СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ЦВЕТНЫХ И ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ Российский патент 2009 года по МПК C02F1/62 C02F1/52 C02F1/465 

Изобретение относится к способам очистки сточных вод от ионов цветных и тяжелых металлов, в частности от никеля (Ni²⁺), меди (Сu²⁺), цинка (Zn²⁺), хрома (Сr³⁺), и может быть использовано на предприятиях электронной и химической промышленности, черной и цветной металлургии, тяжелого машиностроения как для очистки общего стока, так и для локальной очистки.

Известен способ очистки сточных вод от тяжелых металлов с использованием в качестве реагента хлорид-ионов и гидроксида натрия с последующим электрофлотационным извлечением образовавшихся соединений (авторское свидетельство №1675217, кл. C02F 1/465, 1991). Недостатком данного способа является невысокая степень очистки от 97,4 до 98,8%.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки сточных вод от цветных и тяжелых металлов в присутствии иона растворимой соли щелочного металла, включающий электрофлотацию с нерастворимыми анодами, заключающийся в том, что с целью повышения степени очистки в очищаемую воду с рН=9-10,0 вводят ортофосфат-ионы РO₄ ^3- в виде растворимой соли ортофосфата натрия при массовом соотношении извлекаемого металла к введенному ортофосфат-иону 1:(0,5-1,0) (патент РФ №2122525, кл C02F 1/62, 1/465, 1998).

К недостатку относится невысокая скорость процесса очистки, составляющая 7 минут. Этот способ выбран за прототип.

Задачей данного изобретения является разработка способа очистки сточных вод от цветных и тяжелых металлов, позволяющего повысить скорость электрофлотационного процесса очистки при сохранении высокой степени очистки за счет образования агломератов взвешенных частиц гидроксифосфата металла с малой плотностью и большой площадью поверхности.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом способе в сточную воду с pH 9,0-10,0, содержащую ион никеля Ni²⁺ меди Cu²⁺, цинка Zn²⁺ или хрома Сr³⁺ вводят ортофосфат-ионы РO₄ ^3- в виде растворимой соли ортофосфата натрия при массовом соотношении извлекаемого металла к введенному ортофосфат-иону 1:(0,5-1,0). Затем дополнительно вводят раствор органического флокулянта полиакриламида гранулированного сульфатного ПАА-ГС при массовом соотношении извлекаемого металла к введенному флокулянту по основному веществу 1:(0,005-0,0075) с последующим электрофлотационным извлечением сфлокулированных взвешенных частиц гидроксифосфата металла при плотности тока 7,5-8,5 мА/см².

Метод электрофлотации основан на адгезии взвешенных частиц нерастворимых соединений высокодисперсными пузырьками газов водорода и кислорода, образующихся при электролизе воды. Газовые пузырьки, всплывая в объеме воды, взаимодействуют с взвешенными частицами, в результате этого происходит их взаимное слипание.

Плотность образующихся агрегатов взвешенных частиц с прилипшими к ним пузырьками газов меньше плотности воды, что обуславливает их транспорт на поверхность воды и накопление там в виде пенопродукта, который периодически удаляется механическим способом.

Использование нерастворимых анодов из титана с депассивирующим активным покрытием из смеси оксидов титана и рутения обеспечивает высокое качество очистки и не приводит к вторичному загрязнению очищаемых стоков продуктами разрушения анодов.

В присутствии органического флокулянта полиакриламида гранулированного сульфатного ПАА-ГС происходит увеличение размеров взвешенных частиц за счет их слипания и образования агломератов. Это способствует повышению эффективности захвата агломератов газовыми пузырьками и образованию устойчивых комплексов агломераты частиц - пузырьки газов, что приводит к увеличению скорости электрофлотационного процесса очистки.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. В 1 л очищаемой воды, содержащей 50 мг-ион никеля Ni²⁺ добавляют раствор щелочи NaOH до значения pH 9,0-10,0, далее вводят 25 мг-ион ортофосфата

РO₄ ^3-, при этом соотношение иона никеля к введенному ортофосфат-иону составляет 1:(0,5-1,0). Раствор перемешивают в течение 0,5 мин. В результате образуются взвешенные частицы гидроксифосфата никеля. Затем в раствор вводят раствор органического флокулянта ПАА-ГС в количестве 0,25 мг флокулянта по основному веществу, при этом соотношение иона никеля к введенному флокулянту составляет 1:0,005. Раствор перемешивают в течение 0,5 мин и подают в электрофлотационный аппарат для отделения агломератов взвешенных частиц гидроксифосфата никеля от очищаемой воды при плотности тока 8,5 мА/см². Процесс электрофлотации ведут в течение 4 мин.

Очищенную воду анализируют на содержание никеля методом атомно-адсорбционной спектроскопии.

Аналогичные опыты проводят при времени процесса очистки 5 и 6 мин. При этом соотношение иона никеля к введенному флокулянту составляет 1:0,0025, 1:0,005, 1:0,0075 и 1:0,01. Данные приведены в табл.1.

