Способ очистки аммонийсодержащих сточных вод от тяжелых металлов Советский патент 1992 года по МПК C02F1/62 

Изобретение относится к способам очистки промышленных сточных вод, в частности, к очистке сточных вод, содержащих аммиак, от соединений тяжелых металлов, например, меди, цинка, хрома, никеля, кадмия.

Целью способа является повышение степени очистки.

Согласно изобретению в качестве гальванической пары используют смесь железной стружки и кокса при соотношении площадей их поверхностей (1-10):1, площади поверхности железной стружки в пределах 3000-5000 см2 на 1 л очищаемой воды и процесс очистки ведут при рН 4,0-8,0.

Способ осуществляют следующим образом.

Сточные воды, содержащие аммиак и тяжелые металлы, подают в реактор, где находится смесь железной стружки и кокса при соотношении площадей их поверхностей (1-10):1 и площади поверхности железной стружки 3000-5000 см2/л очищаемой сточной воды. Кокс вводят в реактор размельченным, в виде гранул диаметром 2-3 мм. Реактор постоянно вращают, в результате чего происходит перемешивание загрузки со сточной воды и насыщение реакционной смеси кислородом воздуха. При подаче сточной воды в реактор определяют значение рН. В случае отклонения этого значения от 4,0-8,0 в воду добавляют щелочь или кислоту до создания необходимого значения рН. Размеры реактора рассчитывают таким образом, чтобы время прохождения сточной воды от ввода до выхода из реактора составляло приблизительно 20 мин. Очищенную воду из реактора подают в сборник, откуда направляют для повторного использования в производство или сбрасывают в канализационную систему или водоем без угрозы их загрязнения. При осуществлении способа кокс загружают в реактор одноразово, пополнения его не

у

fe

4 00

J Ю

требуется, так как в ходе процесса он не расходуется. Железную стружку по мере её расходования периодически погружается в реактор.

Благоприятные условия протекания процессов обеспечиваются, когда рН среды находится в пределах 4,0-8,0, соотношение площадей поверхностей железной стружки и кокса составляет (1-10):1, а площадь поверхности железной стружки находится в пределах 3000-5000 см /л обрабатываемой воды.

Результаты опытов по очистке аммо- нийсодержащих сточных вод от тяжелых металлов при различных исходных величинах рН приведены в примерах 1-5. Из полученных данных следует, что полное и быстрое извлечение тяжелых металлов из сточных вод осуществляется при значениях рН 4,0- 8,0, при значениях рН 4,0 и рН 9,0 не происходит разрушение аммиакатов тяжелых металлов и качество очистки резко ухудшается.

В экспериментах, описанных в примерах 6-9, исследовались оптимальные соотношения площадей поверхностей железной стружки и кокса. Опытным путем получено, что эффективнее всего очистка сточных вод происходит при соотношении площадей поверхностей железной стружки и кокса (1- 10):1, при соотношении глощадей поверхностей меньше, чем 1:1 процесс очистки резко замедляется из-за малого количества образующихся разнообразных соединений железа, соответственно качество очистки ухудшается. Увеличение соотношения площадей выше 10:1 также замедляет процесс и снижает степень очистки воды. Это связано с уменьшением количества, образующихся при смешении железной стружки и кокса, короткозамкну- тых гальванических элементов.

Кроме того, опытным путем исследовалось влияние на очистку аммонийсодержа- щих сточных вод от тяжелых металлов площади поверхности железной стружки на единицу обрабатываемой воды. Результаты опытов представлены в примерах 10-13. Экспериментально било определено, что наиболее эффективно процесс идет при площади железной стружки 3000-5000 см /л обрабатываемой воды. При площади поверхности железной стружки меньшей 3000 см2 процесс очистки резко замедляется из-за малого количества образующихся разнообразных соеди ний железа. Увеличение площади поверхности железной стружки больше 5000 см2 не сказывается на улучшении процесса очистки, а приводит к увеличению объема реактора Это объясняется тем, что часть поверхности стружки исключается из процесса очистки.

