СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ СУЛЬФАТ-ИОНОВ Российский патент 2015 года по МПК C02F1/66 C02F1/58 

Изобретение относится к способам очистки сточных и природных вод (СВ) от сульфат-ионов и может быть использовано для очистки в различных отраслях промышленности, в том числе горнорудной, химической, и для очистки гальваностоков машиностроительных заводов.

Одним из эффективных методов очистки воды от примесей является реагентная очистка. Крупные частицы примесей осаждаются довольно быстро под действием силы тяжести, а для осаждения тонко дисперсных частиц с размерами менее 10 мкм используют коагуляцию. Использование известкового молока (Са(ОН)₂) в качестве коагулянта связано с тем, что Са - активный металл, который вытесняет тяжелые металлы из растворимых соединений, переводя их в нерастворимые, а также осаждает различные соли, в том числе фосфаты, сульфаты, хлориды. Причем требуется такое количество известкового молока, чтобы с минимальным его избытком протекли все необходимые реакции.

Для обеспечения высокой степени очистки воды от тяжелых металлов и их солей необходимо достигнуть минимума растворимости солей и гидроксидов, при которой они выпадут в осадок. На растворимость прежде всего влияет значение pH среды, оптимальное значение которой с точки зрения эффективность/затраты составляет pH 10,5-12.

Известен ряд способов очистки сточных вод от сульфат-ионов путем нейтрализации воды до pH 9,5-12,5 известковым молоком с применением алюминийсодержащих солей AlCl₃, Al₂(OH)₅Cl, NaAlO₂ (Милонов Л.В. Очистка сточных вод предприятий цветной металлургии. -М.: Металлургия, 1971, с.102).

Применение в качестве реагента хлорсодержащих солей алюминия или алюмината натрия для очистки сточных вод от сульфат-ионов неизбежно приводит к вторичному загрязнению стоков ионами хлора или натрия, превышение ПДК которых влечет за собой токсичное действие на животные и растительные организмы и соответственно оказывает негативное влияние на здоровье человека.

Известен способ очистки сульфатсодержащих СВ обработкой известковым молоком совместно с алюминийсодержащим реагентом при соотношении Са⁺² к SO₄ ^2-(1: (0,0016-0,6), в качестве алюминийсодержащего реагента используют осадок водопроводных станций, образующийся на стадии осветления природных вод коагуляцией, содержащий 18÷33% Al₂O₃, 0,4÷24% СаО (SU 1330078, C02F 1/58, 1987).

Недостатком данного способа является длительное время обработки (более 1 ч) и ограниченная сырьевая база из-за привязки к отходам водопроводных станций.

Наиболее близким к предлагаемому является способ очистки СВ от сульфат-ионов обработкой смесью глиноземистого цемента и окиси кальция в весовом соотношении Ц: СаО=1,5÷2, полученную суспензию перемешивают в шаровой мельнице и фильтруют (SU 872462, C02F 1/58, 1979). Трехкальциевый алюминат, содержащийся в глиноземистом цементе взаимодействует с растворимыми сульфат-ионами, и они удаляются из воды в виде труднорастворимого гидросульфоалюмината кальция (3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·31H₂O). В реакцию с сульфат-ионами вступают в основном высокоосновные алюминаты кальция. Для перевода низкоосновных алюминатов кальция, составляющих большую часть цемента, в высокоосновную форму необходимо присутствие окиси кальция в указанном соотношении к цементу. Для полноты использования цемента необходимо освежать его поверхность для обеспечения взаимодействия с жидкой фазой, что достигается проведением процесса в шаровой или другой мельнице.

Недостатками данного способа является длительное время обработки (не менее 1 ч), требуемое для достижения достаточной степени очистки, сложность технологии, связанная с необходимостью применения энергоемкого и громоздкого оборудования для обеспечения полноты использования цемента, а также защелоченность очищенных вод (pH среды превышает значение 12). Кроме того, очищенные воды имеют высокую мутность и требуют фильтрации или длительного отстаивания, что также усложняет технологию.

Техническим результатом изобретения, является упрощение технологии и сокращение времени очистки до концентрации сульфат-ионов не более 100 мг/дм³, регламентируемой для сброса воды в водоемы рыбохозяйственного назначения.

Поставленная задача достигается тем, что в способе очистки сточных вод от сульфат-ионов, заключающемся в обработке известью совместно с глиноземистым цементом (ГЦ), согласно изобретению сточную воду нейтрализуют известковым молоком до pH 10,5÷12,0, вводят глиноземистый цемент в виде 5÷12,5%-ной водной суспензии и флокулянт на основе высокополимеризованного полиакриламида.

Предлагаемый способ иллюстрируется примерами:

Пример 1. К 1 л СВ Худолазского карьера известняков, содержащей 340 мг/л SO₄ ^2- при перемешивании добавляют 10%-ный раствор известкового молока, доводя pH до 11,5, затем вводят 10 мл 10%-ной водной суспензии глиноземистого цемента (марка "CEMBOR-73 ТУ 14-194-215-97). Полученную суспензию перемешивают в течение 30 мин и фильтруют. В фильтрате определяют остаточное содержание сульфат-ионов.

