RU2729787C1 - Apparatus for purifying aqueous media from arsenic-containing compounds using magnetoactive sorbent - Google Patents

Abstract

FIELD: chemistry.SUBSTANCE: invention can be used for cleaning industrial, drinking and waste water contaminated with high content of arsenic-containing compounds. Apparatus for purifying aqueous media from arsenic-containing compounds using a magnetoactive sorbent comprises accumulating tank 1 with a floating cover, dosing pump 5, batch sorption column 2, mixer 3 with mixer, dosing pump 6, magnetic separator 4, loading pump 7, plug-in design Nutsche filter 8, which provides unloading of residue and replacement of filter elements. Storage reservoir 1 is connected by outlet branch pipe to dosing pump 5 and outlet branch pipe of sorption column 2, dosing pump is connected to feed pipes of sorption column and mixer, mixer 3 is connected to outlet branch pipes of sorption column 2 and magnetic separator 2 and inlet branch pipe of metering pump 5, metering pump 6 is connected to feeding branch pipe of magnetic separator 4, loading pump 7 is connected to suction and discharge branch pipes of magnetic separator 4 and feeding branch pipe of Nutsche filter 8, Nutsche filter 8 is connected to outlet branch pipe of loading pump 7 and drain branch pipe into pond-accumulator.EFFECT: apparatus enables reliable and efficient purification of waste water contaminated with arsenic-containing compounds.1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам очистки техногенных загрязненных вод с высоким содержанием мышьяксодержащих соединений, в частности, к технике сорбции водных сред с применением магнитной сепарации, и может быть использована в области экологии окружающей среды.The invention relates to devices for the purification of technogenic polluted waters with a high content of arsenic-containing compounds, in particular, to the technique of sorption of aqueous media using magnetic separation, and can be used in the field of environmental ecology.

Известно о возможности применения магнетита в составе сорбента, позволяющее извлечения загрязнителей из воды, методом магнитной сепарации. Известно применение средств магнитной сепарации при очистке гальванических сточных вод от тяжелых металлов, адсорбированных магнетиком [KR №20020080521]. Изучалась очистка воды от тяжелых металлов путем поглощения загрязнителя магнетиком и последующим удалением с применением магнитного поля [US №2005189294]. Для улучшения качества очистки сточных вод рассматривался способ магнитного отделения осадка адсорбированных магнетитом веществ [JP №52056758].It is known about the possibility of using magnetite in the composition of the sorbent, allowing the extraction of pollutants from water by the method of magnetic separation. Known use of means of magnetic separation in the purification of galvanic wastewater from heavy metals adsorbed by a magnet [KR No. 20020080521]. Studied the purification of water from heavy metals by absorbing the pollutant with a magnet and subsequent removal using a magnetic field [US No. 2005189294]. To improve the quality of wastewater treatment, a method of magnetic separation of sediment of substances adsorbed by magnetite was considered [JP No. 52056758].

Основными недостатками вышеприведенных технологий очистки воды являются затраты, связанные с получением высококачественного магнетита.The main disadvantages of the above technologies for water purification are the costs associated with obtaining high quality magnetite.

Предложен комплекс сорбционной очистки загрязненных вод [Евразийское патентное ведомство №019906 В1], состоящий из последовательно соединенных между собой трубопроводом от забора загрязненной воды до резервуара чистой воды по потоку очищаемой воды: водяного насоса; гальванокоагулятора; ультразвукового генератора; электромагнита; тонкослойного отстойника и песчаного фильтра. Загрязненная вода подвергается химической обработке водной суспензией магнетита, получаемого в гальваноаккумуляторе из железного скрапа, с последующим ультразвуковым активированием, после чего сорбированные магнетитом загрязнения в виде суспензии направляются в осветлительный фильтр, гидроциклон и далее - в резервуар чистой воды.A complex of sorption treatment of contaminated water is proposed [Eurasian Patent Office No. 019906 B1], consisting of a series-connected pipeline from the contaminated water intake to the clean water reservoir along the stream of purified water: a water pump; galvanic coagulator; ultrasonic generator; electromagnet; thin-layer clarifier and sand filter. The contaminated water is subjected to chemical treatment with an aqueous suspension of magnetite, obtained in a galvanic accumulator from iron scrap, followed by ultrasonic activation, after which the contaminants sorbed by magnetite in the form of a suspension are sent to a clarifying filter, a hydrocyclone and then to a reservoir of clean water.

