СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ИОНОВ СУЛЬФАТОВ И ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ Российский патент 2021 года по МПК C02F1/66 C02F1/52 C02F1/58 C02F101/20 C02F103/16 

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

Одним из эффективных методов очистки воды от загрязняющих веществ является реагентная очистка. Крупные частицы загрязняющих веществ осаждаются довольно быстро под действием силы тяжести, а для осаждения тонко дисперсных частиц с размерами менее 10 мкм используют коагуляцию или флокуляцию. 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 сульфаты, фосфаты, хлориды. Причем требуется такое количество известкового молока, чтобы с минимальным его избытком протекли все необходимые реакции. (Милонов Л.В. Очистка сточных вод предприятий цветной металлургии. - М.: Металлургия, 1971, с. 100).

Известен ряд способов очистки сточных вод от сульфат-ионов а также от сопутствующих ионов тяжелых металлов путем нейтрализации воды до рН 9,5-12,5 известковым молоком и обработкой алюминийсодержащими солями AlCl₃, Al₂(ОН)₅Cl, NaAlO₂.

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 кислых сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов и сульфатов, включающий двухстадийное осаждение с использованием известкового молока на первой стадии подщелачиванием до рН 6,5-7 с последующей обработкой образованной суспензии карбонатом натрия до рН 9,0-9,5 (RU №2010013, C02F 1/62, пр. 02.08.1991).

Известен способ очистки сточных вод, также включающий двухстадийное осаждение. Вначале сточные воды обрабатывают известковым молоком до рН 7,5-8,0, затем после отделения выпавшего осадка в осветленную воду вводят карбонат бария и выдерживают полученную суспензию при перемешивании до превращения его в сульфат бария. После завершения обменной реакции осадок сульфата бария отделяют от воды и используют, например, как утяжелитель буровых растворов (RU 2448054, C02F 1/62, пр. 08.07.2010). Использование карбоната бария позволяет снизить остаточное солесодержание очищенной воды за счет протекания обменной реакции:

CaSO_{4(раствор)}+ВаСО_{3(твердый осадок)}=BaSO_{4(твердый осадок)}+СаСО_{3(твердый осадок)}

Очищенная указанными выше способами вода не соответствует современным нормативам, установленным в РФ для сброса в водоемы рыбохозяйственного назначения по содержанию тяжелых металлов и сульфатов.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ очистки сточных вод от сульфатов и ионов тяжелых металлов, в котором первоначально сточную воду нейтрализуют известковым молоком до рН 10,5÷12,0, затем обрабатывают глиноземистымй цементом (ГЦ) в виде 5÷12,5%-ной водной суспензии, взятой в массовом соотношении к содержанию сульфатов 1:0,27-0,34, а затем осаждают флокулянтом на основе высокополимеризованного полиакриламида, полученный осадок отделяют известными методами.

Данный способ позволяет очистить шахтные воды до концентрации сульфат-ионов не более 100 мг/дм³, и достичь показателей ПДК_рыбхоз по содержанию большинства тяжелых металлов, таких как железо, медь, цинк, и др. Однако известный способ не обеспечивает извлечение ионов никеля до установленной ПДК_{рыбхоз.} (0,019 мг/дм³ при установленной ПДК_{рыбохоз} не более 0,01 мг/дм³).

Технической задачей предлагаемого изобретения, является повышение степени очистки сточных вод, в том числе и по содержанию ионов никеля.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе очистки сточных вод от ионов сульфатов и тяжелых металлов, который характеризуется тем, что сначала нейтрализуют известью, проводят обработку 5-12,5% водной суспензией высокоглиноземистого цемента, осаждают высокополимеризованным флокулянтом и отделяют осадок, согласно предлагаемому изобретению, перед обработкой глиноземистым цементом в водную систему вводят карбонат кальция в массовом соотношении к исходной извести 1:3-8, а обработку высокоглиноземистым цементом ведут при значении показателя рН водной системы 12-12,7, причем высокоглиноземистыцй цемент используют в массовом соотношении к сульфат ионам 1:0,2-0,34.

Предпочтительно в качестве источника карбоната кальция используют природный известняк

Предпочтительно светленную часть водной системы подкисляют углекислым газом до показателя рН 6,5-8,5.

Далее приведены примеры очистки шахтной воды заявленным способом.

Используемые рабочие реагенты:

• Известняк (мел мелкодисперсный);

• Известь строительная (гашеная кальциевая), сорт. 1 по ГОСТ 9179-77.