Пример 2 (сравнительный). Для сравнительных испытаний проводят очистку СВ известным способом. Для этого берут 1 л СВ, добавляют 3 г сухого глиноземистого цемента совместно с окисью кальция при весовом соотношении Ц:СаО=1,5-2. Суспензию обрабатывают в шаровой мельнице в течение 1 ч, затем фильтруют.

Пример 3. К 1 л СВ Худолазовского известкового карьера, содержащей 340 мг/л SO₄ ^2- при перемешивании добавляют 10%-ный раствор известкового молока, доводя pH до 11,5, затем вводят 10 мл 10%-ной водной суспензии глиноземистого цемента. Полученную суспензию перемешивают в течение 30 мин, добавляют 2,5 мл 0,1%-ного раствора флокулянта Flopam AN 934. При добавлении флокулянта образуются крупные быстро оседающие хлопья. В осветленной воде после отделения осадка определяют остаточное содержание сульфат-ионов.

Результаты очистки СВ по примерам 1-3 представлены в табл. 1.

Как видно из табл. 1 предлагаемый способ при меньшем времени взаимодействия реагентов позволяет очистить СВ до содержания сульфат-ионов, не превышающего 100 мг/л. При этом показатель pH очищенной воды не превышает значения 11,5.

Результаты влияния дозы глиноземистого цемента и времени перемешивания на степень очистки СВ от сульфат-ионов (с использованием флокулянта) представлены в табл. 2.

Как видно из табл. 2 оптимальное массовое соотношение цемента к сульфат-ионам, достаточное для достижения степени очистки СВ от сульфатов до установленной ПДК (не более 100 мл/л SO₄ ^2-) при контакте не более 30 мин, составляет 1:0,27÷0,34.

В табл. 3 представлены результаты очистки СВ предлагаемым способом, описанным в примере 3, от сопутствующих загрязнений (тяжелых металлов, хлоридов, нефтепродуктов.

Предлагаемый способ позволяет упростить технологию за счет использования обычных перемешивающих устройств, например емкостного оборудования с вертикальной мешалкой, простоты и точности дозировки ГЦ в виде водной суспензии, а также за счет получения осветленных очищенных вод, не требующих длительного отстаивания и фильтрации. Сокращение времени очистки обуславливается меньшим временем взаимодействия реагентов и отстаивания СВ после образования нерастворимого гидросульфоалюмината кальция. Кроме того, в связи с более низкой щелочностью очищенных СВ снижается расход подкисляющих реагентов, время доведения pH до допустимого значения.

Предлагаемый способ позволяет ускорить процесс очистки даже от значительно меньших концентраций сульфат-ионов, чего достичь гораздо сложнее в сравнении с известными способами, в которых очистка идет от превышающих в 5-7 раз концентраций, т.к. исходя их основного постулата химической кинетики, для взаимодействия веществ в меньших концентрациях при постоянной температуре требуется более длительное время.

В приведенных примерах был использован флокулянт Flopam AN 934, однако можно применять любые известные флокулянты на основе высокополимеризованного полиакриламида, например производимые под торговыми наименованиями Полиакриламид, Суперфлок, Праестол и другие.

Снижение концентрации ГЦ в водной суспензии менее 5% приводит к увеличению дозировки реагента, что усложняет технологию, увеличение концентрации более 12,5% нецелесообразно, т.к. получается пастообразная масса ГЦ, которую сложнее дозировать, что может привести к перерасходу реагента и защелачиванию очищенной воды, т.к. потребует дополнительного введения извести, что приведет к дополнительному расходу подкисляющих реагентов для снижения pH очищенной воды перед сбросом в водоем.

Снижение степени нейтрализации известью до значения pH менее 10,5 не позволяет достичь желаемой степени очистки, а повышение значения pH более 12, ведет к перерасходу извести и защелачиванию очищенной воды.

Приведенное выше описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения представлено лишь в качестве иллюстрации и для пояснения. Оно не является исчерпывающим и не ограничивает изобретение указанными жесткими рамками. Варианты осуществления изобретения были выбраны и описаны с целью разъяснения принципов изобретения и его практического применения. Следует понимать, что объем изобретения определяется приведенной далее формулой изобретения и ее эквивалентом.

Изобретение относится к способам очистки сточных и природных вод от сульфат-ионов и может быть использовано для очистки в различных отраслях промышленности, в том числе горнорудной, химической, и для очистки гальваностоков машиностроительных заводов. Способ очистки сточных вод от сульфат-ионов, включающий нейтрализацию сточной воды и введение глиноземистого цемента. Перед введением цемента сточную воду нейтрализуют известковым молоком до рН 10,5-12. Цемент вводят в виде 5÷12,5%-ной водной суспензии и добавляют флокулянт на основе высокополимеризованного полиакриламида. Изобретение позволяет упростить технологию и сократить время очистки до концентрации сульфат-ионов не более 100 мг/дм³, регламентируемой для сброса воды в водоемы рыбохозяйственного назначения. 3 табл., 3 пр.

Способ очистки сточных вод от сульфат-ионов, заключающийся в нейтрализации сточной воды и введении глиноземистого цемента, отличающийся тем, что перед введением цемента сточную воду нейтрализуют известковым молоком до pH 10,5-12, цемент вводят в виде 5÷12,5%-ной водной суспензии и добавляют флокулянт на основе высокополимеризованного полиакриламида.