Указанные способ и устройство для его осуществления обладают существенными недостатками: зарастание элементов комплекса отложениями загрязненных вод; значительные затраты электроэнергии, и они не предназначены для очистки мышьяксодержащих соединений.The specified method and device for its implementation have significant disadvantages: overgrowth of the elements of the complex with sediments of polluted waters; significant energy consumption, and they are not intended for the purification of arsenic-containing compounds.

Обеспечение высокого качества воды при относительно невысоких энергозатратах возможно только при использовании комплексного подхода, сочетающего применение безреагентных технологий и современных методов магнитной сепарации.Ensuring high water quality at relatively low energy costs is possible only when using an integrated approach that combines the use of reagent-free technologies and modern methods of magnetic separation.

Такой подход реализован в использовании композиционного сорбента с магнитными свойствами, содержащего высокодисперсный магнетит, синтезированный в матрице природного полимерного связующего в виде гуминовых кислот, что позволяет уменьшить содержание мышьяка в водной среде [Патент RU №2676984 от 14.01.2019 г.].This approach is implemented in the use of a composite sorbent with magnetic properties containing highly dispersed magnetite synthesized in a matrix of a natural polymer binder in the form of humic acids, which allows to reduce the content of arsenic in the aqueous medium [Patent RU No. 2676984 dated 01.14.2019].

Технический результат достигается применением предложенного устройства, которое включает три взаимосвязанных блока: сорбционного концентрирования мышьяксодержащих соединений из водных сред; магнитной сепарации; фильтрации. Достоинством предлагаемого устройства является использование процессов сорбции и магнитной сепарации при простом аппаратурном оформлении.The technical result is achieved by using the proposed device, which includes three interconnected blocks: sorption concentration of arsenic-containing compounds from aqueous media; magnetic separation; filtration. The advantage of the proposed device is the use of sorption and magnetic separation processes with a simple hardware design.

Технической задачей настоящей полезной модели является разработка безопасного и эффективного устройства для очистки водных сред, загрязненных мышьяксодержащими соединениями с применением магнитной сепарации.The technical task of the present utility model is the development of a safe and effective device for purification of aqueous media contaminated with arsenic-containing compounds using magnetic separation.

Решение поставленной задачи достигается тем, что установка для очистки водных сред от мышьяксодержащих соединений с использованием магнитоактивного сорбента содержит резервуар-накопитель с плавающей крышкой, оборудованный питающим и выходящим патрубками, насос-дозатор, сорбционную колонну периодического действия, оборудованную питающим и выходящим патрубками, люком для загрузки и выгрузки сорбента, смеситель с мешалкой, входящими патрубками, люком для загрузки магнитоактивного сорбента и выходящим патрубком, насос-дозатор, магнитный сепаратор с питающими и выходным патрубками, насос загрузочный, нутч-фильтр разъемной конструкции, обеспечивающий выгрузку осадка и замену фильтрующих элементов, снабженный входящим и сливным патрубками; причем резервуар-накопитель подсоединен выходящим патрубком к насосу-дозатору и входящим патрубком к сорбционной колонне, насос-дозатор соединен питающими патрубками с сорбционной колонной и смесителем, смеситель подсоединен к выходящим патрубкам сорбционной колонны и магнитного сепаратора и входящему патрубку насоса-дозатора, насос-дозатор подсоединен к питающему патрубку магнитного сепаратора, насос загрузочный подсоединен к всасывающему и выходящему патрубкам магнитного сепаратора и питающему патрубку нутч-фильтра, нутч-фильтр соединен с выходящим патрубком загрузочного насоса и сливным патрубком в пруд-накопитель.The solution to this problem is achieved by the fact that the installation for the purification of aqueous media from arsenic-containing compounds using a magnetically active sorbent contains a storage tank with a floating lid equipped with feed and outlet nozzles, a metering pump, a batch sorption column equipped with feed and outlet nozzles, a hatch for loading and unloading of the sorbent, a mixer with a stirrer, inlet nozzles, a hatch for loading a magnetically active sorbent and an outlet nozzle, a metering pump, a magnetic separator with feed and outlet nozzles, a loading pump, a nutch filter of a detachable design that provides sediment unloading and replacement of filter elements, equipped with inlet and outlet pipes; moreover, the storage tank is connected by the outlet pipe to the metering pump and the inlet pipe to the sorption column, the metering pump is connected by the feed pipes to the sorption column and the mixer, the mixer is connected to the outgoing pipes of the sorption column and the magnetic separator and the inlet pipe of the metering pump, metering pump is connected to the feeding pipe of the magnetic separator, the loading pump is connected to the suction and outlet pipes of the magnetic separator and the feeding pipe of the suction filter, the suction filter is connected to the outgoing pipe of the loading pump and the drain pipe to the storage pond.

