СПОСОБ ОЧИСТКИ КИСЛЫХ ШАХТНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СТОЧНЫХ ВОД И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2008 года по МПК C02F1/28 

Описание патента на изобретение RU2319669C1

Настоящая группа изобретений относится к обработке промышленных сточных вод, в частности к нейтрализации и очистке кислых шахтных и технологических сточных вод от тяжелых металлов и органических примесей.

Количество сточных и сбросных вод, в том числе содержащих вредные неорганические и органические соединения, возрастает из года в год. Сброс кислых шахтных или рудничных вод, а также кислых технологических сточных вод многих производств, содержащих минеральные кислоты и катионы металлов, в том числе тяжелых и радиоактивных в природные водоемы, приводит к тяжелым нарушениям гидробиологического режима водоемов, токсичность этих металлов по отношению к живым организмам чрезвычайно высока.

Известен способ очистки технологического раствора, загрязненного красителями и тяжелыми металлами, описанный в патенте РФ №2220101, опубл. 27.12.2003, в котором загрязненный красителями и тяжелыми металлами технологический раствор смешивают с растворимой натрий-формой углеродсодержащего сорбента (с углеродсодержащим сорбентом в натрий-форме) до ее нейтрализации, разделяют прореагировавшую смесь на твердую и жидкую фазы, утилизируют твердую фазу и используют очищенную жидкую фазу в качестве оборотной технологической воды (патент РФ №2220101, опубл. 27.12.2003).

Недостатком данного способа является его ограниченное предназначение - использование для выделения красителей и тяжелых металлов из технологических растворов непосредственно в месте их образования, невозможность обеспечить непрерывность очистки и, как следствие, малая производительность.

В основу изобретения положена задача - разработать способ нейтрализации и очистки кислых шахтных и технологических сточных вод, выделения из них тяжелых металлов и органических примесей с применением природного углеродсодержащего сорбента - его растворимой натрий-формы.

Задача решается тем, что способ очистки кислых шахтных и технологических сточных вод включает подачу в рабочую емкость кислых шахтных или технологических сточных вод и углеродсодержащего сорбента в натрий-форме, перемешивание полученной смеси до ее нейтрализации, разделение прореагировавшей смеси на твердую и жидкую фазы, утилизацию твердой фазы и использование очищенной жидкой фазы в качестве оборотной технологической воды, причем углеродсодержащий сорбент в натрий-форме получают путем перемешивания и выдержки смеси, включающей бурый уголь, гидроксид натрия и оборотную технологическую воду, в реакторах с мешалками, а прореагировавшую смесь сточных вод углеродсодержащего сорбента перед разделением на твердую и жидкую фазы выводят из рабочей емкости непрерывно.

Признак получения углеродсодержащего сорбента в натрий-форме путем перемешивания и выдержки смеси, включающей бурый уголь, гидроксид натрия и оборотную технологическую воду, в реакторах с мешалками позволяет вести непрерывно процесс очистки кислых шахтных и технологических сточных вод в промышленных объемах, а совместно с признаком, касающимся непрерывного выведения из рабочей емкости прореагировавшей смеси перед разделением ее на твердую и жидкую фазы, позволяет обеспечить высокую производительность очистки кислых шахтных и технологических сточных вод.

Данный способ основывается на том, что переход катионов металлов в нерастворимую форму (в виде нерастворимых солей, гидроксидов и/или гидроксокомплексов металлов) происходит одновременно со стадией сорбции.

Нерастворимые соли металлов углеродсодержащего сорбента образуются непосредственно в процессе нейтрализации и выделения металлов из кислых шахтных и технологических сточных вод путем осаждения углеродсодержащего сорбента в натрий-форме (растворимой щелочной) при интенсивном перемешивании. Выделение сорбента проводят фильтрованием и центрифугированием, отработанный углеродсодержащий сорбент, содержащий металлы, направляют на стадию термического окисления, а маточный раствор (очищенные кислые шахтные и технологические сточные воды) после фильтрования используют как оборотную технологическую воду при приготовлении углеродсодержащего сорбента.

