СПОСОБ ОЧИСТКИ КИСЛЫХ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 2003 года по МПК C02F9/04 C02F9/04 C02F1/66 C02F101/20 C02F103/16 

Изобретение относится к области очистки сточных вод и может быть использовано в машиностроительной и металлообрабатывающей промышленности, где необходимо обезвреживать кислые железосодержащие сточные воды.

Известен способ очистки кислых железосодержащих сточных вод, включающий усреднение, нейтрализацию сточных вод известковым молоком, отстаивание и механическое обезвоживание образующегося осадка (Смирнов Д.Н., Генкин В.Е. Очистка сточных вод в процессах обработки металлов. - М.: Металлургия, 1980, - 195 с.).

Однако этому способу присущи существенные недостатки: большой расход извести, загипсовывание трубопроводов, трудность осаждения мелкодисперсных частиц гидроокиси железа, большой объем образующегося осадка и трудность его обезвоживания.

Известен способ очистки кислых железосодержащих сточных вод, включающий усреднение, нейтрализацию сточных вод феррохромовым шлаком (ФХШ), отстаивание и механическое обезвоживание образующегося осадка (Христенко Б.Н. Технология применения феррохромового шлака для нейтрализации и осветления кислых промывных вод. В сб. Процессы фильтрования при очистке природных и сточных вод. Южно-Уральское кн. изд-во. - Челябинск, 1965, с. 73-79).

Нейтрализация кислых железосодержащих сточных вод ФХШ позволяет увеличить скорость осаждения в отстойниках в 3-4 раза, уменьшить объем образующегося осадка и снизить его влажность с 99 до 70-75%. Недостатками этого способа являются: большой расход ФХШ, трудности, связанные с удалением осадка из отстойников.

Известен способ двухступенчатой нейтрализации сточных вод, включающий усреднение, нейтрализацию, отстаивание и механическое обезвоживание образующегося осадка (Шабалин А.Ф. Очистка и использование сточных вод на предприятиях черной металлургии, Москва, Металлургия, 1968, с.257-278), при этом нейтрализацию сточных вод разделяют последовательно на две стадии: феррохромовым шлаком и известковым молоком. Недостатками этого способа являются: большой расход ФХШ; трудности, связанные с удалением осадка из отстойников, а также низкая скорость фильтрования и низкая производительность фильтровального оборудования.

Технической задачей предлагаемого изобретения является: увеличение скорости фильтрования кислых железосодержащих сточных вод и повышение производительности фильтровального оборудования.

Технический результат достигается тем, что способ очистки кислых железосодержащих сточных вод включает усреднение, нейтрализацию и фильтрование, при этом кислые железосодержащие сточные воды нейтрализуют феррохромовым шлаком и подвергают фильтрованию под разрежением 0,03-0,06 МПа в течение 1-2 минут или давлением 0,1-0,3 МПа в течение 15-20 минут через тонкий слой феррохромового шлака толщиной 0,3-0,5 мм.

На фиг.1 представлены зависимости скорости фильтрования от длительности фильтрования при разделении суспензии гидроокиси железа (11) через тонкий слой ФХШ на модели фильтр-пресса ФПАКМ при давлении p=0,1 МПа, ткань капрон арт. 56007. а) Концентрация серной кислоты 0,5 г/л, концентрация железа (11) 0,5 г/л. б) Концентрация серной кислоты 0,98 г/л (pH 2), концентрация железа (11) 1,0 г/л.

На фиг.2 представлена зависимость объема фильтрата от времени фильтрования при различных величинах давления фильтрования. Перед фильтрованием сточные воды нейтрализуют ФХШ и подвергают фильтрованию через слой ФХШ толщиной 0,3-0,5 мм. а) Концентрация железа (11) 0,5 г/л, pH 2-3. б) Концентрация железа (11)1,0 г/л, pH 3.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Фильтрование нейтрализованных сточных вод проводят на погружной вакуум-фильтровальной воронке площадью фильтрования 0,004 м², моделирующей работу барабанных вакуум-фильтров с нагружной поверхностью фильтрования и лабораторной модели фильтр-пресса ФПАКМ площадью фильтрования 0,01 м².