На фиг. 1 представлена технологическая установка для очистки водных сред от мышьяксодержащих соединений с использованием магнитного сорбента.FIG. 1 shows a process unit for purifying aqueous media from arsenic-containing compounds using a magnetic sorbent.

Блок I предназначен для приема загрязненных вод из водоема (пруда-накопителя) и осуществления сорбции мышьяка из загрязненных водных сред. Предлагаемый блок включает в себя сорбционную колонну 2 периодического действия, оборудованную питающими и выходящими патрубками, а также люком для загрузки и выгрузки сорбента, насос-дозатор 5, соединенный трубопроводом с питающим патрубком колонного аппарата, и смеситель 3 с мешалкой блока II и выходящим патрубком резервуара-накопителя 1, резервуар-накопитель 1 с плавающей крышкой, оборудованный питающими и выходящими патрубками.Block I is designed to receive contaminated water from a reservoir (storage pond) and sorption of arsenic from contaminated water environments. The proposed unit includes a sorption column 2 of periodic action, equipped with feed and outlet nozzles, as well as a hatch for loading and unloading the sorbent, a metering pump 5 connected by a pipeline to the feed nozzle of the column apparatus, and mixer 3 with a mixer of block II and an outlet nozzle of the tank - storage tank 1, storage tank 1 with a floating lid, equipped with supply and output branch pipes.

Блок II предназначен для осуществления контакта магнитоактивного сорбента с загрязненной водой и удаления загрязнителя из воды под воздействием магнитного поля, создаваемого электромагнитом сепаратора. Он включает в себя смеситель 3 с мешалкой, входящими и выходящими патрубками, а также люком для загрузки магнитоактивного сорбента, насос-дозатор 6, соединенный трубопроводом с питающим патрубком магнитного сепаратора 4 и всасывающим патрубком смесителя 3, магнитный сепаратор 4, оборудованный входящими и выходящими патрубками, соединенный питающими патрубками насоса-дозатора 6 и насоса загрузочного 7 блока III с выходным патрубком, а также соединенный питающим патрубком смесителя 3 с всасывающим патрубком насоса загрузочного 7 блока III.Block II is designed to contact the magnetically active sorbent with contaminated water and remove the contaminant from the water under the influence of the magnetic field generated by the separator electromagnet. It includes a mixer 3 with a stirrer, inlet and outlet nozzles, as well as a hatch for loading a magnetically active sorbent, a metering pump 6 connected by a pipeline with a supply nozzle of a magnetic separator 4 and a suction nozzle of a mixer 3, a magnetic separator 4 equipped with inlet and outlet nozzles connected by the feed pipes of the metering pump 6 and the pump of the loading 7 of block III with the outlet pipe, and also connected by the feed pipe of the mixer 3 to the suction pipe of the pump of the loading 7 of block III.