• высокоглиноземистый цемент (ВГЦ) марка "CEMBOR-73 ТУ 14-194-215-97.

• Флокулянт Flopam AN934 - высокополимеризованный анионный флокулянт.

• Углекислота (сжиженный СО₂)

Пример 1

К 1 литру шахтной воды, с установленными показателями рН и концентраций содержащихся загрязняющих ионов, при перемешивании добавили 10% водную известково-известняковую суспензию, содержащую 36,2 г сухого вещества в т.ч 3,12 г сухой извести (оксида кальция) и 0,5 г сухого мела мелкодисперсного (карбоната кальция) (масс. соотношение 6,25:1), при этом показатель рН водной системы достигает значения 12,5. После доведения рН до 12,5, при перемешивании добавляют 45 г 10% водной суспензии ВГЦ (массовое соотношение ВГЦ к содержащимся сульфат-ионам 1:0,25). Полученную реагентную массу перемешивают верхнеприводной мешалкой в течение 1,5-2 часов при 1400 оборотах в минуту. Происходит образование практически не растворимых в воде основных карбонатов тяжелых металлов и гидросульфоалюмината кальция. С целью разделения обработанной реагентами воды на сгущенную и осветленную части добавляют при интенсивном перемешивании 0,3 мл. 0,1% раствора флокулянта. Полученный осадок отделяют от осветленной воды фильтрацией.

Фильтрат с рН=12,5 нейтрализуют до рН=6,5÷8,5 углекислотой (сжиженный CO2).

В ходе обработки углекислотой происходит образование карбоната кальция, который отделяют отстаиванием и фильтрацией. Осажденный карбонат кальция может быть использован в качестве реагента взамен известняка.

Примеры 2-5 процесс вели аналогично примеру 1, при разном массовом соотношении извести и известняка.

Пример 6 (сравнительный). Процесс вели аналогично примеру 1, но без добавления известняка.

Результаты проведенных испытаний приведены в таблице

Как видно из таблицы, очистка СВ воды, содержащей сульфаты и ионы тяжелых металлов, предлагаемым способом позволяет значительно снизить содержание указанных загрязняющих компонентов, в т.ч. и содержания ионов никеля до показателя не более 0,01 мг/дм³.

Увеличение количества веденного карбоната кальция выше и уменьшение ниже заявленного интервала нецелесообразно, т.к. ведет к повышению остаточного содержания ионов некоторых тяжелых металлов (никеля, меди, цинка) выше ПДК_рыбхоз.

Известь и карбонат кальция могут быть введены в водную систему, как в виде водной суспензии, так и в сухой твердой форме. Известняк может быть введен как после обработки известью, так и совместно с нею.

Наилучшие показатели по очистке от сульфат ионов наблюдаются обработкой высокоглиноземистым цементом при рН водной системы 12-12,7 и массовом соотношении глиноземистого цемента к сульфат- ионам 1:0,2-0,34.

Изобретение относится к способам очистки сточных, шахтных и природных вод от сульфат-ионов и от ионов тяжелых металлов и может быть использовано для очистки сточных вод в различных отраслях промышленности, в том числе горнорудной, химической, а также для очистки гальваностоков машиностроительных заводов. Сточные воды нейтрализуют известью до рН не менее 11,7. Вводят карбонат кальция в массовом соотношении к извести 1:3-8. Обрабатывают 5-12,5% водной суспензией высокоглиноземистого цемента, при этом обработку высокоглиноземистым цементом ведут при значении показателя pH водной системы 12-12,7. Затем осаждают высокополимеризованным анионным флокулянтом и отделяют осадок. Технический результат: повышение степени очистки сточных вод до содержания загрязняющих веществ, не превышающих установленных ПДК_рыбхоз, в том числе ионов никеля (не более 0,01 мг/дм³). 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ очистки сточных вод от ионов сульфатов и тяжелых металлов, характеризующийся тем, что сначала нейтрализуют известью, проводят обработку 5-12,5% водной суспензией высокоглиноземистого цемента, осаждают высокополимеризованным анионным флокулянтом и отделяют осадок, отличающийся тем, что перед обработкой глиноземистым цементом в водную систему вводят карбонат кальция в массовом соотношении к извести 1:3-8, а обработку высокоглиноземистым цементом ведут при значении показателя рН водной системы 12-12,7, причем высокоглиноземистый цемент используют в массовом соотношении к сульфат-ионам 1:0,2-0,34.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве источника карбоната кальция используют природный известняк.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после отделения осадка осветленную часть водной системы подкисляют углекислым газом до показателя pH 6,5-8,5.