СПОСОБ ОБРАБОТКИ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД С УДАЛЕНИЕМ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1996 года по МПК C02F11/00 

Изобретение относится к обработке осадков городских сточных вод с удалением ионов тяжелых металлов.

Известен способ выделения тяжелых металлов и осадков городских сточных вод путем обработки последних кислыми реагентами (например, H₂SO₄, HCl) при рН 1,0-2,0 с последующим отделением жидкой фазы, с растворенными в ней тяжелыми металлами, от твердой фазы осадка [1]
Известен также аналогичный метод обезвреживания осадков городских сточных вод, с повышенным содержанием тяжелых металлов, отличительной особенностью которого является применение в дополнении к кислотным реагентам газообразного или жидкого окислителя (например, сжатого воздуха или пероксида водорода, раствора FeСl₃), обеспечивающего окислительно-восстановительный потенциал реакционной суспензии на уровне +400 mV.

Известен способ реагентно-биологического выщелачивания ионов тяжелых металлов из осадков городских сточных вод с применением ацидофильных микроорганизмов (Tiobacillus spp. и др.) [2] Способ прост в осуществлении, однако требует высокого расхода кислотных реагентов на подкисление осадка, не обеспечивает удовлетворительное удаление ионов Cr³⁺.

Недостатками этих способов являются необходимость применения большого количества щелочных реагентов для нейтрализации жидкой фазы обработанного осадка, низкая степень очистки от ионов тяжелых металлов в щелочной среде, ведение процесса только в узком диапазоне окислительно-восстановительного потенциала, что препятствует удалению ионов тяжелых металлов, проявляющих минимальную подвижность в избранном диапазоне значений Eh.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и совокупности существенных признаков является способ удаления тяжелых металлов из осадков путем кислотной обработки [3] Сырой осадок подвергают кислотной обработке для перевода тяжелых металлов в жидкую фазу, обработанный осадок разделяют на твердую и жидкую фазы, твердую фазу выводят из системы, а жидкую фазу, содержащую тяжелые металлы, смешивают с нейтрализующим агентом (известью), с последующим разделением смеси на шлам, содержащий тяжелые металлы, и осветленную жидкую фазу.

Недостатками такого способа являются высокий расход щелочного реагента (извести), низкая эффективность удаления Cr из твердой фазы и ионов тяжелых металлов из жидкой фазы обработанного осадка.

Технический результат изобретения сокращение расхода щелочного реагента, снижение объемов образующихся шламов тяжелых металлов и повышении степени удаления ионов Cr из твердой фазы и ионов тяжелых металлов из жидкой фазы обработанного осадка.

В зависимости от используемой схемы удаления тяжелых металлов из осадков сточных вод возможны два варианта обработки.

На фиг.1 и фиг. 2 приведены технологические схемы осуществления способа по вариантам 1 и 2 соответственно.

Способ осуществляют следующим образом.

В а р и а н т 1. Исходный осадок 1 подают на смешение с промывной водой 2, смесь направляют на уплотнение 3 с разделением ее на уплотненный осадок 4 и сливную воду 5, уплотненный осадок подвергают реагентной или реагентно-биологической кислотной обработке 6, при этом ионы тяжелых металлов переходят в жидкую фазу осадка. Обработанный осадок разделяют на твердую фазу 7 и жидкую фазу 8, содержащую ионы тяжелых металлов. Обезвреженную твердую фазу 7 выводят из технологического цикла, а жидкую фазу 8 подвергают частичной нейтрализации сливной водой 5 со стадии уплотнения осадка 3, которая имеет высокую щелочность (10-20 мг.экв/л) и используется в качестве нейтрализующего агента. Смешение жидкой фазы 8 со сливной водой в соотношении от 1:1 до 1:3 обеспечивает повышение рН с 2,0-2,8 до 4,5-6,0 и образование нерастворимых соединений тяжелых металлов. В случае необходимости, дальнейшее повышение рН смеси до точки полного выпадения гидроксидов тяжелых металлов (рН 8,0-9,0), осуществляют щелочными реагентами (Са(ОН)₂, NaOH). Помимо гидроксидов тяжелых металлов происходит образование карбонатов тяжелых металлов, благодаря наличию в сливной воде высоких концентрацией карбонат- и бикарбонат-ионов. Образование карбонатных солей тяжелых металлов улучшает седиментационные характеристики осадка, его уплотняемость и обезвоживаемость.

Однако осаждение тяжелых металлов в виде гидроксидов и карбонатов не может обеспечить достаточно высокую эффективность очистки жидкой фазы из-за образования аммиачных комплексов тяжелых металлов в щелочной среде.