Наиболее близкой к заявленной установке является установка для выделения красителей и/или тяжелых металлов из технологического раствора по патенту РФ №2220101, опубл. 27.12.2003, которая включает загрузочное устройство с бункерами и дозаторами, соединенное с рабочей емкостью, включающей перемешивающее устройство и сливные патрубки, соединенные с рабочей емкостью входной патрубок, служащий для ввода технологического раствора, сливную секцию (блок разделения) с установленным в ней фильтрующим устройством и кольцевые сборники (мерную емкость) с выходными патрубками.

Недостатком известной установки является ее предназначение только для локальной очистки технологического раствора от красителей и тяжелых металлов, отсюда ее секционная конструкция и, как следствие, невысокая производительность.

В основу изобретения положена задача - разработать высокопроизводительную установку для непрерывной очистки кислых шахтных и технологических сточных вод от тяжелых металлов и органических примесей.

Задача решается тем, что предлагаемая установка для очистки кислых шахтных и технологических сточных вод включает загрузочное устройство с бункерами и дозаторами, рабочую емкость, включающую перемешивающее устройство, соединенный с ней блок разделения с установленным в нем фильтрующим устройством и мерную емкость, причем установка снабжена соединенным с загрузочным устройством и рабочей емкостью устройством получения углеродсодержащего сорбента в натрий-форме, выполненным в виде соединенных между собой реакторов с мешалками, и центрифугой, размещенной в блоке разделения, при этом мерная емкость соединена с блоком разделения и с устройством получения углеродсодержащего сорбента в натрий-форме, а рабочая емкость выполнена в виде реактора, соединенного с реакторами устройства получения углеродсодержащего сорбента в натрий-форме.

Признак, касающийся введения в установку устройства получения углеродсодержащего сорбента в натрий-форме, соединенного с загрузочным устройством и рабочей емкостью, позволяет предварительно получать порции углеродсодержащего сорбента в натрий-форме через заданные промежутки времени, определенные опытным путем. А выполнение его в виде соединенных между собой реакторов с мешалками обеспечивает непрерывность подачи полученных порций углеродсодержащего сорбента в натрий-форме в рабочую емкость, т.к. реакторы работают парами и пока в одну пару подают реакционную смесь, включающую бурый уголь, гидроксид натрия и оборотную технологическую воду, в другой паре реакторов эту смесь перемешивают и выдерживают в течение заданного времени, определенного опытным путем, например 30 минут, а после окончания выдержки полученный углеродсодержащий сорбент в натрий-форме с помощью дозирующих насосов направляют в реактор рабочей емкости. Этот цикл повторяют непрерывно.

Размещение центрифуги в блоке разделения дополнительно к вакуум-фильтру позволяет обеспечить снижение влажности твердой фазы (отработанного углеродсодержащего сорбента) и достичь ее значения менее 30%, что важно для утилизации отработанного сорбента методом термического окисления.

Выполнение рабочей емкости в виде реактора с перемешивающим устройством, соединенного с реакторами устройства получения углеродсодержащего сорбента в натрий-форме, непрерывно подаваемого в рабочую емкость, позволяет непрерывно выводить из реактора прореагировавшую смесь, обеспечивая непрерывность технологического процесса очистки кислых шахтных и технологических сточных вод.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлен общий вид установки для очистки кислых шахтных и технологических сточных вод.

Установка включает загрузочное устройство подготовки сырья для получения углеродсодержащего сорбента с бункером 1, являющимся накопителем измельченного бурого угля, и дозатором 2. Загрузочное устройство также включает накапливающий твердый гидроксид натрия бункер 3 с дозатором 4. Дозаторы 2 и 4 выполнены в виде шлюзовых питателей.

