СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ Российский патент 2010 года по МПК C02F1/62 C02F1/52 C02F1/48 C02F103/10 

Изобретение относится к процессам водоочистки и может быть использовано для высокой степени очистки сточных вод на предприятиях по добыче (шахтах, карьерах) и переработке тяжелых металлов, в том числе радиоактивных.

Известен способ очистки кислых сточных вод от ионов тяжелых металлов (патент РФ №2108301, МПК 6 C02F 1/62, опубл. 1998.04.10), включающий двухстадийное осаждение тяжелых металлов с использованием известкового молока на первой стадии и карбоната натрия - на второй стадии. Причем на первой стадии осаждения сточные воды обрабатывают известковым молоком до рН 4,8-5,4 и полученную суспензию дополнительно обрабатывают карбонатом натрия до рН 6,0-6,5 с последующим выделением осадка, а на второй стадии рН осветленных стоков с остаточным содержанием примесей доводят до уровня 7,5-8,0, после чего суспензию кондиционируют флотореагентом с последующим выделением осадка флотацией. В качестве флотореагента используют натриевые соли синтетических жирных кислот с длиной углеводородного радикала выше C₂₁.

Недостатком данного способа является сравнительно низкая конечная степень очистки сточных вод от тяжелых металлов (от меди, цинка и железа) и ограниченное число разновидностей тяжелых металлов, выделяемых из очищаемой воды.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является выбранный за прототип способ очистки сточных вод (патент РФ №2145942, МПК7 C02F 1/52, C02F 1/54, опубл. 2000.02.27), включающий обработку воды коагулянтом, осаждение осадка и его флотацию. При этом первую стадию очистки ведут с использованием извести и гидролизирующейся соли железа или алюминия, ПАВ, а вторая стадия ведется с последовательным вводом тонкодисперсной минеральной взвеси, коагулянта и ПАВ при оптимальных значениях рН. Минеральную взвесь вводят в количестве 40-500 мг/л, время отстаивания осадка перед флотацией в первый и второй стадиях составляет 1-120 с. В качестве минеральной взвеси (крупностью меньше 100 мкм) используется любое минеральное вещество с развитой поверхностью, например апатит-нефелиновая руда, вермикулитовый концентрат после обжига, цеолит, шунгизит, зола тепловых электростанций, любой органический сорбент.

Основным недостатком этого способа является сравнительно низкая конечная степень очистки сточных вод от тяжелых металлов: железа, меди, никеля и кобальта и ограниченные возможности очистки от других тяжелых металлов.

Основным техническим результатом предложенного способа является существенное повышение степени очистки сточных вод от большого числа разновидностей тяжелых металлов (в таблице колонка 2), в том числе от таких вредных для здоровья человека и других живых организмов, как уран, свинец и молибден. Следует заметить, что молибден трудно удаляется большинством существующих способов очистки, так как большинство его солей растворимы в воде и водных растворах.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе очистки сточных вод от тяжелых металлов, по которому в очищаемую воду добавляют известковое молоко, сульфат железа и цеолит, согласно предложенному решению цеолит добавляют первым, а известковое молоко и сульфат железа - после перемешивания цеолита с водой, затем воду последовательно отстаивают, осветленную воду аэрируют, обрабатывают импульсными барьерными разрядами из расчета затрат электроэнергии не менее 50 Вт·ч/м³ воды и фильтруют, причем используют природный цеолит, измельченный до фракции не более 0,3 мм.

Для обоснования сущности предложенного способа и выявления его преимуществ выполнен большой объем экспериментальных работ, при которых изучался предлагаемый способ, его прототип и проводились опыты по изучению влияния на очистку воды в предлагаемом способе крупности частиц цеолита. Основные результаты приведены в таблице. Показатели сточной воды действующего горно-обогатительного комбината (ГОК), на которой проводились все опыты, приведены в колонке 3. Показатели очистки сточных вод от тяжелых металлов заявляемым способом - в колонке 4; заявляемым способом, но при наличии частиц цеолита крупностью до 0,4 мм - в колонке 5 и способом-прототипом - в колонке 6.

Пример выполнения предлагаемого способа.

