СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ИОНОВ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ Российский патент 2012 года по МПК C02F1/465 C02F1/62 C02F101/22 C02F103/16 

Изобретение относится к способам очистки сточных вод от ионов цветных металлов, в частности от никеля Ni²⁺, меди Cu²⁺, цинка Zn²⁺, хрома Cr³⁺, и может быть использовано на предприятиях машиностроения, приборостроения, черной и цветной металлургии, радиоэлектроники, электротехнической промышленности, имеющих гальванические производства для создания систем водоочистки и оборотного водоснабжения.

Известен способ очистки сточных вод от ионов металлов, включающий электрохимическую обработку исходной воды с использованием гальванического элемента железо-медь (патент РФ №2054387, кл. C02F 1/463, 1996). Недостатком данного способа является невысокая степень очистки, составляющая 97,7-99,8%.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки сточных вод от цветных и тяжелых металлов, включающий электрофлотацию с нерастворимыми анодами, заключающийся в том, что с целью повышения степени очистки и обеспечения возможности повторного использования цветных и тяжелых металлов, перед электрофлотацией в очищаемую воду вводят ионы Cl^-, или F^-, или в виде растворимой соли натрия или калия при массовом соотношении извлекаемого металла и введенного аниона 1:(0,35-1,5) (авторское свидетельство №1675217, кл. C02F 1/465, 1991).

К недостатку относится недостаточно высокая степень очистки от 97,4 до 99,8%. Этот способ выбран за прототип.

Задачей данного изобретения является разработка способа очистки сточных вод от цветных металлов, позволяющего повысить степень очистки за счет введения органического вещества N,N-Диметил-N-проп-2-енилпроп-2-ен-1-аминийхлорид.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом способе в сточную воду, содержащую ионы цветных металлов, вводят ионы Cl^-, или F^-, или в виде растворимой соли натрия или калия при массовом соотношении извлекаемого металла и введенного аниона 1:(0,35-1,5), далее устанавливают значение pH добавлением щелочи для образования частиц гидроксидов металлов. Затем в раствор вводят органическое вещество N,N-Диметил-N-проп-2-енилпроп-2-ен-1-аминийхлорид при массовом соотношении извлекаемого металла к введенному веществу 1:(0,002-0,003) и подают в электрофлотационный аппарат для извлечения частиц гидроксидов металлов.

Действие органического вещества N,N-Диметил-N-проп-2-енилпроп-2-ен-1-аминийхлорид сводится к адсорбционной перезарядке поверхности газовых пузырьков водорода и к возникновению электростатических сил притяжения между противоположно заряженными частицами гидроксидов металлов и пузырьков, а также к уменьшению размера пузырьков и скорости их всплытия, что приводит к повышению эффективности столкновения частиц и пузырьков и образованию флотокомплексов частица - пузырек. Это приводит к повышению степени очистки.

Изобретение иллюстрируется следующим примером.

Пример 1. В 1 л очищаемой воды, содержащей 50 мг/л иона хрома Cr³⁺, добавляют 25 мг/л иона Cl^- (в виде NaCl), при этом соотношение иона хрома к введенному хлорид-иону составляет 1:0,5. Добавлением щелочи NaOH устанавливают значение pH 7,0. Раствор перемешивают в течение 0,5 мин. В результате образуются взвешенные частицы гидроксида хрома. Затем в раствор вводят N,N-Диметил-N-проп-2-енилпроп-2-ен-1-аминийхлорид при массовом соотношении иона хрома к введенному веществу 1:0,002. Раствор перемешивают в течение 0,5 минут и подают в электрофлотационный аппарат для отделения частиц гидроксида хрома от воды. Процесс электрофлотации ведут при плотности тока 10,0 мА/см² в течение 7 минут с использованием катода из нержавеющей стали и оксидно-рутениевотитанового анода.

Очищенную воду анализируют на содержание хрома методом атомно-адсорбционной спектроскопии. Степень очистки от хрома составляет 99,99%, что соответствует его остаточной концентрации в очищенной воде 0,005 мг/л.

Аналогичные опыты проводят при соотношении иона хрома к вводимому веществу N,N-Диметил-N-проп-2-енилпроп-2-ен-1-аминийхлорид 1:0,001, 1:0,003, 1:0,004. Данные приведены в табл.1.

Пример 2. Исходный раствор очищают по такой же схеме, как в примере 1, но в присутствии F^-.

