз і найчастіше зумовлена ​​домішками фтору.

У методиці оцінки екологічної ситуації, прийнятої Держкомекологією РФ, рекомендовано норматив вмісту розчинних фосфатів у питній воді - 50 мкг/дм 3 . Поліфосфати можна описати такими хімічними формулами: Men(PO3)n, Men+2PnO3n+1, MenH2PnO3n+1. Поліфосфати малотоксичні. Токсичність поліфосфатів пояснюється їхньою здатністю до утворення комплексів із біологічно важливими іонами, особливо з кальцієм. Встановлена ​​допустима залишкова кількість поліфосфатів у воді господарсько-питного призначення становить 3,5 мг/дм 3 (лімітуючий показник шкідливості – органолептичний).

2. Визначення величини екологічної небезпеки до введення в дію очисних споруд.

Система очищення стічних вод молокозаводу, до введення в дію пристрою для здійснення глибокого очищення стічних вод, включає механічну очистку на барабанних гратах. Решітка працює автоматично та забезпечує надійний захист від засмічення насосів, вентилів, арматури. Далі стічні води надходять у змішувач-усреднитель. Після усреднителя вода прямує на флотатор, де неэмульгированные крапельки масел і частинки жирів відокремлюються і скеровуються утилізацію.

Кількісний та якісний склад стічних вод молокозаводу, що скидаються у систему каналізації м. Іваново, представлений у таблиці №3. Щодня на підприємстві утворюється близько 1500 м3 стічних вод.

(≈62,5 м-коду 3 /год).

Таблиця 3

Кількісний та якісний склад стічних вод молокозаводу.

Потенційна небезпека без введення в дію очисних споруд визначається як добуток ймовірності несприятливої ​​події на шкоду, заподіяну навколишньому середовищу: ПЗ=R мо, руб, R мо – математичне очікування ризику, R мо = Р×У, де: Р – ймовірність виникнення небезпечного для ОС події при аварійній ситуації, У - розмір шкоди від виникнення небезпечної для ОС події. Отже, Р~1. Відповідно до «Методики обчислення розміру шкоди, заподіяної водним об'єктам внаслідок порушення водного законодавства» наказ Мінприроди Росії від 13 квітня 2009 р. N 87.

Обчислення розміру шкоди, заподіяної водному об'єкту скиданням шкідливих (забруднюючих) речовин у складі стічних вод та (або) дренажних (у тому числі шахтних, рудничних) вод проводиться за формулою:

У i = К вг × К в × К ін × × М i × К з,

У ст =1.15×1.41×1.93×30×0.105×1= 9.858 тис. руб.

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

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

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

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

де: У – розмір шкоди, тис. руб.;

К вг - коефіцієнт, що враховує природно-кліматичні умови залежно від пори року, визначається відповідно до таблиці 1 додатка 1 до цієї Методики, К вг = 1.15;

К - коефіцієнт, що враховує екологічні фактори (стан водних об'єктів), визначається відповідно до таблиці 2 додатка 1 до цієї Методики, К =1.41;

К ин - коефіцієнт індексації, що враховує інфляційну складову економічного розвитку, К ин = 1,93;

Н i - такси для обчислення розміру шкоди від скидання i-ї шкідливої ​​(забруднюючої) речовини у водні об'єкти визначаються відповідно до таблиці 3 додатка 1 до цієї Методики:

Н ст = 30 тис. руб. / Т; Н БПК = 5 тис. руб. / Т;

Н азот = 280 тис. руб. / Т; Н Р = 280 тис. руб. / Т;

М i - маса скинутої i-ї шкідливої ​​(забруднюючої) речовини визначається за кожною забруднювальною речовиною відповідно до глави IV цієї Методики, т;

М i = Q × (C фi - C дi) × Т × 10 -6 ,

М ст = 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 - забруднююча речовина, за якою обчислюється розмір шкоди;