Загрузочное устройство через шлюзовые питатели 2 и 4 соединено с устройством получения углеродсодержащего сорбента в натрий-форме, выполненным в виде соединенных между собой 4-6 эмалированных реакторов 5 с мешалками, которое, в свою очередь, через дозирующие насосы 6 и 7 соединено с рабочей емкостью, выполненной в виде реакторов 8 непрерывного действия с перемешивающим устройством, в которых происходит очистка и нейтрализация кислой шахтной воды и технологических сточных вод. Предусмотрен вариант установки с использованием в качестве сырья раствора гидроксида натрия, который может направляться в реакторы 5 устройства получения углеродсодержащего сорбента в натрий-форме из дополнительного бункера 9.

Реакторы 8 рабочей емкости через насос 10 соединены с емкостью 11, наполняемой кислыми шахтными или технологическими сточными водами. В зависимости от производительности очистки рабочая емкость может быть выполнена в виде одного или нескольких реакторов с перемешивающим устройством. Для увеличения производительности очистки обычно ставят два реактора с перемешивающими устройствами.

Реакторы 8 рабочей емкости через промежуточную емкость 12 соединены с блоком разделения 13, который, для разделения твердой и жидкой фаз, содержит центрифугу 14, соединенную с ней емкость 15, с которой через насос 16 соединено фильтрующее устройство в виде вакуум-фильтра 17. Через вакуум-фильтр 17 блок разделения 13 соединен с емкостью 18 для очищенной воды, которая через насос 19 соединена с мерной емкостью 20. Вакуум-фильтр 17 также соединен с бункером 21, где накапливается отделенный твердый остаток, который затем поступает на сжигание в котлоагрегат 22 с топкой кипящего слоя для утилизации твердого осадка методом термического окисления. Бункер 23 предназначен для твердого теплоносителя. Котлоагрегат 22 соединен с системой циклонов 24 для улавливания золы в бункер 25.

Изобретение реализуют следующим образом. Измельченный бурый уголь (фракция 0-10 мм) подают в бункер 1 загрузочного устройства, откуда с помощью шлюзового питателя 2 направляют реакторы 5, в которых получают углеродсодержащий сорбент в натрий-форме. В эти же реакторы из бункера 3 с помощью шлюзового питателя 4 подают необходимое количество твердого гидроксида натрия. Предусмотрен и вариант с использованием в качестве сырья раствора гидроксида натрия, который может направляться в реакторы из дополнительной емкости 9. Вода, используемая на этой стадии процесса, является оборотной очищенной шахтной или технологической водой и поступает в реакторы 5 из мерной емкости 20.

Смесь (реакционную массу), включающую бурый уголь, гидроксид натрия и оборотную технологическую воду, перемешивают в реакторах 5 в течение 30 минут. После окончания выдержки полученный углеродсодержащий сорбент с помощью дозирующих насосов 6 и 7 направляют в реакторы 8 рабочей емкости, куда одновременно из емкости 11 через насос 10 поступают предназначенные для очистки кислые шахтные или технологические сточные воды. В этих реакторах они очищаются от токсичных компонентов, которые при взаимодействии с углеродсодержащим сорбентом в натрий-форме выпадают в осадок. Прореагировавшая смесь непрерывно выводится из реакторов 8, проходит промежуточную емкость 12 и оттуда поступает для разделения твердой и жидкой фаз на центрифугу 14 блока разделения 13. Фугат, представляющий собой воду с небольшим количеством взвеси тонкодисперсных твердых частиц, направляют в емкость 15 блока разделения 13 и с помощью насоса 16 подают на вакуум-фильтр 17, где завершается отделение осадка. Из вакуум-фильтра 17 часть очищенной воды поступает в емкость 18, откуда по мере необходимости ее закачивают в мерную емкость 20 с помощью насоса 19 для использования в устройстве получения углеродсодержащего сорбента в натрий-форме. Основное количество воды сбрасывается в водоем. Твердый остаток, отделенный на центрифуге 14 и вакуум-фильтре 17, поступает в бункер 21, откуда направляется на сжигание в котлоагрегат 22 с топкой кипящего слоя. Твердый теплоноситель направляется в котлоагрегат 22 из бункера 23. Продукты сгорания проходят систему циклонов 24, где улавливается зола, которая собирается в бункере 25.

Изобретение опробовано в шахтных условиях при очистке кислых шахтных вод, имеющих рН 2,7-3.

