Способ стабилизации концентрации солей токсинных тяжелых металлов в ванне улавливания гальванической линии с применением электродиализа Российский патент 2018 года по МПК C02F1/469 C02F103/16 

Настоящее изобретение относится к электрохимическим способам очистки сточных вод гальванических производств, в частности предназначено для удаления солей многозарядных ионов токсичных тяжелых металлов из промывных вод методом электродиализа.

Известны следующие способы для удаления многозарядных ионов из сточных вод гальванических производств:

- флотационная очистка [RU 2131850 С1 от 20.06.1999], предусматривает очистку в одну стадию при рН 7,5-8,0, а в качестве флотореагента используют техническую смесь гидразидов высших карбоновых кислот (недостаток -требует корректировки рН входящих растворов, отдельной стадии подготовки флотореагента, большого количества дополнительного оборудования, обеспечивающего подачу реагентов, времени осаждения продуктов реакции);

- ионообменный способ [RU 2106310 С1 от 10.03.1998], предполагает использование для отделения ионов цветных металлов сорбционной колонки с карбоксильным катионитом (недостаток - требует предварительной стадии обработки сточной воды раствором аммиака до значения рН 10,5-11 с целью получения избытка NH₄OH и разделения ионов цветных металлов на две группы, одна из которых образует растворимые аммиачные комплексы, а другая - выпадающие в осадок гидроксиды, а также операции выдержки в течение 30-45 мин.);

- способ очистки от катионов тяжелых металлов низкочастотным импульсным полем [RU 2504518 С1 от 20.01.2014], включает обработку в гетерогенной среде, создаваемой гидроксидом кальция, в электромагнитном аппарате с использованием энергии переменного электромагнитного поля, создаваемого магнитными элементами из магнитотвердого материала, движущимися под воздействием этого поля (недостаток - сложность аппаратурного оформления);

- электрохимические способы, с применением диафрагменных электролизеров [RU 2453502 С2 от 20.06.2012] (недостаток - многостадийность процесса, включающая электрохимическую нейтрализацию сточной воды, этап введения в систему N,N-Диметил-N-проп-2-енилпроп-2-ен-1-аминийхлорид, после чего проведение электрофлотационной обработки), с применением электрокоагуляторов различных конструкций [RU 92001 U1 от 10.03.2010, RU 2130433 С1 от 20.05.1999] (недостаток высокие затраты на электроэнергию).

Все рассмотренные способы не предполагают возвращение извлеченных компонентов в гальваническое производство, а направлены на дальнейшую утилизацию полученных соединений.

Наиболее близкие к предлагаемому способы основаны на технологиях электродиализа растворов электролитов, включающих подачу раствора в пространство между ионоселективными мембранами, наложение электрического поля постоянного тока и проведение процесса до конечной концентрации, измерение режимных параметров процесса, в том числе значений тока и напряжения, определение по ним электрического сопротивления электродиализатора, корректирование электрического параметра. Способы дают возможность концентрирования растворов кислот и щелочей и отделения от них сопутствующих ионов [RU 2195995 С1 от 10.01.2003, RU 2289638 С1 от 20.12.2006], глубокого обессоливания природных и сточных вод [RU 2233799 С1 от 10.08.2004, RU 2245848 С2 от 10.02.2005, RU 2225746 С1 от 20.03.2004]. Недостатком данных способов является их ориентация на выделение из водных растворов соединений однозарядных ионов металлов, тогда как основной задачей очистки сточных вод гальванических производств является удаление из них солей многозарядных ионов токсичных тяжелых металлов.

Цель создания настоящего изобретения - стабилизировать концентрацию солей токсичных тяжелых металлов в ванне улавливания гальванической линии.

Технический результат изобретения заключается в том, что способ позволяет удерживать концентрацию солей токсичных тяжелых металлов (ТТМ) в ванне улавливания на уровне 2÷3% от концентрации в ванне покрытия и снизить безвозвратный унос соединений ТТМ на 98%.

По предлагаемому способу, типовая гальваническая линия, представляющая собой определенную последовательность промывочных и технологических ванн, включающую ванну улавливания, предназначенную для первичной промывки покрываемых деталей сразу же после их извлечения из ванны покрытия, комплектуется электродиализатором, конструкция которого предусматривает использование мембран марок: МК-40, МА-41 (ОАО «Щекиноазот», Россия) или СМН, АМН («MEGA», Чехия). В тракт обессолива-ния электродиализатора непрерывно поступает загрязненная солями ТТМ техническая вода из ванны улавливания. Скорость подачи воды задается так, чтобы количество солей ТТМ, приносимых в единицу времени в ванну улавливания с покрываемыми изделиями, было равно количеству этих солей, переносимых из тракта обессоливания в тракт концентрирования электродиализатора. Тогда концентрация в ванне улавливания будет стабилизирована на уровне 2% от концентрации в ванне покрытия. Плотность тока для работы электродиализатора задается в диапазоне (1÷3)×i_пр, где i_пp - предельный ток вольтамперной характеристики катионообменной мембраны, определенный в растворе с концентрацией, составляющей 2% от концентрации в ванне покрытия. Деионизированная вода из тракта обессоливания возвращается в ванну улавливания, а концентрат из тракта концентрирования электродиализатора после кондиционирования, заключающегося в корректировке рН, направляется на пополнение объема ванны покрытия.

Изобретение относится к электрохимическим способам очистки сточных вод гальванических производств, в частности предназначено для удаления солей многозарядных ионов токсичных тяжелых металлов (ТТМ) из промывных вод методом электродиализа. В способе стабилизации концентрации солей ТТМ в ванне улавливания гальванической линии эффект достигается за счет циркуляции воды из ванны улавливания через электродиализатор. Скорость подачи воды задается так, чтобы количество солей ТТМ, приносимых в единицу времени в ванну улавливания с покрываемыми изделиями, было равно количеству этих солей, переносимых из тракта обессоливания в тракт концентрирования электродиализатора. При этом концентрация в ванне улавливания будет стабилизирована на уровне 2% от концентрации в ванне покрытия. Обеспечивается снижение безвозвратных потерь солей за счет их возврата в технологический процесс в виде солевого концентрата.

Способ стабилизации концентрации солей токсичных тяжелых металлов в ванне улавливания гальванической линии с применением электродиализа, включающий комплектование гальванической линии электродиализатором; непрерывную подачу в тракт обессоливания электродиализатора загрязненной солями токсичных тяжелых металлов технической воды из ванны улавливания, при этом скорость подачи воды задается таким образом, чтобы количество солей токсичных тяжелых металлов, приносимых в единицу времени в ванну улавливания с покрываемыми изделиями, было равно количеству этих солей, переносимых из тракта обессоливания в тракт концентрирования электродиализатора; задание плотности тока для работы электродиализатора в диапазоне, определяемом как (1÷3)×i_пр, где i_пр - предельный ток вольт-амперной характеристики катионообменной мембраны, определенный в растворе с концентрацией, составляющей 2% от концентрации в ванне покрытия; возвращение деионизированной воды из тракта обессоливания в ванну улавливания и направление концентрата из тракта концентрирования электродиализатора после кондиционирования, заключающегося в корректировке рН, на пополнение объема ванны покрытия.