СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ КАТИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ Российский патент 2014 года по МПК C02F1/48 C02F1/62 

Изобретение относится к способу очистки стоков гальванических производств. Основными токсичными отходами производства являются промывные воды смешанного состава, содержащие несколько видов тяжелых металлов. Увеличение эффективности очистки таких стоков - одна из самых актуальных задач настоящего времени. Анализ известных способов очистки сточных вод от катионов тяжелых металлов с использованием и без использования реагентов, как правило, не позволяет достичь конечного содержания примесей тяжелых металлов на уровне ПДК [Виноградов С.С. Экологически безопасное гальваническое производство / Под ред. Проф. В.Н. Кудрявцева. - Изд. 2-е перер. и доп., М.: “Глобус”, 2002. - с.169], если проводить очистку известными способами в одну стадию. Рекомендуемый способ может использоваться для очистки сточных вод, прошедших стадию механической очистки до значений ПДК.

Известен способ обработки сточных вод от органических примесей магнитным полем с использованием смеси перекиси водорода с сернокислым алюминием в количестве 0,03-0,05 г/л [Патент РФ №2006483 C1, C02F 1/58, авт. Харин И.К, 1994 г.]. Однако в данном способе обработки от органических примесей процесс осуществляется в аппарате с вращающимся магнитным полем с индукцией магнитного поля 1,2 Тл, создаваемой магнитомягкими магнитными элементами, что требует повышенных энергозатрат.

Существует способ очистки и обеззараживания жидких сред в электромагнитном импульсном поле низкой частоты 12,5 Гц, силой тока 500 А [Патент РФ №2131848, C1 C02F 1/48, авт. Артамонов О.В., Дубинин А.Ю., Журавлев С.Г. 1999 г.]. Недостатком данного способа является то, что указанный способ не обеспечивает очистку катионов тяжелых металлов, содержащихся в сточных водах. Кроме того, рабочий объем таких аппаратов не более 20 л при коэффициенте заполнения реактора магнитными элементами менее 10%.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по назначению и технической сущности является способ очистки сточных вод низкочастотным электромагнитным импульсным полем безреагентным методом [Заявка №93046795 С02F 1/46, C02F 1/48, авт. Журавлев С.Г., Вятчинина Т.А., Артамонов О.В., Сергеев В.В., Дубинин А.Ю. 1996 г.]. Он характеризуется качественной очисткой сточных вод предприятий химической промышленности. Недостатком данного способа является длительность процесса, а также то, что указанный способ не обеспечивает очистку от катионов тяжелых металлов, содержащихся в сточных водах до ПДК.

Задачей изобретения является разработка более эффективного способа очистки сточных вод от катионов тяжелых металлов с использованием энергии переменного электромагнитного поля. Поставленная задача решается тем, что сточные воды подвергают обработке в гетерогенной среде, создаваемой гидроксидом кальция, соответствующая ГОСТ-9179-77 не менее 12 ммоль/л, в электромагнитном аппарате (ЭМА) с использованием энергии переменного электромагнитного поля, создаваемого магнитными элементами, изготовленными из магнитотвердого материала, движущимися под воздействием этого поля. При включении индуктора в электрическую сеть рабочие элементы, подвергаются воздействию магнитного поля и приводятся в интенсивное хаотическое движение, передавая энергию воде и находящимся в ней катионам тяжелых металлов. Передача энергии в этом случае происходит за короткое время, что в обычных условиях затруднено. Тем самым увеличивается химическая активность обрабатываемых веществ с гидроксидом кальция. В результате этого процесса катионы тяжелых металлов переходят в осадок, удаляемый последующим фильтрованием. Данный способ приводит к повышению эффективности очистки и сокращению времени на очистку.

Для изучения процесса очистки использовали электромагнитный аппарат с частотой 50 Гц, индукцией переменного магнитного поля 0,3 Тл, напряженностью магнитного поля 450 А/см, создаваемого предварительно намагниченными магнитными элементами, изготовленными из магнитотвердого материала, движущимися под воздействием этого поля.

Пример 1.

Сточная вода объемом 300 см, содержащая смесь катионов никеля, железа, меди, а также свинца в различных концентрациях (табл.1) подвергалась обработке гидроксидом кальция, соответствующая ГОСТ-9179-77 в количестве 12 ммоль/л в аппаратах: с механической мешалкой (МП) (скорость вращения 1000 об/мин) и в электромагнитном аппарате (ЭМА) с использованием энергии электромагнитного поля с частотой 50 Гц, индукцией переменного магнитного поля 0,3 Тл, напряженностью магнитного поля 450 А/см, создаваемого магнитными элементами, изготовленными из магнитотвердого материала, при коэффициенте заполнения реактора магнитными элементами 20%. Остаточные концентрации катионов металлов после очистки представлены в таблице 1. Пример 2.