Для очистки шахтных вод Кизеловского бассейна были испытаны шесть углеродсодержащих сорбентов, полученных из бурых углей Березовского месторождения, Канско-Ачинского бассейна и Тюльганского месторождения Южно-Уральского бассейна. Испытания по очистке воды с помощью углеродсодержащего сорбентов проводил на шахтных водах шахты «Центральная» ПО "Челябинскуголь».

В примере №1 в качестве углеродсодержащего сорбента использован щелочной экстракт (раствор гуматов) бурого угля (Аd - 7%) Березовского месторождения, отделенный от твердого остатка. В примере №2 использована суспензия угля Березовского месторождения в растворе щелочи. В примерах №3 и №4 использована суспензия бурого угля (Аd - 4,9%) Тюльганского месторождения и отсева бурого угля Тюльганского месторождения с повышенной зольностью (Аd - 22,6%), соответственно аналогично примеру №2. В примерах №5 и №6 использована суспензия углей с большим количеством угля.

Испытания по очистке воды с помощью гель-сорбентов проводили на двух партиях шахтных вод шахты «Центральная» ПО "Челябинскуголь"

Полученные результаты представлены в виде таблиц.

Результаты очистки шахтной воды от катионов металлов растворимой натрий-формой углеродсодержащего сорбента представлены в таблице 1.

Таблица 1№ п/пЭлементИсходная водаПример-1Пример-2Пример-3Пример-4ДК, мг/лКонцентрация, мг/лКонцентрация, мг/лСтепень извлечения, %Концентрация, мг/лСтепень извлечения, %Концентрация, мг/лСтепень извлечения, %Концентрация, мг/лСтепень извлечения, %1Mg318,716,59549,3858,2978,2972Al233,40,041000,491000,6101,3990,53V0,0401000100010001000,14Cr0,03010001000,02330,02330,55Mn54,50,061000,061000,0210001000,16Fe37860,21000,201000,191000,081000,37Co1,701000100010001000,18Ni27,10100010001000,071000,19Cu0,060,03500,043301000,01831,010Zn1,190,1389010001000,02985,011Y1,22010001000100010012Zr0,03010001000100010013Yb0,12010001000100010014Th0,08010001000100010015U0,080100010001000100

Содержание металлов в смесях определяли методом масс-спектрометрии для элементного и изотопного анализа с ионизацией в индуктивно связанной плазме на приборе - PlasmaQuad.

Состав шахтной воды до и после очистки растворимой натрий-формой углеродсодержащего сорбента представлены в таблице 2.

Таблица 2№ п/пНоменклатура показателей, единицы измеренийИсходная шахтная водаПример-5Пример-61Сульфаты, мг/л5917503843442Общая жесткость мг-экв/л3396,436,9639,713Железо общее, мг/л57730,670,374Алюминий, мг/л3190,780,23

Результаты очистки воды от нефтяных примесей и тяжелых металлов растворимой натрий-формой углеродсодержащего сорбента представлены в таблице 3.

Таблица 3ВодасоляркаAlMnCoNiZnPbYUКонцентрация, мг/лИсходная25233,454,51,727,11,199,351,220,08После очистки20,040,06000,13000

Изобретение позволяет производить очистку больших объемов промышленных сточных вод с высокой скоростью путем введения в кислые шахтные или технологические сточные воды углеродсодержащего сорбента в натрий-форме при интенсивном перемешивании. В результате нейтрализации этих вод образуется нерастворимый осадок с одновременной сорбцией тяжелых металлов и/или органических примесей, который отделяется в составе отработанного сорбента от очищенного раствора путем фильтрования и центрифугирования.

Образовавшийся осадок после его накопления направляется непосредственно или после подсушивания на сжигание в теплоэнергетических установках предприятия. В ходе сжигания происходит полная минерализация.

Твердый остаток (шлам, влажность - 30%) целесообразно шихтовать с исходным углем в соотношении 3:1. Полученная смесь характеризуется теплотой сгорания на рабочую массу ˜2000 ккал/кг и представляет собой высокозольное топливо для сжигания. Образовавшиеся при этом золошлаковые остатки в зависимости от их состава могут складироваться, либо отправляться на дальнейшую переработку.