Пример 1. Промышленную сточную воду производства печатных плат приборостроительного завода, содержащую ионы цинка, меди, хрома, никеля, кадмия и аммония в количествах 16,45; 21,80; 19,14. 16,13; 2,64 и 315,1 мг/л соответственно и имеющую рН 6,2, подают в реактор, где находит0 ся смесь железной стружки и кокса, при соотношении площадей их поверхностей равном 4:1 и при площади поверхности железной стружки равной 4000 см на 1 л очищаемой сточной воды. Контактирование

5 воды со смесью стружки и кокса осуществляют при непрерывном перемешивании в течение 20 мин. Полученную суспензию подвергают фазовому разделению в отстойнике. Очищенная вода содержит ионы цин0 ка, никеля и кадмия в количестве 0,001; 0,001 и 0,002 мг/л соответственно. Ионов меди и хром в очищенной воде не обнаружено Очищенная вода имеет рН 7,7. В процессе очистки увеличения жесткости и

5 содержания не происходит. Расход железной стружки на очистку 1 л сточной воды составил 155 мг.

Пример 2. Промышленную сточную воду производства печатных плат приборо0 строительного завода, содержащую ионы цинка, меди, хрома, никеля, кадмия и аммония в количествах 15,50; 20,73; 18,05; 15,10; 2,50 и 302,7 мг/л соответственно и имеющую рН 4,0, подвергают обработке анало5 гично примеру 1. Очищенная вода содержит ионы цинка, меди, хрома, никеля и кадмия в количествах 0,015; 0,010; 0,020; 0,15; 0,065 мг/л соответственно. Значение рН очищенной воды - 6,5. Увеличение жесткости и со0 лесодержания не происходит. Расход железной стружки на очистку 1 л сточной воды составляет 180 мг.

Пример 3. Промышленную сточную воду, содержащую ионы цинка, меди, хрома,

5 никеля, кадмия и аммония в количествах 15,40; 20,65; 17,90; 15,05: 2,52 и 295,4 мг/л соответственно и имеющую рН 8,0 обрабатывают аналогично примеру 1. Содержание ионов цинка, меди, никеля и кадмия в очи0 щенной воде составляет 0,010; 0,005; 0,010 и 0,025 мг/л соответственно. Ионов хрома не обнаружено. Значение рН 7,9. Увеличения жесткости и солесодержания не происходит. Расход железной стружки 145 мг на

5 1 л очищаемой воды.

Пример 4. Промышленную сточную воду производства печатных плат, содержащую ионы цинка меди, хрома, никеля, кадмия и аммония в количестве 14,80, 20,15 17,93, 14,80; 2,46 и 288,7 мг/л соответственно и имеющую рН 3,0 обрабатывают аналогично примеру 1. Вода после обработки содержит большое количество ионов цинка, меди, хрома, никеля, кадмия - 1,440; 0,650; 0,100; 0,850; 0,270 мг/л соответственно. Значение рН воды после обработки 5,4. Расход железной стружки 210 мг на 1 л обрабатываемой воды.

Пример 5. Сточную воду производства печатных плат, содержащую ионы цинка меди, хрома, никеля, кадмия и аммония в количестве 15,20; 20,47; 17,85; 15,10; 2,50 и 292,8 мг/л соответственно и имеющую рН 8,8 обрабатывают аналогично примеру 1.

Вода после обработки содержит большое количество ионов цинка, меди, никеля и кадмия 0,220; 0,180; 0,210; 0,260 мг/л соответственно. В тоже время ионов хрома не обнаружено. Вода имеет щелочную реакцию - значение рН 8,6. Расход железной стружки на обработку 1 л воды 100 мг.

Пример 6. Сточную воду состава согласно примера 1 обрабатывают аналогично этому же примеру. Соотношение площадей поверхностей железной стружки и кокса в их смеси, находящейся в реакторе, равно 10:1. Очищенная вода содержит ионы цинка, никеля и кадмия в количестве 0,020; 0,018; 0,035 мг/л соответственно. Ионов меди и хрома не обнаружено. рН очищенной воды 7,5. Увеличение жесткости и солесо- держания воды в процессе ее обработки не происходит. Расход железной стружки на очистку 1 л сточной воды 150 мг.