Сточные воды, объемом 300 см, содержащая катионы никеля, железа, цинка и смесь катионов Ni:Fe подвергалась обработке в электромагнитном аппарате (ЭМА) с использованием энергии электромагнитного поля с частотой 50 Гц, индукцией переменного магнитного поля 0,3 Тл, напряженностью магнитного поля 450 А/см, с содержанием гидроксида кальция в количестве 0, 3, 5, 10, 16 ммоль/л, а также в электромагнитном аппарате (ЭМА) с использованием энергии электромагнитного поля с частотой 50 Гц, индукцией переменного магнитного поля 0,3 Тл, напряженностью магнитного поля 450 А/см, без использования гидроксида кальция, при коэффициенте заполнения реактора магнитными элементами от 10-50%. Остаточные концентрации катионов металлов после очистки представлены в таблице 2.

Проведенные исследования показали, что при очистке сточных вод, содержащих катионы тяжелых металлов в гетерогенной среде с использованием гашеной извести и, энергии переменного электромагнитного поля и магнитных рабочих элементов, движущихся под действием этого поля в электромагнитном аппарате, заявленным способом удается добиться высокой степени очистки воды от токсичных ионов.

Проведение предложенного способа очистки обеспечивает непрерывность процесса при высокой производительности, упрощается технологическая схема очистки сточной воды с возможностью ее автоматизации, сокращение времени на очистку.

Таблица 1 № опыта Катионы Время опыта, мин ПДК хоз-пит (СанПиН 2.1.4.559-96), мг/л Остаточные концентрации катионов, мг/л Исходная После МП После ЭМА 1 Fe⁺³ 3 0,3 5,8 4,3 0,01   Ni⁺²   од 9,7 4,8 0,7   Cu⁺²   1 4,4 3,2 0,07 2 Fe⁺³ 8 0,3 5,8 2,1 0   Ni⁺²   од 9,7 5,1 0,01   Cu⁺²   1 4,4 2,4 0,01 3               Pb⁺² 5 0,03 4,5 2,19 0,05     7   2,8 1,33 0,03

Таблица 2 Номер опыта Наименование катиона Сод. гидроксида кальция, ммоль/л Продолжительность опыта, мин Объем заполнения магнитными элементами, % Исходная конц. катиона, мг/л Остаточная концентрация катионов, в ЭМА с сод. гидроксида кальция ПДК хоз-пит (СанПиН 2.1.4.559-96),мг/л 1   0 7     7,8 0,1     3 7 30 8,4 3,4       5 5     1,5       10 5     0,01       16 9     0,01   2 Fe⁺⁵ 0 5     5,1 0,3     3 5 50 6,3 1,2       5 8     0,01       10 8     0       16 8     0   3 Zn⁺² 0 6     0,85 5     3 6 10 1,2 0,5       5 6     0,1       10 6     0,05       16 7     0   4 Ni⁺² 0 7     0,97:10,5 0,1:0,3   Fe⁺³ 3 7 30 1,5:14.3 0,9:2,7       5 7     0.15:0.01       10 7     0.01:0       16 7     0.01:0  

Изобретение может быть использовано для очистки стоков гальванических производств. Способ очистки сточных вод от катионов тяжелых металлов низкочастотным импульсным полем включает обработку в гетерогенной среде, создаваемой гидроксидом кальция в количестве не менее 12 ммоль/л, в электромагнитном аппарате с использованием энергии переменного электромагнитного поля, создаваемого магнитными элементами из магнитотвердого материала, движущимися под воздействием этого поля. Изобретение позволяет повысить эффективность очистки от катионов тяжелых металлов и сократить время очистки. 2 табл., 2 пр.

Способ очистки сточных вод от катионов тяжелых металлов низкочастотным импульсным полем, отличающийся тем, что сточные воды подвергают обработке в гетерогенной среде, создаваемой гидроксидом кальция не менее 12 ммоль/л в электромагнитном аппарате с использованием энергии переменного электромагнитного поля, создаваемого магнитными элементами, изготовленными из магнитотвердого материала, движущимися под воздействием этого поля.