Изобретение позволяет проводить очистку и снижать жесткость воды, эффективно выделять как тяжелые и радиоактивные металлы, так и нефтепродукты и красители при достижении высокой степени очистки (˜70-100%), что расширяет технологические возможности изобретения, а также позволяет возвращать очищенную воду на технологические нужды, что снижает сброс технологических сточных вод в водоемы.

Использование природного углеродсодержащего сорбента позволяет значительно сократить время процесса очистки воды при высокой степени очистки и получить осадок с относительно низкой влажностью <30%, содержащий катионы металлов и органическую часть. Указанные свойства отработанного сорбента дают возможность проводить его утилизацию методом термического окисления, что значительно снижает площадь очистных сооружений.

Похожие патенты RU2319669C1

название год авторы номер документа
УСТАНОВКА ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ КРАСИТЕЛЕЙ И/ИЛИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РАСТВОРА 2001
  • Живетин В.В.
  • Артемов А.В.
  • Ольшанская О.М.
  • Лесникова Е.Б.
  • Артемова Н.И.
  • Головин Г.С.
RU2220101C2
СПОСОБ ОЧИСТКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ 2019
  • Добровольский Иван Поликарпович
  • Бархатов Виктор Иванович
  • Головко Александр Александрович
  • Кровяков Владимир Валерьевич
  • Капкаев Юнер Шамильевич
  • Головачев Иван Валерьевич
RU2726121C1
СПОСОБ НИЗКОЗАТРАТНОЙ ОЧИСТКИ И УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА 2013
  • Татаркин Александр Иванович
  • Семячков Александр Иванович
  • Почечун Виктория Александровна
RU2579578C2
КОМПЛЕКС СОРБЦИОННОЙ ОЧИСТКИ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ВОД 2009
  • Абрамов Владимир Олегович
  • Баязитов Вадим Муратович
  • Золеззи Гарретон Альфредо Алехандро
  • Векслер Георгий Борисович
  • Муллакаев Марат Салаватович
RU2422383C2
Способ нейтрализации кислых шахтных вод 2022
  • Максимович Николай Георгиевич
  • Хмурчик Вадим Тарасович
RU2785214C1
СПОСОБ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ, СОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЯ ШЕСТИВАЛЕНТНОГО ХРОМА 2017
  • Похитонов Юрий Алексеевич
  • Королев Владимир Алексеевич
  • Киршин Михаил Юрьевич
  • Мурзин Андрей Анатольевич
RU2678287C1
Установка для термической деструкции преимущественно твердых коммунальных отходов с получением углеродистого остатка 2020
  • Ясинский Олег Григорьевич
  • Гунич Сергей Васильевич
  • Еремин Александр Ярославович
  • Мищихин Валерий Геннадьевич
  • Шапошников Виктор Яковлевич
RU2747898C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРАСТВОРИМЫХ ГУМИНОВЫХ КИСЛОТ 2011
  • Фердман Владимир Михайлович
  • Габбасова Илюся Масзгутовна
  • Гарипов Тимур Талмасович
  • Сагитов Игорь Олегович
  • Томилова Анастасия Анатольевна
RU2463282C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЗБАЛЛАСТНЫХ ГУМИНОВЫХ СТИМУЛЯТОРОВ РОСТА РАСТЕНИЙ 1997
  • Соловьянов А.А.
  • Горлов Е.Г.
  • Головин Г.С.
  • Кост Л.А.
  • Коледин Д.М.
  • Пушканов В.В.
  • Родэ В.В.
RU2115642C1
Устройство для термического обезвреживания опасных отходов 2015
  • Чернин Сергей Яковлевич
RU2629721C2

Реферат патента 2008 года СПОСОБ ОЧИСТКИ КИСЛЫХ ШАХТНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СТОЧНЫХ ВОД И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