Блок III предназначен для фильтрации воды после очистки от механических примесей, а также для периодического отделения отработанного магнитоактивного сорбента. Блок III включает насос загрузочный 7, соединенный трубопроводом с питающим патрубком нутч-фильтра 8 и всасывающим патрубком магнитного сепаратора 4 модуля II, нутч-фильтр 8 разъемной конструкции, обеспечивающий выгрузку отработанного магнитоактивного сорбента в виде осадка и замену фильтрующих элементов, снабженный входящим и сливным патрубками, соединенный с выходным патрубком реактора 8 и насосом-дозатором 5 модуля II.Block III is designed for water filtration after purification from mechanical impurities, as well as for periodic separation of the spent magnetically active sorbent. Block III includes a loading pump 7, connected by a pipeline with a supply pipe of a suction filter 8 and a suction pipe of a magnetic separator 4 of module II, a suction filter 8 of a detachable design, which provides unloading of the spent magnetically active sorbent in the form of sediment and replacement of filter elements, equipped with an inlet and a drain pipe connected to the outlet of the reactor 8 and the metering pump 5 of module II.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

В сорбционную колонну 2 периодического действия блока I через загрузочный люк загружают гетероцепный мышьякактивный сорбент. Затем через выходной патрубок резервуара-накопителя 1 насосом-дозатором 5 загрязненную мышьяксодержащими веществами воду подают через питательный патрубок в сорбционную колонну 2 и производят циркуляцию загрязненной воды насосом 5 через сорбент сорбционной колонны 2 блока I. В смеситель 3 блока II через загрузочный люк загружают композиционный магнитоактивный сорбент для смешения загрязненной воды и формирования смеси связанной формы «сорбент - загрязнитель», затем насосом-дозатором 6 водную смесь «сорбент - загрязнитель» подают через питательный патрубок в магнитный сепаратор 4, где осуществляется вертикальное разделение конгломерата «сорбент - загрязнитель» (нижняя зона) и очищенной воды (верхняя зона) под воздействием электромагнитного и гравиметрического полей. Из верхней части магнитного сепаратора 4 блока II очищенную воду насосом загрузочным 7 блока III через всасывающий патрубок отбирают и подают через питающий патрубок на нутч-фильтр 8 блока III, а образовавшийся в магнитном сепараторе осадок конгломерата «сорбент - загрязнитель» направляют через питающий патрубок в смеситель на регенерацию. На нутч-фильтре 8 осадок отделяют от жидкой фазы, и очищенная вода, с содержанием мышьяка менее 0,05 мг/л выводится в пруд-накопитель очищенной воды. Осадок (отработанный магнитоактивный сорбент) выгружают с нутч-фильтра 8 и направляют на регенерацию или утилизацию.A heterochain arsenic-active sorbent is loaded into the sorption column 2 of the periodic action of block I through the loading hatch. Then, through the outlet pipe of the storage tank 1 by the metering pump 5, the water contaminated with arsenic-containing substances is fed through the feed pipe to the sorption column 2 and the contaminated water is circulated by the pump 5 through the sorbent of the sorption column 2 of block I. Into the mixer 3 of block II through the loading hatch, a composite magnetoactive sorbent for mixing contaminated water and forming a mixture of a bound form "sorbent - pollutant", then by means of a dosing pump 6 the aqueous mixture "sorbent - pollutant" is fed through a feed pipe to a magnetic separator 4, where vertical separation of the "sorbent - pollutant" conglomerate is carried out (lower zone ) and purified water (upper zone) under the influence of electromagnetic and gravimetric fields. From the upper part of the magnetic separator 4 of block II, purified water is taken by the loading pump 7 of block III through the suction pipe and fed through the feed pipe to the suction filter 8 of block III, and the sediment of the "sorbent - pollutant" conglomerate formed in the magnetic separator is sent through the feed pipe to the mixer for regeneration. On a nutch filter 8, the precipitate is separated from the liquid phase, and purified water with an arsenic content of less than 0.05 mg / l is discharged into the purified water storage pond. The sediment (spent magnetically active sorbent) is unloaded from the Nutsche filter 8 and sent for regeneration or disposal.

Блок №1 функционирует в нескольких режимах:Block # 1 operates in several modes:

- режим частичной очистки от загрязнителя, при этом загрязненные воды направляются на циркуляцию по схеме 1-5-2-1;- mode of partial cleaning from pollutants, while the polluted water is sent for circulation according to the scheme 1-5-2-1;

- режим подачи загрязненных вод для осуществления их глубокой очистки от загрязнителя в блоке №2 по схемам 1-5-2-3 или 1-5-3.- the mode of supplying contaminated waters for their deep cleaning from pollutants in block 2 according to schemes 1-5-2-3 or 1-5-3.