Пример 3. Исходный раствор очищают по такой же схеме, как в примере 1, но в присутствии .

Аналогичные опыты, как в примерах 1-3, проводят в присутствии ионов Ni²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺. Условия проведения экспериментов и полученные результаты сведены в табл.1.

ТАБЛИЦА 1 Выделяемый гидроксид металла, концентрация 50 мг/л pH очищаемой воды Вид вводимого иона в оптимальной концентрации 1:(0,3-1,5) Степень очистки от металлов, % при различных соотношениях металла к N,N-Диметил-N-проп-2-енилпроп-2-ен-1-аминийхлорид 1:0,001 1:0,002 1:0,003 1:0,004 Zn²⁺   Cl^- 99,55 99,99 99,99 99,60 9,0-9,5 F^- 99,47 99,99 99,99 99,55     99,60 99,99 99,99 99,63 Ni²⁺   Cl^- 99,69 99,99 99,99 99,56 9,5-10,0 F^- 99,57 99,99 99,99 99,40     99.43 99,99 99,99 99,37 Cu²⁺   Cl^- 99,59 99,99 99,99 99,48 8,5-9,0 F^- 99,45 99,99 99,99 99,51     99,50 99,99 99,99 99,43 Cr³⁺   Cl^- 99,68 99,99 99,99 99,72 6,8-7,3 F^- 99,45 99,99 99,99 99,58     99,72 99,99 99,99 99,64

Максимальная степень очистки от ионов металлов 99,99% достигается при массовом соотношении извлекаемого металла к введенному веществу N,N-Диметил-N-проп-2-енилпроп-2-ен-1-аминийхлорид 1:(0,002-0,003). В зоне низких и высоких соотношений знак зарядов частиц и пузырьков совпадает и электрофлотация протекает менее эффективно. В зоне промежуточных соотношений заряд частиц отрицателен, а пузырьков водорода положителен, что приводит к повышению степени очистки.

Для сравнения эффективности известного и предлагаемого способов проводилась очистка сточных вод с использованием одной и той же системы электродов, конструкции электрофлотатора, исходной оптимальной концентрации ионов металлов и Cl^-, или F^-, или - ионов, pH очищаемой воды. Полученные результаты представлены в табл.2.

ТАБЛИЦА 2 Ион металла Способ
очистки Степень очистки от металлов, % в присутствии анионов: Cl^- F^- Zn²⁺ Известный 99,80 97,80 99,20   Предлагаемый 99,99 99,99 99,99 Ni²⁺ Известный 98,90 98,60 99,40   Предлагаемый 99,99 99,99 99,99 Cu²⁺ Известный 97,40 99,10 99,50   Предлагаемый 99,99 99,99 99,99 Cr³⁺ Известный 99,80 99,40 99,50   Предлагаемый 99,99 99,99 99,99

Как видно из табл.2, в предлагаемом способе достигается высокая степень очистки 99,99%, что на 0,19-2,59% больше, чем в известном способе.

Изобретение может быть использовано на предприятиях машиностроения, приборостроения, черной и цветной металлургии, радиоэлектроники, электротехнической промышленности, имеющих гальванические производства для создания систем водоочистки и оборотного водоснабжения. Для осуществления способа в сточные воды, содержащие ионы никеля, меди, цинка, хрома, вводят анионы Cl^- или F^- или в виде растворимой соли натрия или калия при массовом соотношении извлекаемого металла и введенного аниона 1:(0,3-1,5) и добавляют органическое вещество N,N-Диметил-N-проп-2-енилпроп-2-ен-1-аминийхлорид при массовом соотношении извлекаемого металла к введенному веществу 1:(0,002-0,003) с последующим электрофлотационным извлечением из воды образующегося осадка. Способ позволяет повысить степень очистки от ионов цветных металлов до 99,99%. 2 табл., 3 пр.

Способ очистки сточных вод от ионов цветных металлов, включающий введение перед электрофлотацией в очищаемую воду ионов Cl^-, или F^-, или в виде растворимой соли натрия и калия при массовом соотношении извлекаемого металла и введенного аниона 1:(0,3-1,5), отличающийся тем, что в очищаемую воду вводят N,N-диметил-N-проп-2-енилпроп-2-ен-1-аминийхлорид при массовом соотношении извлекаемого металла и введенного вещества 1:(0,002-0,003).