Группа изобретений относится к очистке промышленных сточных вод от тяжелых металлов и органических примесей. Способ очистки сточных вод включает подачу кислых шахтных или технологических сточных вод и углеродсодержащего сорбента в натрий-форме в рабочую емкость и перемешивание полученной смеси до ее нейтрализации. Прореагировавшую смесь непрерывно выводят из рабочей емкости, разделяют на твердую и жидкую фазы, твердую фазу утилизируют, а очищенную жидкую фазу используют в качестве оборотной технологической воды. Углеродсодержащий сорбент в натрий-форме получают путем перемешивания и выдержки смеси, включающей бурый уголь, гидроксид натрия и оборотную технологическую воду, в реакторах с мешалками. Процесс очистки ведут на установке, включающей загрузочное устройство с бункерами и дозаторами, рабочую емкость с перемешивающим устройством, соединенный с ней блок разделения с установленными в нем фильтрующим устройством и центрифугой, мерную емкость и устройство получения углеродсодержащего сорбента, выполненное в виде соединенных между собой реакторов с мешалками. Последнее соединено с загрузочным устройством, рабочей и мерной емкостями. Мерная емкость также соединена с блоком разделения. Рабочая емкость выполнена в виде реактора, соединенного с реакторами устройства получения углеродсодержащего сорбента. 2 н.п. ф-лы, 3 табл., 1 ил.

Формула изобретения RU 2 319 669 C1

1. Способ очистки кислых шахтных и технологических сточных вод, включающий подачу кислых шахтных или технологических сточных вод и углеродсодержащего сорбента в натрий-форме в рабочую емкость, перемешивание полученной смеси до ее нейтрализации, разделение прореагировавшей смеси на твердую и жидкую фазы, утилизацию твердой фазы и использование очищенной жидкой фазы в качестве оборотной технологической воды, отличающийся тем, что углеродсодержащий сорбент в натрий-форме получают путем перемешивания и выдержки смеси, включающей бурый уголь, гидроксид натрия и оборотную технологическую воду, в реакторах с мешалками, а прореагировавшую смесь перед разделением на твердую и жидкую фазы выводят из рабочей емкости непрерывно.2. Установка для очистки кислых шахтных и технологических сточных вод, включающая загрузочное устройство с бункерами и дозаторами, рабочую емкость с перемешивающим устройством, соединенный с ней блок разделения с установленным в нем фильтрующим устройством и мерную емкость, отличающаяся тем, что она снабжена соединенным с загрузочным устройством и рабочей емкостью устройством получения углеродсодержащего сорбента в натрий-форме, выполненным в виде соединенных между собой реакторов с мешалками, и центрифугой, размещенной в блоке разделения, при этом мерная емкость соединена с блоком разделения и с устройством получения углеродсодержащего сорбента в натрий-форме, а рабочая емкость выполнена в виде реактора, соединенного с реакторами устройства получения углеродсодержащего сорбента в натрий-форме.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2008 года RU2319669C1

УСТАНОВКА ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ КРАСИТЕЛЕЙ И/ИЛИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РАСТВОРА 2001
  • Живетин В.В.
  • Артемов А.В.
  • Ольшанская О.М.
  • Лесникова Е.Б.
  • Артемова Н.И.
  • Головин Г.С.
RU2220101C2
СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ ИОНОВ ЖЕЛЕЗА 1992
  • Кузнецова Л.Л.
  • Минскер Н.Л.
  • Коваленко Г.А.
RU2046102C1
RU 2063930 C1, 20.07.1996
JP 61242685 A, 28.10.1986
1992
RU2004319C1
Способ получения активированного угля 1989
  • Передерий Маргарита Алексеевна
  • Суринова Софья Ивановна
  • Будаев Станислав Сергеевич
  • Пушканов Владислав Владимирович
SU1699914A1

RU 2 319 669 C1

Авторы

Головин Георгий Сергеевич

Лесникова Елена Борисовна

Артемова Надежда Ивановна

Лукичева Валентина Петровна

Костяной Алексей Николаевич

Даты

2008-03-20Публикация

2006-05-22Подача