Как видно из приведенных данных, при времени электрофлотации 5 мин наибольшая степень извлечения наблюдается при массовом соотношении извлекаемого металла к введенному органическому флокулянту полиакриламиду гранулированному сульфатному (по основному веществу) 1:(0,005-0,0075). При увеличении соотношения более 0,0075 происходит стабилизация агрегативной устойчивости дисперсной системы, что приводит к ухудшению степени очистки.

Пример 2. Исходный раствор того же состава, как в примере 1, очищают по такой же схеме, но электрофлотацию проводят при плотности тока 7,5 мА/см². Как видно из приведенных данных, при времени электрофлотации 5 мин наибольшая степень извлечения наблюдается при массовом соотношении извлекаемого металла к введенному органическому флокулянту полиакриламиду гранулированному сульфатному (по основному веществу) 1:(0,005-0,0075). При этих условиях степень извлечения взвешенных частиц как и при плотности тока 8,5 мА/см² не изменяется.

Пример 3. Исходный раствор того же состава, как в примере 1, очищают по такой же схеме, но электрофлотацию проводят при плотности тока 6 мА/см². Как показано в табл.1, в этом случае электрофлотационная очистка менее эффективна во всем диапазоне исследованных массовых соотношениях извлекаемого иона металла к введенному флокулянту в пересчете на основное вещество, чем при использовании плотности тока 7,5 и 8,5 мА/см² из-за недостаточного газонаполнения раствора, что в свою очередь не приводит к улучшению условий электрофлотации.

Пример 4. Исходный раствор того же состава, как в примере 1, очищают по такой же схеме, но электрофлотацию проводят при плотности тока 10 мА/см². Как показано в табл.1, в этом случае электрофлотационная очистка существенно менее эффективна во всем диапазоне исследованных массовых соотношениях извлекаемого иона металла к введенному флокулянту в пересчете на основное вещество, чем при использовании плотности тока 7,5 и 8,5 мА/см² из-за появления в растворе турбулентных потоков в жидкости в результате слишком бурного выделения газовых пузырьков.

Для сравнения эффективности известного и предлагаемого способов проводилась очистка сточных вод с использованием одной и той же системы электродов, конструкции электрофлотатора, исходной концентрации ионов металлов и ортофосфат-ионов, pH среды. Полученные результаты представлены в табл.2.

В предлагаемом способе при сохранении высокой степени очистки достигается высокая скорость электрофлотационного процесса очистки - 5 минут, что на 2 минуты меньше, чем в известном способе, и плотность тока - 7,5-8,5 мА/см², что на

1,5-2,5 мА/см² меньше, чем в известном способе.

Технико-экономическая эффективность от применения предлагаемого способа обусловлена следующими факторами: повышение скорости процесса при сохранении высокой степени очистки сточных вод от тяжелых и цветных металлов при их сбросе в рыбохозяйственные водоемы; повышение производительности, сокращение продолжительности процесса, снижение удельных энергозатрат.

Таблица 2 Способ очистки Время процесса очистки, мин Степень очистки от металлов, % Плотность тока, мА/см² Сr³⁺ Ni²⁺ Zn²⁺ Сu²⁺ Известный 7 99,98 99,98 99,98 99,98 10 Предлагаемый 5 99,98 99,98 99,998 99,98 8,5 Предлагаемый 5 99,98 99,98 99,998 99,98 7,5

Изобретение относится к способам очистки сточных вод от цветных металлов и может быть использовано на предприятиях электронной и химической промышленности, черной и цветной металлургии, тяжелого машиностроения как для очистки общего стока, так и для локальной очистки. В сточную воду с pH 9,0-10,0 вводят ортофосфат-ион в виде растворимой соли ортофосфата натрия при массовом соотношении извлекаемого металла к введенному ортофосфат-иону 1:(0,5-1,0). Затем в раствор вводят раствор органического флокулянта полиакриламида гранулированного сульфатного ПАА-ГС при массовом соотношении извлекаемого металла к введенному флокулянту в пересчете на основное вещество 1:(0,005-0,0075) с последующей электрофлотационной обработкой при плотности тока 7,5-8,5 мА/см². Технический эффект - повышение скорости процесса при сохранении высокой степени очистки сточных вод от тяжелых и цветных металлов, повышение производительности, сокращение продолжительности процесса, снижение удельных энергозатрат. 2 табл.

Способ очистки сточных вод от цветных металлов, включающий введение в сточные воды с pH 9,0-10,0 ортофосфата натрия при массовом отношении извлекаемого металла к введеному ортофосфат-иону 1:(0,5-1,0) и электрофлотацию с нерастворимыми анодами, отличающийся тем, что перед электрофлотацией в очищаемую воду вводят органический флокулянт полиакриламид гранулированный сульфатный при массовом соотношении извлекаемого иона металла к введенному флокулянту в пересчете на основное вещество 1:(0,005-0,0075), а электрофлотацию осуществляют при плотности тока 7,5-8,5 мА/см².