СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ИОНОВ РТУТИ И ЦИНКА Российский патент 2013 года по МПК C02F1/62 C02F101/20 

Изобретение относится к способам очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, в частности ртути и цинка. Сточные воды, одновременно содержащие ртуть и цинк, образуются в процессе производства химических источников тока на основе серебряно-цинковой электрохимической системы при амальгамировании цинковых электродов.

Известен способ очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, в частности от ртути, путем ее осаждения совместно с твердыми соединениями марганца, например сульфидом марганца (пат. РФ №2123478 кл. C02F 1/62, C01G 13/00, публ.19.11.1998 г.). Основными недостатками этого метода являются, во-первых, невозможность снижения концентрации ртути в очищаемой воде до уровня ПДК при однократном осаждении (применяется осаждение в несколько стадий), и, во-вторых, метод не предусматривает возможность очистки сточных вод от ионов цинка. Кроме того, в условиях РФ применение указанного метода очистки сточных вод экономически нецелесообразно из-за дефицитности и высокой стоимости соединений марганца. Регенерация же соединений марганца, содержащих ртуть и другие тяжелые металлы, значительно ухудшила бы и без того невысокие экономические показатели процесса.

Наиболее близким по технической сущности к настоящему предлагаемому изобретению является способ осаждения ртути сульфидом натрия совместно с хлоридом кальция и последующим отделением твердой фазы (авт.свид. СССР №343568 кл. C02F 1/00, публ. 1981 г.). Однако одновременная очистка сточной воды от ионов цинка в этом методе также не предусматривается.

Известно, что при осаждении ртути в виде сульфида имеет место образование комплексных сульфидсодержащих ионов типа (HgS₂)^-2, обладающих повышенной растворимостью, что обуславливает увеличение содержания ртути в очищаемой сточной воде. Возможно также образование твердых фаз в виде гидрогеля, плохо отделяемого от жидкости, и удаление твердой фазы в этом случае производится посредством длительного отстаивания.

Техническими задачами, подлежащими решению в данном изобретении, являются:

1. Обеспечение возможности очистки сточной воды от ионов ртути и цинка при их совместном присутствии.

2. Снижение концентрации ртути и цинка в очищенной воде до уровня ПДК (ПДК для ртути 0,005 мг/л, для цинка 1,0 мг/л).

3. Одновременно должна быть обеспечена высокая экономическая эффективность метода.

Для количественного удаления ртути и цинка из раствора при осаждении в виде сульфидов процесс должен проводиться в условиях, во-первых, исключающих выделение сероводорода, т.е. при pH>7,5…8,5, и, во-вторых, в условиях, когда образование ртутьсодержащих комплексных ионов типа (HgS₂)^-2 минимизировано или вовсе исключено. (Для цинка образование комплексных ионов подобного типа неизвестно.)

Произведения растворимости сульфидов ртути и цинка соответственно равны [Hg⁺²] [S^-2]=1,6·10^-52 и [Zn⁺²][S^-2]=1,0·10^-23.

Столь низкое значение произведения растворимости ZnS обеспечивает возможность получения количества ионов S^-2 в растворе, достаточной для осаждения ртути в виде HgS, но недостаточной для образования значительных концентраций комплексных ионов (HgS₂)^-2.

Необходимо иметь в виду, что превышение количества ионов S^-2, стехиометрически необходимого для суммарного осаждения ионов Hg⁺² и Zn⁺², недопустимо, поскольку в противном случае появляется опасность повышения концентрации ионов S^-2, а следовательно, и ионов (HgS₂)^-2 в растворе. Поэтому для требуемой высокой степени осаждения сульфидов HgS и ZnS целесообразно вводить в раствор осадитель Na₂S в количестве, несколько меньшем, чем необходимо по стехиометрии, например 85…90% от требуемого, а после отделения твердой фазы, содержащей осажденные сульфиды HgS и ZnS, оставшиеся в растворе избыточные ионы Zn⁺² удалять из раствора иным методом. В то же время количество вводимого сульфида должно быть не меньше, чем было бы необходимо для осаждения только лишь ртути.