Q - витрата стічних вод та (або) забруднених дренажних (у тому числі шахтних, рудничних) вод, з перевищенням вмісту i-ї шкідливої ​​(забруднюючої) речовини визначається за приладами обліку, а за їх відсутності - розрахунковим шляхом відповідно до документів, на на підставі яких виникає право користування водними об'єктами, та іншими способами та методами розрахунку обсягу скидання стічних вод та їх характеристик, м 3 /годину;

C фi - середня фактична за період скидання концентрація i-ї шкідливої ​​(забруднюючої) речовини у стічних водах та (або) забруднених дренажних (у тому числі шахтних, рудничних) водах, що визначається за результатами аналізів акредитованої лабораторії як середня арифметична із загальної кількості результатів аналізів (Не менше 3-х) за період часу Т, мг/дм 3 ;

Cдi - допустима концентрація i-ї шкідливої ​​(забруднюючої) речовини в межах нормативу допустимого (гранично допустимого) скидання або ліміту скидання за його наявності на період проведення заходів щодо зниження скидів шкідливих (забруднюючих) речовин у водні об'єкти, мг/дм 3 ;

Т - тривалість скидання стічних вод та забруднених дренажних (у тому числі шахтних, рудничних) вод з підвищеним вмістом шкідливих (забруднюючих) речовин, що визначається з моменту виявлення скидання і до його припинення, годину;

10 -6 - коефіцієнт переведення маси шкідливої ​​(забруднюючої) речовини в т.ч.

К з - коефіцієнт, що враховує інтенсивність негативного впливу шкідливих (забруднюючих) речовин на водний об'єкт, визначається відповідно до пункту 11.2. цієї Методики:

До вв =1, До БПК =1, До азот =5, До Р =2.

ПО = R мо = Р × У = 1 * 436.937 = 436.937 тис. руб., Т.к. ймовірність виникнення аварії дорівнює - 1, У = 436.937 тис. руб. / Добу.

Сумарний вміст фосфору, що є у воді відкритих природних водойм у вигляді розчинених мінералів, а також у складі органічних сполук, називають загальним. Першочерговим фактором, що визначає концентрацію даного елемента, подібно до азоту, є іонний обмін, що відбувається між його мінерально-органічними формами та організмами, що населяють конкретний водний об'єкт.

Форми фосфору у природних водах

Таблиця 1. Форми сполук фосфору у воді

Показники насиченості загальним розчиненим фосфором для незабруднених природних водойм обмежуються межами 5-200 мкг/дм 3 .

Цей елемент виконує функцію потужного біогенного агента. У природних водоймах найчастіше саме сумарний вміст мінерально-органічного фосфору стає фактором, який стримує подальше зростання продуктивності. Потрапляння в природні джерела надлишкових обсягів сполук, що містять фосфор, запускає механізми неконтрольованого розростання рослинної біомаси. Малопроточні та непроточні об'єкти більше за інших схильні до змін у трофічному статусі, які супроводжуються повною перебудовою всієї структури водойми: підвищується концентрація бактерій та солей, починають переважати гнильні процеси, внаслідок чого вода каламутніє.

Фосфор у водоймище надходить із низки джерел, серед яких є і відходи деяких виробництв, але більшість його сполук потрапляє у водойми внаслідок сільськогосподарської та побутової діяльністю людини. Цей елемент застосовується у складі мінеральних добрив. Поверхневими стоками з одного зрошуваного гектара змивається близько півкілограма фосфору. Кожної доби з ферм проникає у водоймища до 0.01-0.05 кг фосфоровмісних речовин на одну тварину. Не очищені і неочищені побутові стоки щодня несуть по 0.003-0.006 кг від кожного мешканця.

Одним із процесів, що в таких умовах впливають на евтрофікацію, є процвітання ціанобактерій. Багато видів синьо-зелених водоростей токсичні. Вони виробляють органічні речовини, що входять до групи отрут нервовопаралітичної дії. Виділення ціанобактерій можуть викликати дерматози і спричиняти розлад органів шлунково-кишкового тракту. Попадання всередину великих мас синьо-зелених водоростей небезпечне розвитком паралічу.

