Электрохимическая обработка сточных вод как способ интенсификации производства

В настоящее время метод электрохимической обработки воды получил широкое признание специалистов как у нас в стране, так и за рубежом. Тем не менее, в каждом конкретном случае водоочистки необходимо рассматривать особенности его применения. Подчеркнем, что речь идет об экономически выгодной технологии очистки стоков, позволяющей реализовать схему возврата воды в производство и использовать образующийся осадок в качестве вторичного сырья (биологической добавки в корма для животных).

Около 30% общего потребления воды в пищевой промышленности приходится на долю спиртовых заводов. Общий расход воды на производство 1000 л спирта из зерна составляет 1756 м 3 , в том числе, артезианской воды  479, речной или прудовой 1009, отработанной  268 м 3 . Учитывая повторное использование воды для
транспортировки и мойки картофеля, расход ее практически не меняется.
Производственные сточные воды спиртовых заводов характеризуются большой степенью загрязнения. Содержание взвешенных частиц (в том числе, органических веществ) в них колеблется в пределах 502350 мг/л, о чем свидетельствуют высокие показатели ХПК (103500 мг О 2 /л) и БПК П (10 1300 мг О 2 /л).

Серьезной угрозой для окружающей среды являются образующиеся осадки, склонные к быстрому загниванию. Использующиеся для очистки сточных вод спиртовых заводов биологические пруды неэффективны. Необходимо отметить, что компоненты, содержащиеся в сточных водах, являются продуктами природного происхождения. Их химический состав очень ценен, многие вещества по сей день не синтезированы учеными, поэтому целесообразно их выделить и использовать в качестве эффективной биологической добавки в корма для животных.

Сказанное выше подтверждает актуальность представленных материалов, посвященных разработке способа очистки сточных вод спиртового производства.
Предлагаемый метод очистки сточных вод спиртового завода применяется впервые и является авторской научной разработкой.
Предлагаемый электрохимический метод позволяет извлекать из сточных вод спиртового производства ценные продукты при относительно простой
автоматизированной технологической схеме очистки периодически или непрерывно.

В данном случае наблюдаются процессы окислительновостановительной деструкции и нейтрализации токсичных веществ за счет электрохимических реакций и участия в них атомарного кислорода, нестойких свободных радикалов, образующихся в прикатодном и прианодном пространствах. Все это обеспечивает высокую эффективность и экологическую безопасность данной технологии очистки сточных вод по сравнению с другими известными методами. В ходе электрохимического процесса из воды удаляются загрязнители различной этиологии, минерализуются практически все органические вещества, при этом молекулы, содержащие менее 12 атомов углерода окисляются, остальные же полимеризуются (то есть, происходит их катодная сшивка).

К достоинствам разработанной технологии следует отнести отсутствие дополнительных реагентов, возможность повторного использования воды в технологических процессах производства, невысокая стоимость и низкие эксплуатационные затраты, бактерицидный эффект. Достигается высокое качество очистки сточных вод,
снижается их антропогенное воздействие на окружающую среду. Решается вопрос ресурсосбережения.

В ходе эксперимента был разработан электролизер особой конструкции (рис.1), который облегчает реализацию предлагаемой технологии и повышает ее эффективность. При разработке электролизера учитывались его объем, материал конструкции и электродов.

Электролизер представляет собой металлический резервуар с конусным днищем. Внутри помещены анод, выполненный из перфорированного стального листа (перфорация способствует лучшему перемешиванию жидкости внутри сооружения и предотвращению застойных зон) и катод, который представляет собой вращающий
ся цилиндр с лопастями  они способствуют более эффективному перемешиванию сточной воды и сбору материала, образующегося на катодной поверхности. В конической части сооружения установлен отражательный конус, который предотвращает взмучивание осадка. Также предусмотрены трубы для отвода осветленной воды и осадка.

Объектом исследования служили как модельные, так и реальные сточные воды спиртового завода ООО «КЛЮЧ» Алексеевского района Волгоградской области. Работа установки проводилась на постоянном токе. Процесс электролиза осуществляется в течение 10 мин. По окончании электролиза, по известной методике определялись БПК, ХПК и рН среды.