Осаждение сульфидов должно проводиться при рН=7,5…8,5 с тем, чтобы минимизировать выделение сероводорода в окружающую воздушную среду. Это позволяет сохранить требуемое содержание ионов S^-2 в растворе и не создавать высоких и опасных для здоровья персонала концентраций H₂S в воздухе рабочей зоны, не допуская в то же время полного осаждения цинка.

С другой стороны известно, что минимальное содержание ионов Zn⁺² в растворе достигается при рН=9,3, а концентрация ионов цинка, не превышающая ПДК, обеспечивается в достаточно широком интервале pH, а именно при рН=8,5…10,5.

Таким образом, снижение концентрации ионов Zn⁺² до величины ПДК после отделения ртути и основного количества цинка может быть достигнуто повышением pH сточной воды до 8,5…10,5 путем дальнейшего подщелачивания с последующим отделением образовавшейся при этом твердой фазы.

Опытная проверка предложенного метода проведена на одной из поступивших на очистные сооружения партии сточной воды типичного состава, образовавшейся в течение одной смены работы цеха амальгамирования цинковых электродов.

Источник образования сточной воды - содержимое ванн улавливания после процесса амальгамирования, результат промывки оборудования и аппаратуры, а также влажной уборки рабочих мест, помещений и санитарно-гигиенических мероприятий персонала (мытье рук, смывка локальных загрязнений спецодежды и т.д.).

Общее количество поступившей сточной воды

Состав сточной воды по результатам анализа:

ртуть 1,24 мг/л цинк 240 мг/л кислота уксусная рН=6,2

Ниже приведено описание основных технологических операций при опытной проверке предложенного процесса.

1. Фильтрование исходной сточной воды с целью отделения твердой фазы (взвешенных частиц металлического цинка и иных твердых частиц).

2. Подщелачивание сточной воды (фильтрата) 1,0 N раствором NaOH до рН=7,5…8.5.

3. Осаждение ртути и частичное осаждение цинка сульфидом натрия Na₂S. Для осаждения применялся раствор сульфида натрия, с концентрацией 150 г/л, в количестве 17,0 л, полученный путем растворения Na₂S·9H₂O. Количество добавленного Na₂S соответствовало 85% от требуемого стехиометрического количества.

4. Фильтрование образовавшейся суспензии.

5. Подщелачивание фильтрата до рН=8,5…10,5 посредством 1,0 N раствора NaOH.

6. Фильтрование образовавшейся суспензии.

7. Сброс очищенной сточной воды (фильтрата) в канализационную систему.

8. Сбор всех видов осадков для сдачи в установленном порядке в виде промышленных отходов.

Результаты анализа очищенной сточной воды:

Содержание ртути 0,0038 мг/л (ПДК=0,005 мг/л)

Содержание цинка 0,89 мг/л (ПДК=1,0 мг/л)

Таким образом, высокая эффективность предлагаемого метода подтверждена экспериментально. Одновременно показана экономическая эффективность процесса, поскольку количество образовавшихся осадков, подлежащих сдаче в виде высоко токсичных отходов, не превышает стехиометрического количества, а для осаждения применяются общедоступные недорогие реактивы - гидроксид и сульфид натрия.

Изобретение относится к методам очистки промышленных сточных вод от ионов ртути и цинка, образующихся при амальгамации цинковых электродов в технологическом процессе производства химических источников тока на основе серебряно-цинковой электрохимической системы. Исходную сточную воду фильтруют. Проводят подщелачивание воды NaOH до рН=7,5-8,5. Осаждают ртуть и частично цинк сульфидом натрия. Фильтруют образовавшуюся суспензию. Фильтрат подщелачивают до рН=8,5-10,5 посредством раствора NaOH. Фильтруют образовавшуюся суспензию. Очищенную сточную воду сбрасывают в канализационную систему. Изобретение позволяет снизить концентрацию ртути и цинка в очищенной воде до уровня ПДК.

Способ очистки сточной воды от ионов ртути и цинка путем осаждения сульфидом натрия, отличающийся тем, что перед осаждением сточную воду подщелачивают до рН 7,5-8,5, производят осаждение ртути и цинка сульфидом натрия, количество которого составляет 85-90% от требуемого для полного осаждения, затем сточную воду подщелачивают до рН 8,5-10,5, причем после каждой стадии осаждения производят отделение твердой фазы.