Предпочтительно, жидкую фазу 8 перед смешением со сливной водой 5 делят на два потока 9 и 10, поток 9 (30-50% по объему) подвергают анаэробной обработке 11 в присутствии сульфатредуцирующих бактерий. Прошедший анаэробную обработку поток 9, несущий в своем составе биомассу, сульфиды тяжелых металлов. FeS и растворенный сероводород, подвергают отстаиванию 12 с отделением легко оседающих частиц анаэробного ила и их рециркуляции 13 на стадию анаэробной обработки 11, после чего частично осветленный поток 9 смешивают с потоком 10 и со сливной водой 5. При смешении потоков происходит повышение рН до 5,0-6,0 и выше, выпадение сульфидов, карбонатов и гидроксидов тяжелых металлов. В качестве органического субстрата для поддержания жизнедеятельности сульфатредуцирующих бактерий используют осадок первичных отстойников или его смесь с активным илом, который предпочтительно предварительно используют в качестве биосорбента для более глубокой очистки осветленной жидкой фазы от ионов тяжелых металлов. Отделение шлама 15, содержащего тяжелые металлы, от осветленной жидкой фазы 16 ведут отстаиванием 14, предпочтительно осветленную жидкую фазу 16 использовать в качестве промывной воды 2.

Предпочтительно кислотную обработку осадков ведут при аэрировании в присутствии ацидофильных микроорганизмов.

Промывка сброженного осадка позволяет снизить его щелочность, что сокращает потребность в кислотных реагентах при кислотной обработке осадка на 40-50% получить сливную воду с высокой щелочностью, которая может быть использована в качестве нейтрализующего агента для осаждения ионов тяжелых металлов из жидкой фазы обработанного осадка, что позволяет сократить расход щелочного реагента и провести осаждение тяжелых металлов в форме карбонатов для сокращения объема образующегося шлама. Анаэробная обработка части потока жидкой фазы, содержащей ионы тяжелых металлов, в присутствии сульфатредуцирующих бактерий позволяет получить сульфид-ионы, для осаждения ионов тяжелых металлов в форме сульфидов, что повышает степень очистки жидкой фазы и снижает потребность в щелочном реагенте. Применение осветленной жидкой фазы в качестве промывной воды позволяет снизить нагрузку на очистные сооружения станции аэрации по взвешенным веществам и аммонийному азоту.

В а р и а н т 2. Исходный осадок 1 подвергают анаэробному сбраживанию 2, сброженный осадок 3 смешивают с промывной водой 4, смесь направляют на уплотнение 5 с разделением ее на уплотненный осадок 6 и сливную воду 7, уплотненный осадок 6 подают на первую ступень кислотной обработки, где осуществляют его смешение с промывной водой 4 в соотношении 1:3 и кислотой 8 для доведения рН смеси до 3,0-4,0, кислую смесь 9 направляют на уплотнение 10 с разделением ее на уплотненный кислый осадок 11 и кислую сливную воду 12, содержащую ионы S^2-, Cr³⁺, Fe²⁺ и др. уплотненный кислый осадок 11 направляют на вторую ступень кислотной обработки 13, где его аэрируют в присутствии ацидофильных микроорганизмов и/или смешивают с кислотой и окислителем. Обработанный осадок 14 разделяют на твердую фазу 15 и жидкую фазу 16, содержащую ионы тяжелых металлов. Обезвреженную твердую фазу 15 выводят из технологического цикла, а жидкую фазу 16 смешивают с кислой сливной водой 12 с первой ступени кислотной обработки и с нейтрализующим агентом для доведения рН до 6-7, при более высоких значениях рН происходит выпадение Fе(OH)₂, что нежелательно. В качестве нейтрализующего агента используют щелочные реагенты (СaO, NaOH и/или сливную воду 7 со стадии уплотнения осадка 5, которая имеет высокую щелочность (10-20 мг^.экв/л). Смешение жидкой фазы 16 с кислой сливной водой 12 и со сливной водой 7 в соотношении 1:3:3 без применения щелочных реагентов обеспечивает рН смеси 50,0-6,5 и образование нерастворимых соединений тяжелых металлов в форме сульфидов (ZnS, CuS, CdS, NiS и т.д.) и гидроксидов (Cr(OH)₃) в виде скоагулированного шлама. Смесь разделяют путем отстаивания 17 с отделением шлама 18, содержащего тяжелые металлы, от осветленной жидкой фазы 19, предпочтительно осветленную жидкую фазу 19 использовать в качестве промывной воды.

