Электрофлотационная очистка бытовых стоков, содержащих моющие средства

В. И. Ильин,  канд. техн. наук,

В. А. Колесников, доктор техн. наук,

Ю. И. Паршина, инженер РХТУ им. Д. И. Менделеева

В настоящее время большое внимание уделяется проблеме охраны окружающей среды от различных загрязнений – отходов производства и продуктов жизнедеятельности людей. Одним из главных источников загрязнений бытовых сточных вод являются моющие средства. Важнейшими из них являются синтетические моющие средства (СМС). Рецептуры современных СМС представляют собой сложные смеси различных веществ. Основной составной частью CMC являются органические поверхностно-активные вещества (ПАВ), обладающие смачивающей, эмульгирующей, пептизирующей и пенообразующей способностью. Совокупность этих свойств обусловливает их моющее действие. Для усиления моющего эффекта поверхностно-активных веществ в состав синтетических моющих средств вводят щелочные и нейтральные электролиты, алкилоламиды, карбоксиметилцеллюлозу и др. Полезными добавками являются отбеливающие вещества (перекисные соли, оптические отбеливатели).

Недостатком большинства CMC является их трудная биоусвояемость в сточных водах микроорганизмами, т. к. они являются фактически ядами для них. Поэтому сточные воды, содержащие синтетические моющие средства, сильно загрязняют водоемы (реки, озера). Попадание ПАВ в водоемы оказывает неблагоприятное влияние на органолептические (цвет, запах, вкус) и бактериологические показатели воды. Это происходит не только за счет свойств этих веществ, а в основном в результате стабилизации в воде других соединений, которая возможна вследствие способности ПАВ к солюбилизации и эмульгированию. Таким образом, сточные воды необходимо очищать.

Используемое для очистки сточных вод от загрязняющих их примесей оборудование, принцип работы которого основан на традиционных способах механической и физико-химической обработки, часто оказывается недостаточно эффективным или не может быть использовано из-за дефицита производственных площадей либо по другим причинам. Поэтому разработка и внедрение высокоэффективного оборудования и технологических приемов, позволяющих очищать сточные воды до требуемых параметров, является актуальной задачей в технологии водоочистки. В настоящее время наиболее рациональными и достаточно эффективными способами очистки рассматриваемых сточных вод является сочетание электрохимических и сорбционных процессов.

Для очистки сточных вод, содержащих моющие средства, в Российском химико-технологическом университете им. Д. И. Менделева разработан типоразмерный ряд многоцелевых электрофлотаторов-фильтров (ЭФФ) производительностью 1, 5 и 10 м³/ч. Удаление загрязнений из воды в ЭФФ происходит за счет совмещения процессов электрофлотации и сорбции.

Процесс электрофлотации основан на всплытии частиц дисперсной фазы за счет пузырьков газа: водорода и кислорода. В очищаемой воде или моющем растворе при определенных условиях выделяется множество мельчайших пузырьков газа, которые при всплытии сталкиваются с частицами загрязнений и за счет действия молекулярных и электростатических сил, способствующих слиянию частиц загрязнений с газовыми пузырьками, транспортируются на поверхность раствора. Присутствующие в воде ПАВ способствуют слипанию газовых пузырьков с частицами загрязнений и образованию на поверхности раствора пенного слоя. Сюда же выносятся отдельные компоненты моющих средств, физически адсорбирующиеся на частицах загрязнений и образующие нерастворимые комплексы с загрязнителями или солями воды. Большое влияние на степень извлечения загрязнений имеет размер газовых пузырьков. Слишком большие пузырьки быстро всплывают на поверхность и вызывают турбулизацию жидкости. Если при вакуумной флотации размеры воздушных пузырьков составляют 0,2–0,5 мм, то при электрофлотационной обработке образуются мелкодисперсные газовые пузырьки размером 20–80 мкм.

Электрофлотационный способ имеет ряд преимуществ по сравнению с другими способами флотации: простота изготовления аппаратов и несложность его обслуживания; возможность регулирования степени очистки жидкости в зависимости от фазово-дисперсного состояния путем изменения только одного параметра (плотности тока) в технологическом процессе; высокая степень дисперсности газовых пузырьков, обеспечивающая эффективность прилипания к ним нерастворимых примесей; отсутствие вращающихся частей в рабочей зоне аппаратов, гарантирующее надежность их работы и исключающее перемешивание обрабатываемой жидкости и измельчение содержащихся в ней взвешенных частиц; дополнительная минерализация растворимых органических загрязнений с одновременным обеззараживанием сточных вод за счет образующихся на аноде продуктов электролиза – атомарного кислорода и активного хлора.

Электрофлотация позволяет удалять из воды примеси, находящиеся в эмульгированном и суспендированном виде, взвешенные вещества и коллоидные частицы, а фильтрование на активном угле – примеси, находящиеся в растворенном виде, например, органический углерод, тяжелые металлы, а также позволяет снизить цветность обрабатываемых вод.

Электрофлотатор-фильтр (см. схему) состоит из прямоугольного корпуса (1), выполненного из пропилена, блока нерастворимых электродов (12), пеносборного устройства (6) и угольного фильтра (11). Загрязненная моющая жидкость через патрубок (2) поступает в камеру грубой очистки. В ней происходит выделение ПАВ и наиболее крупных частиц загрязнений. Далее вода через вертикальную перегородку (7) переливается в камеру тонкой очистки для отделения мельчайших взвесей. Всплывшая пена вместе с загрязнениями сдвигается с поверхности жидкости пеносборным устройством со скребковым механизмом (6) в приемник пены (5), а вода через отверстия в нижней части перегородки (8) – на угольный фильтр. Отвод пены из установки осуществляется через патрубок (4), а очищенной воды через патрубок (10).

Интенсификация процесса очистки может осуществляться путем дополнительного применения коагулянтов. В этом случае ввод рабочего раствора осуществляется через патрубок (3).

Оптимальными параметрами процесса электрофлотосорбционной очистки сточных вод в установке производительностью 10 м³/ч являются: плотность тока 0,5–1,5 А/дм², продолжительность процесса 20–25 мин. Эффекты очистки составляют: по ПАВ – 98%, по химическому потреблению кислорода – 95%, взвешенным веществам – 99,9%, обесцвечиванию – 90%. Расход электроэнергии составляет 0,2–0,5 кВт•ч/м³. Габаритные размеры установки 2100x1115x1500 мм.

Процесс очистки сточных вод полностью автоматизирован. Система автоматизации предусматривает автоматическое измерение, регулирование и сигнализацию основных параметров технологического процесса: величины рН, расхода и уровней жидкости, степени очистки, значений тока и напряжения.

Рисунок 1 – корпус; 2 – патрубок для подачи воды; 3 – патрубок для подачи реагентов; 4 – патрубок для отвода пены; 5 – пеноприемник; 6 – пеносборное устройство; 7, 8 – перегородка; 9 – мотор-редуктор; 10 – патрубок для отвода воды; 11 – угольный фильтр; 12 – электроды.