Выделившийся в процессе очистки осадок, с целью улучшения транспортировки и длительного хранения, подвергался электрообработке. Исследования проводились в динамических условиях с вращающимся катодом.
Объектом исследования служили реальные осадки сточных вод спиртового завода. Осадок пропускался через электролизер, проходя между электродами и собирался отводными трубами. Надо заметить, что электрообработка осадка может совмещаться с процессом его обезвоживания, и в этом случае целесообразно использовать железные аноды.

Анализ результатов исследований показал, что основным фактором, обеспечивающим глубокие деструктивные разрушения органических примесей, является плотность тока, с увеличением которой скорость электрохимических реакций возрастает. Однако, с другой стороны, с повышением плотности тока увеличивается газовыделение на электродах, что способствует перемешиванию слоев жидкости и возникновению обратных потоков в электрореакторах. Поэтому выбор оптимальной плотности тока имеет существенное значение.

Исследования проводились как с угольными инертными электродами, так и с растворимыми. Изучалось удельное содержание осадка в единице объема, плотность тока, температура, время, удельный расход электроэнергии, влажность осадка, содержание бактерий, вирусов, загрязнителей различной этиологии.
Из анализа полученных данных следует, что на степень обеззараживания осадка влияют температура и время обработки. Установлено, что с повышением температуры уменьшается объем осадка и увеличивается концентрация органических веществ в нем, способствующая уменьшению связанной влаги и увеличению свободной. Таким образом, наблюдается улучшение водоотдачи. Характер зависимости остаточного объема осадка от температуры, возможно, объясняется тем, что повышение температуры способствует увеличению подвижности частиц осадка и приводит к их столкновению и взаимной коагуляции, и, в результате, к упомянутому выше уменьшению объема.

С повышением концентрации органических соединений в осадке происходит нежелательное увеличение расхода электроэнергии. Это объясняется повышением поляризации электродов, которую можно ликвидировать повышением температуры. В результате увеличивается электропроводность и уменьшается расход электроэнергии. Увеличение плотности тока способствует уменьшению объема осадка. Для интенсификации процесса обезвоживания и обеззараживания, можно проводить обработку осадка периодическим током специальной формы с определенными величинами амплитуд и длительности положительных и отрицательных полярностей, однако эффективность данного процесса снижается в силу высокой стоимости подобного источника тока.

В соответствии с требованиями ООО «КЛЮЧ», предлагаемый способочистки сточных вод и обработки осадка должен был сочетаться с существующим на предприятии оборудованием и требовать минимальных затрат.

Предложенная авторским коллективом установка представлена на рисунке 2.

Принцип работы установки заключается в следующем. Сточные воды предприятия поступают в пять резервуаров  септиков, которые представляют собой стальные горизонтальные емкости заводского изготовления, полностью заглубленные и расположенные с максимальным приближением к источникам образования стоков.
Согласно проекту в септиках происходит смешивание и усреднение технологических и чистых стоков, осветление и перегнивание органических веществ. Далее стоки при помощи насоса подаются в резервуарусреднительи через расходомер поступают в электролизер, где происходит обработка сточной воды. Осветленная вода
направляется в резервуар осветленной воды и далее в технологическую схему оборотного водоснабжения. Образующийся осадок подается в электролизер второй ступени для обезвоживания и обеззараживания. При необходимости, обработанный осадок направляется на сушку и брикетирование.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что предлагаемая высокоэффективная и экологически чистая технология на основе способа электрохимической очистки сточных вод, имеет ряд преимуществ, а именно:
- упрощение технологической схемы и эксплуатации технологических установок;
 - беспроблемная автоматизация процесса;
 - уменьшение производственных площадей, необходимых для размещения очистных сооружений;
 - возможность обработки сточных вод без предварительного разбавления;
 снижение антропогенного воздействия сточных вод на окружающую среду;

Елена Москвичева,
доктор технических наук,
профессор, заведующая кафедрой
«Водоснабжение и водоотведение»;
Ирина Шевцова, аспирант;
Роман Чуркин.

Волгоградский
государственный архитектурно-строительный университет

Журнал "Вода Magazine", №3 (7), 2008 г.