З нормативів ГСМОС/GEMS - системи глобального моніторингу довкілля - рівень фосфору служить найважливішим критерієм щодо трофічного стану відкритих водойм природного походження. Визначення насиченості загальним фосфором (до уваги приймаються розчинені та зважені форми, органіка та мінеральні сполуки) стало обов'язковим пунктом у програмі контролю складу водних об'єктів.

Органічний фосфор

Синтезовані промисловими методами фосфорорганические сполуки у цій категорії не розглядаються - сюди відносять лише речовини, що у результаті життєдіяльності і розкладання організмів, що населяють водойму, і внаслідок обмінних процесів, які з відкладеннями його дні. Органічні фосфорні сполуки присутні у природних відкритих водоймах істинно розчиненому та колоїдному станах, а також у суспензіях.

Фосфор мінеральний

Мінерально-фосфорні конгломерації надходять у водойми через хімічні речовини. вивітрювання та розчинення ортофосфатсодержащих порід - апатитів та фосфоритів. Утворюються вони також і внаслідок розкладання останків представників флори та фауни. У великих кількостях фосфор мінерального походження заноситься зі стоками, що містять добрива, синтетичні гігієнічні засоби, з хімічними присадками для котлів, що перешкоджають утворенню накипу.

Різноманітні іонні форми, у яких фосфор проникає із поверхні водозбору. Це і ортофосфат-іони, і поліфосфати. Чималу частину складають пірофосфати та метафосфат-іони. При pH понад 6.5 домінуючою неорганічною формою (близько дев'яноста відсотків іонів) є HPO 4 2- . У водоймищах з кислим середовищем основним є з'єднання H 2 PO 4 - .

Зміст фосфору у відкритих природних джерел незначна. У літрі її величина зазвичай обмежується кількома сотими міліграмами, проте забруднені водні об'єкти можуть показувати вміст у кілька міліграмів. Для підземних джерел характерна концентрація, що не перевищує 100 мкг/дм 3 (виключенням є водоймища, розташовані в місцях, де залягають переважно фосфоровмісні породи).

Зміна сезонів позначається лише на рівні фосфорсодержащих сполук. Причому коливання є досить значними. На стрибки насиченості впливають природні зміни в інтенсивності біохімічного окиснення та фотосинтезу. Весняно-літній період характеризується мінімальними показниками утримання, зате в осінньо-зимові місяці спостерігається граничний вміст фосфору. У морях відзначається весняне та осіннє зниження рівня фосфору, а взимку та влітку фіксуються найвищі показники.

Солі фосфорної кислоти виявляють свою токсичність лише за високих концентраціях. Найчастіше хімічна активність фосфатів обумовлена ​​присутністю у водоймі домішок фтору.

Держкомекологія РФ, при складанні методики оцінювання екологічної ситуації, як норматив рекомендувала показник 50 мкг/дм 3 - саме такий вміст фосфатів вважається прийнятним.

Суспензії та розчини неорганічних фосфатів визначаються без попередніх маніпуляцій - колориметричних проб.

Поліфосфати

Токсичність цих фосфорних похідних незначна. Поліфосфати є продуктом утворення сполук між поліфосфатами та кальцієм, а також іншими іонами, що відіграють біологічно важливу роль.

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

Ці речовини застосовуються в харчовому виробництві як каталізатори, і при котловій обробці води як інгібітор корозії. З їхньою допомогою знежирюються волокна і пом'якшується вода. Поліфосфати - це невід'ємні компоненти мила та прання.

Залишковий обсяг поліфосфатів, допустимий щодо господарсько-питних водних об'єктів – 3.5 мг/дм 3 (органолептичний показник ліміту шкідливості).

Шановні панове, якщо у Вас є потреба корекції концентрацій фосфоровмісних сполук для доведення якості води до певних нормативів, зробіть запит спеціалістам компанії Waterman. Ми розробимо оптимальну технологічну схему очищення води.