СПОСОБ УДАЛЕНИЯ СУЛЬФАТОВ И ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 2011 года по МПК C02F9/14 C02F1/58 C02F1/62 C02F101/20 C02F103/16 

Изобретение относится к способу очистки сточных вод, содержащих сульфаты и тяжелые металлы. Такие сточные воды накапливаются в больших количествах, в частности, в горной промышленности при транспортировке, обогащении и добыче металлической руды. Обычно сульфаты из таких сточных вод осаждают в виде сульфата кальция путем снижения pH и добавления осадителя, такого, как известковое молоко, и удаляют из сточных вод с помощью отстойников или стадий фильтрации. Из-за наличия тяжелых металлов в сточных водах сульфатный шлам должен рассматриваться как спецотходы и складироваться с высокими затратами в специальных хранилищах. Из документа US 5587079 известен способ, при котором тяжелые металлы осаждают путем введения сероводорода и удаляют. Часть содержащей сульфаты воды подается на биореактор, где с помощью сульфатовосстанавливающих бактерий сульфат преобразуется в H₂S, который используется для осаждения тяжелых металлов. Избыточный сульфат преобразуется в биореакторе в H₂S, а последний приводится в реакции с образованием сульфидов металлов. Недостатком этого способа является прежде всего то, что через биореактор нужно проводить полное количество сточных вод, чтобы отделить весь содержащийся в них сульфат. Это требует не только очень больших биореакторов с соответствующими эксплуатационными расходами и расходами на обслуживание, но также дальнейших дополнительных технологических этапов и соответствующего оборудования для превращения образованного сероводорода в сульфиды металлов. Кроме того, недостатком является то, что при больших количествах сульфата образуется соответствующее большое количество сульфидов металлов, которые добавляются к сульфидам металлов, осажденным из сточных вод, содержащих тяжелые металлы. Тем самым в итоге скапливается очень большое количество сульфидов металлов, что, ввиду отсутствия возможностей утилизации, приводит к существенным проблемам с ликвидацией или хранением. Так, например, имеется опасность, что при контакте с кислой водой сероводород будет выделяться из сульфидов.

Таким образом, задачей изобретения является предложить альтернативный способ очистки сточных вод, содержащих сульфаты и тяжелые металлы, который не содержит, в частности, указанных недостатков.

Эта задача решена способом по пункту 1 формулы изобретения, в котором на первом этапе очистки через сточные воды проводится сероводород. При этом содержащиеся в сточных водах тяжелые металлы, как, например медь, железо или марганец, осаждаются в виде сульфидов и удаляются из сточных вод до того, как на втором этапе очистки из сточных вод будет осажден сульфат кальция путем добавления осадителя. Это принцип имеет то преимущество, что отделение сульфатов из сточных вод можно провести по существу за один-единственный этап, при необходимости с последующим фильтрованием для удаления остаточной влаги. Напротив, отделение сульфатов известным способом требует по меньшей мере двух этапов, а именно проведение практически всего количества сточных вод через биореактор и последующее превращение в сульфиды металлов, что, естественно, требует использования соответствующих солей, то есть дополнительного расхода химикатов. В отличие от сульфидов металлов, осажденный сульфат кальция (гипс) можно применять в строительной промышленности как наполнитель для получения строительного камня или как связующее. Кроме того, выгодно, что в предлагаемом способе необходим лишь относительно малый биореактор, так как он служит исключительно для создания количества сероводорода, необходимого для осаждения содержащихся в сточных водах тяжелых металлов.

Фактически требуемое количество сероводорода можно просто регулировать количеством сульфата кальция, подаваемого на третий этап очистки, а именно так, чтобы имелось стехиометрическое соотношение сульфидов и ионов тяжелых металлов. Чтобы, например, в случае переменного содержания тяжелых металлов снизить расходы на анализ, можно работать при избытке сероводорода, в частности, на 20 моль.% относительно стехиометрического количества. В случае меньшего содержания тяжелых металлов неизрасходованный сероводород можно, например, отправить на промежуточное хранение, чтобы при необходимости снова использовать.

В качестве осадителя предпочтительно используется алюминат кальция. Допустимо также применение алюмината натрия.

Далее изобретение будет пояснено более подробно с обращением к приложенному чертежу, который показывает блок-схему способа по изобретению.