Нейтрализации подвергают кислую железосодержащую сточную воду. Величину pH сточных вод варьировали в пределах от 2 до 5-6, содержание иона железа от 0,025 до 2,0 г/л. Фильтрованию подвергали суспензию гидроокиси железа (11). Толщина слоя ФХШ составляла 0,3-0,5 мм, время фильтрования под вакуумом - 1-2 мин, под давлением - 15-20 мин. Фильтрование под вакуумом осуществляли при величине разрежения 0,03-0,06 МПа, под избыточным давлением - 0,1-0,3 МПа. В качестве фильтровальной перегородки использовали капрон арт. 56007. В процессе исследований замеряли скорость фильтрования и определяли содержание иона железа (11) в фильтрате.

Параметры процесса фильтрования кислых железосодержащих, нейтрализованных ФХШ, сточных вод через тонкий слой ФХШ толщиной 0,3-0,5 мм представлены в таблице 1.

Как видно из таблицы 1, толщина слоя ФХШ 0,3-0,5 мм достаточна для обеспечения высокого качества фильтрата, предотвращения кольматации фильтровальной перегородки и обеспечения оптимальных условий ее регенерации. Нейтрализация сточных вод ФХШ обеспечивает высокие фильтрационные свойства суспензии, позволяя вести процесс с достаточно высокими скоростями фильтрования 8-18 м/ч. На поверхности фильтровальной перегородки образуется слой осадка и вспомогательного вещества толщиной 1-7 мм в зависимости от качества очищаемых сточных вод влажностью 40-50%.

Существенным отличием предлагаемого способа является нейтрализация сточных вод ФХШ и последующее фильтрование нейтрализованных сточных вод через тонкий 0,3-0,5 мм слой ФХШ под разрежением или давлением, т.к. только при такой обработке сточных вод достигается технический результат изобретения. Никакие другие комбинации нейтрализующих реагентов и фильтрующих материалов, в том числе и шлаков, не дают существенного увеличения скорости фильтрования.

Для сравнения в таблице 2 представлены данные по фильтрованию под разрежением нейтрализованных известью кислых железосодержащих сточных вод через слой ФХШ толщиной 0,3-0,5 мм.

Как видно из таблицы 2, скорости фильтрования в 5-7 раз ниже, чем в предлагаемом способе.

В таблице 3 представлены данные по фильтрованию нейтрализованных ФХШ сточных вод через слой перлита толщиной 0,3-0,5 мм.

Как видно из таблицы 3, скорости фильтрования в 4-5 раз ниже по сравнению с предлагаемым способом.

Как видно из таблиц 1-3, предварительная нейтрализация сточных вод ФХШ обеспечивает увеличение скоростей фильтрования в 4-7 раз, это объясняется тем, что при нейтрализации сточных вод ФХШ образуются большие флокулы частиц гидроокиси железа, суспензия которых хорошо фильтруется, обеспечивая механизм фильтрования с образованием осадка (наиболее предпочтительный при фильтровании) (фиг.1).

Что касается разности давлений при фильтровании, то увеличение скоростей фильтрования при росте давления фильтрования не безгранично при фильтровании через тонкие слои мелкодисперсных материалов из-за присущей им сжимаемости.

При фильтровании под разрежением поставленная цель изобретения (увеличение скоростей фильтрования) достигается при увеличении вакуума 0,03-0,06 МПа. Ведение процесса фильтрования при величине вакуума ниже 0,03 МПа не приводит к значительному увеличению скоростей фильтрования, а при увеличении разрежения выше 0,06 МПа скорости фильтрования снижаются из-за сжатия слоя ФХШ и увеличения его гидравлического сопротивления (таблица 4).