В емкость объемом 200 м³ заливают 180 м промышленной сточной воды Приаргунского горно-обогатительного комбината. Сведения о ее составе приведены в колонке 3 таблицы. В эту воду добавляют природный цеолит с крупностью частиц не более 0,3 мм из расчета 150 г/м³ воды. Для перемешивания в очищаемую воду в течение 15 мин подают сжатый воздух в количестве 2,5 м на 1 м³ воды. Затем, продолжая перемешивание, подают известковое молоко в виде суспензии 150 г/м³ (по СаО) и раствор сульфата железа 35 г/м (по безводной соли). После этого воду отстаивают в течение 6 ч. Осветленную воду аэрируют из расчета 10 м³ воздуха на 1 м³ воды. Аэрированную воду обрабатывают импульсными барьерными разрядами из расчета затрат электроэнергии не менее 50 Вт·ч/м³ воды. После обработки воды импульсными барьерными разрядами ее фильтруют (результаты приведены в колонке 4 таблицы).

Из материалов по исследованию влияния крупности частиц цеолита в колонке 5 таблицы приведены результаты использования природного цеолита, измельченного до фракции не более 0,4 мм, то есть больше, чем в заявляемом способе, всего на 0,1 мм. Сравнение данных колонок 4 и 5 показывает, что использование цеолита, измельченного до фракции более 0,3 мм, существенно снижает степень очистки сточных вод от тяжелых металлов, в том числе от свинца, урана и молибдена.

В колонке 6 приведены данные исследований прототипа, полученные нами при очистке сточных вод действующего ГОК в соответствии с примером 1, приведенном в описании прототипа. В емкость (объем 20 м) опытно-промышленной установки заливают 18 м³ промышленной сточной воды. Сведения о ее составе приведены в таблице (колонка 3). В начале осуществляют первую стадию очистки воды: при перемешивании в нее добавляют известковое молоко (50 мг/л) и соли железа (железный купорос, 25 мг/л по железу), а затем ПАВ из расчета 70 мг/л. После этого вода, прошедшая первую стадию очистки, проходит вторую стадию очистки, при которой в нее последовательно вводят цеолит с размером частиц менее 100 мкм (200 мг/л), железный купорос (40 мг/л) и ПАВ (100 мг/л).

№ п/п Тяжелые металлы Исходная вода, мг/л Очищенная вода, мг/л Во сколько раз заявляемый способ превосходит прототип? Заявляемый способ с частицами цеолита до 0,3 мм Заявляемый способ, но с частицами цеолита до 0,4 мм Способ-прототип 1 2 3 4 5 6 7 1 Cu 0,02 0,004 0,007 0,007 1,75 2 Zn 0,29 0,11 0,23 0,24 2,2 3 Fe 1,97 0,05 0,23 0,3 6,0 4 Ni 0,02 0,006 0,008 0,01 1,67 5 Co 0,05 0,01 0,02 0,01 0 6 Pb 0.27 0,015 0,019 0,024 1,6 7 Mn 0,57 0,04 0,08 0,10 2,5 8 U 1,173 0,057 0,11 0,16 2,8 9 Mo 1,04 0,22 0,29 0,78 3,6 10 Cr 0,5 0,1 0,15 0,15 1,5

Из данных колонки 7 видно, что по степени очистки заявляемый способ превосходит способ-прототип в 1,5-6,0 раз. Из десяти тяжелых металлов только по кобальту степень очистки осталась на прежнем уровне. По молибдену увеличилась в 3,6 раза, по свинцу - в 1,6 раза, а по урану - в 2,8 раза.

Способ может быть использован для очистки сточных вод в горно-обогатительной промышленности. В очищаемую воду добавляют известковое молоко, сульфат железа и цеолит, при этом цеолит добавляют первым, а известковое молоко и сульфат железа - после перемешивания цеолита с водой. Используют природный цеолит, измельченный до фракции не более 0,3 мм. Затем воду последовательно отстаивают, аэрируют, обрабатывают импульсными барьерными разрядами из расчета затрат электроэнергии не менее 50 Вт·ч/м³ воды и фильтруют. Предложенный способ обеспечивает существенное повышение степени очистки сточных вод от большого числа разновидностей тяжелых металлов, в том числе от урана, свинца и молибдена. 1 табл.

Способ очистки сточных вод от тяжелых металлов, по которому в очищаемую воду добавляют известковое молоко, сульфат железа и цеолит, отличающийся тем, что цеолит добавляют первым, а известковое молоко и сульфат железа - после перемешивания цеолита с водой, затем воду последовательно отстаивают, осветленную воду аэрируют, обрабатывают импульсными барьерными разрядами из расчета затрат электроэнергии не менее 50 Вт·ч/м³ воды и фильтруют, причем используют природный цеолит, измельченный до фракции не более 0,3 мм.