Анаэробное сбраживание ведут для повышения содержания сульфид-ионов в среде осадка, которые отделяются от него на первой ступени кислотной обработки и используются в качестве осаждающего реагента на стадии отделения ионов тяжелых металлов из жидкой фазы обработанного осадка. Промывка сброженного осадка позволяет снизить щелочность осадка, что сокращает потребность в кислотных реагентах на стадиях кислотной обработки на 40-50% получить сливную воду с высокой щелочностью, которая может быть использована в качестве нейтрализующего агента для осаждения ионов тяжелых металлов из жидкой фазы обработанного осадка. Ведение кислотной обработки в две ступени позволяет на первой ступени отделить от твердой фазы осадка ионы, подвижные в среде с низким окислительно-восстановительным потенциалом (S^2-, Cr³⁺, As³⁺ и др.), а на второй ступени ионы, подвижные в среде с высоким окислительно-восстановительным потенциалом (Cu, Cd и др.). Смешение жидкой фазы обработанного осадка с кислой сливной водой приводит к образованию сульфидов тяжелых металлов (CuS, CdS и др.), а введение нейтрализующего агента для доведения рН смеси до 6-7 приводит к выпадению сульфидов ZnS, NiS и Cr(OH)₃. Применение осветленной жидкой фазы в качестве промывной воды позволяет использовать содержащиеся в ней ионы Fe²⁺, (до 50 мг/л) в качестве коагулянта для снижения выноса взвешенных веществ со сливной водой на стадии уплотнения осадка и позволяет снизить нагрузку на очистные сооружения станции аэрации по взвешенным веществам и аммонийному азоту.

Таким образом, при использовании предлагаемого способа сокращается или полностью исключается (в зависимости от характеристик исходного осадка) расход щелочных реагентов, снижается расход кислотных реагентов, повышается степень удаления тяжелых металлов из твердой и жидкой фаз осадка, снижается нагрузка по взвешенным веществам и аммонийному азоту на очистные сооружения станции аэрации.

Способ включает промывку исходных осадков, разделение путем уплотнения на сливную воду и уплотненный осадок, обработку его кислотой, разделение на твердую фазу (Ф) и жидкую Ф, содержащую ионы тяжелых металлов (ТМ), смешение жидкой Ф с нейтрализующим агентом и последующее разделение смеси на шлам, содержащий ТМ, и осветленную жидкую Ф, сливную воду используют в качестве нейтрализующего агента. Способ включает анаэробное сбраживание исходных осадков, промывку сброженных осадков водой, разделение путем уплотнения на сливную воду и уплотненный осадок, кислотную обработку осадка ведут в две ступени: на первой из которых уплотненный осадок смешивают с промывной водой и кислотой с последующим отделением кислой сливной воды от уплотненного кислого осадка, который на второй ступени аэрируют в присутствии ацидофильных микроорганизмов и/или смешивают с кислотой и окислителем, после чего обработанный осадок делят на твердую Ф и жидкую Ф, содержащую ионы ТМ, жидкую фазу смешивают с нейтрализующим агентом с последующим разделением смеси на шлам, содержащий ТМ и осветленную жидкую Ф, а при смешении жидкой Ф с нейтрализующим агентом вводят кислую сливную воду. Позволяет сократить расход щелочных реагентов, снизить расход кислотных реагентов, повысить степень удаления ТМ из твердой и жидкой Ф осадка, снизить нагрузку по взвешенным веществам и аммонийному азоту на очистные сооружения. 2 с. и 5 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ обработки осадков сточных вод с удалением тяжелых металлов, включающий кислотную обработку осадков, разделение на твердую фазу и жидкую фазу, содержащую ионы тяжелых металлов, смешение жидкой фазы с нейтрализующим агентом с последующим разделением смеси на шлам, содержащий тяжелые металлы и осветленную жидкую фазу, отличающийся тем, что перед кислотной обработкой осадки смешивают с промывкой водой, полученную смесь разделяют путем уплотнения на сливную воду и уплотненный осадок, который подвергают кислотной обработке, а сливную воду используют в качестве нейтрализующего агента. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осветленную жидкую фазу используют в качестве промывной воды. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что жидкую фазу, содержащую ионы тяжелых металлов, перед смешением со сливной водой делят на два потока, один из которых подвергают анаэробной обработке в присутствии сульфатредуцирующих бактерий, и совместно с другим потоком направляют на смешение со сливной водой. 4. Способ по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что кислотную обработку осадков ведут при аэрировании в присутствии ацидофильных микроорганизмов. 5. Способ обработки осадков сточных вод с удалением тяжелых металлов, включающий кислотную обработку осадков, разделение на твердую фазу и жидкую фазу, содержащую ионы тяжелых металлов, смешение жидкой фазы с нейтрализующим агентом с последующим разделением смеси на шлам, содержащий тяжелые металлы и осветленную жидкую фазу, отличающийся тем, что перед кислотной обработкой осадки подвергают анаэробному сбраживанию с последующим смешением с промывной водой и уплотнением с образованием сливной воды и уплотненного осадка, а кислотную обработку уплотненного осадка ведут в две ступени, на первой из которых уплотненный осадок смешивают с промывной водой и кислотой с последуюшим отделением кислой сливной воды от уплотненного кислого осадка, а на второй ступени уплоненный кислый осадок аэрируют в присутствии ацидофильных микроорганизмов и/или смешивают с кислотой и окислителем, а при смешении жидкой фазы с нейтрализующим агентом вводят кислую сливную воду. 6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что в качестве промывной воды используют осветленную жидкую фазу. 7. Способ по п. 5, отличающийся тем, что сливную воду направляют на смешение с кислой сливной водой, жидкой фазой, содержащей ионы тяжелых металлов, и щелочным реагентом.