Процесс фильтрования сточных вод, нейтрализованных ФХШ, через тонкий слой ФХШ характеризуется незначительным падением скорости во времени, поэтому является целесообразным вести фильтрование на аппаратах, где длительность стадии фильтрования неограничена, например фильтр-прессах ФПАКМ (таблица 5).

Изучение падения скорости фильтрования во времени (фиг.1) показало, что время фильтрования может быть увеличено до 15-20 минут. При этом скорость фильтрования в конце фильтроцикла составляет 2,5-5,0 м/ч в зависимости от качества очищаемых сточных вод. Толщина слоя осадка составляет 24-30 мм влажностью 45%.

Выбор оптимального давления фильтрования показал, что увеличение избыточного давления фильтрования с 0,1 до 0,3 МПа ведет к существенному увеличению количества фильтрата на 60-70%, дальнейшее увеличение давления фильтрования нецелесообразно (фиг.2).

ПРИМЕР 1. Кислую железосодержащую сточную воду (pH 3-4, концентрация иона железа (11) 0,2 г/л) нейтрализуют ФХШ (2,1 г/л) до pH 8,5-9,5. Полученную суспензию гидроокиси железа фильтруют через слой ФХШ толщиной 0,3-0,5 мм под разрежением 0,05 МПа. В качестве фильтровальной перегородки используют капрон арт.56007. Слой ФХШ толщиной 0,3-0,5 мм получают фильтрованием 3%-ной по весу суспензии ФХШ под разрежением 0,05 МПа в течение 3-5 с. При этом средняя скорость фильтрования за 1-2 мин составила 10,4 м/м, содержание иона железа (11) в фильтрате - 0,5 мг/л, влажность отработавшего слоя ФХШ с осадком гидроокиси железа после просушки под вакуумом составила 45%.

ПРИМЕР 2. Кислую железосодержащую сточную воду (pH 2, концентрация иона железа (11) 1,0 г/л) нейтрализуют ФХШ (10,8 г/л) до pH 8,5-9,5. Полученную суспензию гидроокиси железа фильтруют под давлением 0,1 МПа через слой ФХШ толщиной 0,3-0,5 мм. В качестве фильтровальной перегородки использовали капрон арт. 56007. Слой ФХШ толщиной 0,3-0,5 мм получают фильтрованием 3%-ной по весу суспензии ФХШ под давлением 0,1 МПа в течение 3 с. При этом средняя скорость за 20 минут составила 8,0 м/ч, концентрация иона железа в фильтрате 0,5 мг/л, влажность отработавшего слоя ФХШ с осадком после просушки продувкой сжатого воздуха составила 45%.

Осуществление предлагаемого способа очистки сточных вод позволяет совместить в одном аппарате процессы глубокого осветления сточных вод и обезвоживания образующегося осадка гидроокиси железа. Использование серийно выпускаемого оборудования для осуществления процесса фильтрования позволяет широко внедрять предлагаемый способ очистки.

Изобретение относится к области очистки сточных вод и может быть использовано в машиностроительной и металлообрабатывающей промышленности, где необходимо обезвреживать кислые железосодержащие сточные воды. Кислые железосодержащие сточные воды усредняют, нейтрализуют феррохромовым шлаком и фильтруют. При этом фильтруют под разрежением 0,03-0,06 МПа в течение 1-2 мин или давлением 0,1-0,3 МПа в течение 15-20 мин через слой феррохромового шлака толщиной 0,3-0,5 мм. Технический результат: увеличение скорости фильтрования и повышение производительности фильтровального оборудования. 2 ил., 5 табл.

Способ очистки кислых железосодержащих сточных вод, включающий усреднение, нейтрализацию сточных вод феррохромовым шлаком и фильтрование, отличающийся тем, что сточные воды нейтрализуют феррохромовым шлаком и подвергают фильтрованию под разрежением 0,03-0,06 МПа в течение 1-2 мин или давлением 0,1-0,3 МПа в течение 15-20 мин через слой феррохромового шлака толщиной 0,3-0,5 мм.