Устойчивость работы установки очистки вод, техногенно-загрязненных мышьяком, достигается балансом подачи загрязненной воды насосом 5 в смеситель 3, подачи смеси «вода-сорбент» насосом 6 и частичной ее циркуляцией из магнитного сепаратора 4 в смеситель 3, а также сбросом очищенной воды на рельеф насосом 7. Конструкционные особенности магнитного сепаратора 4 (объем, соотношение высоты и диаметра, места отбора очищенной воды) должны обеспечивать необходимое время пребывания очищаемой воды в нем.The stability of the operation of the water treatment plant, technogenically contaminated with arsenic, is achieved by the balance of supplying contaminated water with pump 5 to mixer 3, supplying the mixture "water-sorbent" by pump 6 and its partial circulation from magnetic separator 4 to mixer 3, as well as by discharging purified water onto the relief pump 7. The design features of the magnetic separator 4 (volume, height-to-diameter ratio, the place where the purified water is taken) must ensure the required residence time of the purified water in it.

Таким образом, заявляемое устройство позволяет надежно и эффективно очищать различные по составу загрязненные мышьяксодержащими веществами сточные воды от анионов мышьяка магнитной сепарацией конгломерата «сорбент - загрязнитель».Thus, the claimed device makes it possible to reliably and effectively purify wastewater of various composition contaminated with arsenic-containing substances from arsenic anions by magnetic separation of the "sorbent-pollutant" conglomerate.

Claims (1)

Установка для очистки водных сред от мышьяксодержащих соединений с использованием магнитоактивного сорбента, содержащая резервуар-накопитель с плавающей крышкой, оборудованный питающим и выходящим патрубками, насос-дозатор, сорбционную колонну периодического действия, оборудованную питающим и выходящим патрубками, люком для загрузки и выгрузки сорбента, смеситель с мешалкой, входящими патрубками, люком для загрузки магнитоактивного сорбента и выходящим патрубком, насос-дозатор, магнитный сепаратор с питающими и выходным патрубками, насос загрузочный, нутч-фильтр разъемной конструкции, обеспечивающий выгрузку осадка и замену фильтрующих элементов, снабженный входящим и сливным патрубками; причем резервуар-накопитель подсоединен выходящим патрубком к насосу-дозатору и входящим патрубком к сорбционной колонне, насос-дозатор соединен питающими патрубками с сорбционной колонной и смесителем, смеситель подсоединен к выходящим патрубкам сорбционной колонны и магнитного сепаратора и входящему патрубку насоса-дозатора, насос-дозатор подсоединен к питающему патрубку магнитного сепаратора, насос загрузочный подсоединен к всасывающему и выходящему патрубкам магнитного сепаратора и питающему патрубку нутч-фильтра, нутч-фильтр соединен с выходящим патрубком загрузочного насоса и сливным патрубком в пруд-накопитель.Installation for purification of aqueous media from arsenic-containing compounds using a magnetoactive sorbent, containing a storage tank with a floating lid, equipped with feed and outlet nozzles, a metering pump, a batch sorption column equipped with feed and outlet nozzles, a hatch for loading and unloading sorbent, a mixer with a stirrer, inlet nozzles, a hatch for loading a magnetically active sorbent and an outlet nozzle, a metering pump, a magnetic separator with feed and outlet nozzles, a loading pump, a separable suction filter that provides sludge discharge and replacement of filter elements, equipped with inlet and outlet nozzles; moreover, the storage tank is connected by the outlet pipe to the metering pump and the inlet pipe to the sorption column, the metering pump is connected by the feed pipes to the sorption column and the mixer, the mixer is connected to the outgoing pipes of the sorption column and the magnetic separator and the inlet pipe of the metering pump, metering pump is connected to the feeding pipe of the magnetic separator, the loading pump is connected to the suction and outlet pipes of the magnetic separator and the feeding pipe of the suction filter, the suction filter is connected to the outgoing pipe of the loading pump and the drain pipe to the storage pond.

Images