Для обсуждаемого способа очистки сточных вод в целом требуется по существу три этапа очистки, которые на чертеже обозначены цифрами I-III. Сточные воды для очистки сначала подаются на этап очистки I. Он включает реактор 1 для обработки сточных вод сероводородом. Сточные воды загружают в реактор 1 по линии 2. По линии 3 в реактор 1 в место, находящееся в нижней зоне реактора, подается сероводород. Чтобы сероводород распределить в сточных водах как можно тоньше, имеется перекачивающее устройство. Оно содержит отходящий от верхней части реактора и входящий в лежащее ниже место реактора 1 циркуляционный трубопровод 5, в котором установлен насос 6. С его помощью сточные воды циркулируют с более высокой скоростью, причем внутри реактора 1 возникает сильная турбулентность, способствующая перемешиванию реагентов. Образованные в результате ввода сероводорода сульфиды тяжелых металлов с потоком сточных вод проводятся вверх и через выпуск 7, расположенный в зоне вблизи крыши, попадают в находящуюся за реактором 1 фильтрационную установку 8. Здесь сульфиды тяжелых металлов отфильтровываются от сточных вод. В нижней части фильтрационной установки 8 первичный шлам, содержащий сульфиды тяжелых металлов, отводится по линии 9 и подвергается фильтрации, например, с помощью пластинчатого фильтр-пресса 10. По линии 12 из фильтрационной установки 8 отбирается фильтрат, т.е. очищенные от сульфидов тяжелых металлов сточные воды, и проводится на этап очистки II.

Этап очистки II включает отстойник 13 с дном 14, выполненным в форме воронки или клина. В месте, близком к верхней стороне 15 отстойника 13, в отстойник 13 входит линия 12, идущая от фильтрационной установки 8. Из запасного бака 16 в отстойник 13 вводится алюминат кальция как осадитель. Для ускорения процесса осаждения в отстойнике 13 имеется мешалка 17, которая работает от мотора 18. Осажденный сульфат кальция собирается при выключенной мешалке 17 на дне 14 отстойника 13 и по линии 19 отбирается как вторичный шлам, а сточные воды, по существу очищенные от сульфатов, отбираются по линии 20, расположенной вблизи верхней стороны 15. По линии 22, ответвляющейся от линии 19, часть вторичного шлама подается на этап очистки III.

Этап очистки III образован по существу биореактором 23, в котором с помощью сульфатовосстанавливающих бактерий сульфат известным способом преобразуется в сероводород. Чтобы это превращение могло произойти, в биореакторе 23 соблюдаются бескислородные условия. Превращение сульфатов в сероводород требует электронодонора или источника углерода. Он в виде обогащенных органикой сточных вод 24 подается в реактор 23 через запасную емкость 25 и линию 26. В качестве продуктов реакции микробиологического обмена веществ образуются сероводород и диоксид углерода. Эта газовая смесь по линии 3 подается в реактор 1 этапа очистки I. В результате реакций в биореакторе 23 образуются твердые вещества, прежде всего органической природы, которые через выходящую снизу биореактора 23 линию 27 подаются на установку фильтрации, например, также пластинчатый фильтр 10. Фильтрат при необходимости можно снова направить в биореактор 23.

Изобретение может быть использовано в горной промышленности при транспортировке, обогащении и добыче металлической руды. Способ включает следующие этапы: а) на первом этапе очистки (I) через сточные воды пропускают сероводород и удаляют содержащиеся в сточных водах тяжелые металлы в виде сульфидов, b) на втором этапе очистки (II) из сточных вод осаждают сульфат кальция, с) сульфат кальция со второго этапа очистки (II) удаляют и часть сульфата кальция подают на третий этап очистки (III), на котором сульфат преобразуют в сероводород с помощью сульфатовосстанавливающих бактерий, d) образованный на третьем этапе очистки (III) сероводород возвращают на первый этап очистки (I). Для осаждения сульфатов в предпочтительном варианте используют алюминат кальция. Способ обеспечивает упрощение процесса очистки сточных вод и утилизацию образующихся осадков. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ удаления сульфатов и тяжелых металлов из сточных вод со следующими этапами:
a) на первом этапе очистки (I) через сточные воды проводится сероводород, причем содержащиеся в сточных водах тяжелые металлы осаждаются в виде сульфидов и удаляются из сточных вод,
b) на втором этапе очистки (II) из сточных вод путем добавления осадителя высаживают сульфат кальция,
c) сульфат кальция со второго этапа очистки (II) удаляют и часть его подают на третий этап очистки (III), на котором с помощью сульфатовосстанавливающих бактерий сульфат преобразуется в сероводород,
d) сероводород, образованный на третьем этапе очистки (III), возвращают на первый этап очистки (I).

2. Способ по п.1, в котором в качестве осадителя применяется алюминат кальция.

3. Способ по п.1 или 2, в котором на третий этап очистки (III) подается столько сульфата кальция, чтобы сероводород образовывался в количестве, необходимом, по меньшей мере, для стехиометрического превращения тяжелых металлов, содержащихся в сточных водах.

4. Способ по п.3, в котором работают при избытке сероводорода на 20 мол.%.