Пример 7. Сточную воду состава согласно примера 1 обрабатывают аналогично этому же примеру. Соотношение площадей поверхностей железной стружки и кокса в их смеси, находящейся в реакторе, равно 1:1. Вода после очистки содержит 0,025; 0,020; 0.015 и 0,050 мгУл ионов цинка, меди, никеля и кадмия соответственно. VloHOB хрома не обнаружено. рН очищенной воды 7,3. Увеличение жесткости и солесо- держания воды в процессе ее обработки не происходит. Расход железной стружки-145 мг на 1 л обрабатываемой воды.

Пример 8. Сточную воду состава согласно примера 1 обрабатывают аналогично этому же примеру. Соотношение площадей поверхностей железной стружки и кокса в их смеси: находящейся в реакторе, равно 0,8:1. Обработанная воца имеет высокую концентрацию ионов цинка, меди хрома и кадмия - 0,100; 0,750; 0,550; 0,870 и 0,560 соответственно. рН очищенной воды - 6,8. Расход железной стружки на обработку 1 л воды- 110мг.

Пример 9. Сточную воду состава согласно примера 1 обрабатывают аналогично этому же примеру. Соотношение площадей поверхностей железной стружки и кокса в их смеси в реакторе равно 12:1. Вода после обработки содержит большое количе- 5 ство ионов цинка, меди, хрома, никеля и кадмия - 0,90; 0,100; 0,430; 9,730 и 0,620 мг/л соответственно. Значение рН воды после ее обработки составляет 7,0. Расход железной стружки - 105 мг на 1 л

0 обрабатываемой воды.

Пример 10. Сточную воду состава согласно примера 1 обрабатывают аналогично этому же примеру. Соотношение площадей поверхностей железной стружки и

5 кокса в их смеси в реакторе равно 4:1, а поверхность железной стружки при этом составила 3000 см2 на 1 л обрабатываемой воды. Очищенная вода содержит ионы цинка, никеля и кадмия в концентрациях 0,002;

0 0,002 и 0,005 мг/л соответственно . рН очищенной воды 7,4. Увеличения жесткости и солесодержания очищенной воды не происходит. Расход железной стружки - 130 мг на 1 л очищаемой воды.

5 Пример 11. Сточную воду состава согласно примера 1 обрабатывают аналогично этому же примеру. Поверхность железной стружки при этом составляла 5000 см на 1 л обрабатываемой воды. Очищен0 ная вода содержит ионы цинка, никеля и кадмия в количествах 0,005; 0,010 и 0,020 мг/л соответственно. Ионов меди и хрома не обнаружено. Значение рН очищенной воды 7,5. Расход железной стружки 160 мг на

5 1 л обрабатываемой воды, Увеличения жесткости и солесодержания очищенной воды не происходит.

Пример 12. Сточную воду состава согласно примера 1 обрабатывают анало0 гично этому же примеру. Поверхность железной стружки при этом составляла 20000 см2 на 1 л обрабатываемой воды. Вода после обработки содержит большое количество ионов цинка, меди, хрома, никеля и кадмия

5 0,125:0,140; 0,210; 0,340 и 0,850 мг/л соответственно. Значение рН очищенной воды 6,6. Расход железной стружки на очистку 1 л сточной воды 90 мг. Увеличения жесткости и солесодержания воды в ходе обработки не

0 происходит.

Пример 13. Сточную воду состава согласно примера 1 обрабатывают аналогично этому же примеру. Поверхность железной стружки при этом составляла - 6000..

5 см2 на 1 л обрабатываемый воды . Очищенная вода содержит ионы цинка, хрома, никеля и кадмия в количествах 0,006; 0,050; 0,105 и 0,230 мг/л соответственно. Ионов меди в воде не обнаружено. Значение рН очищенной воды 7,1. Увеличения жесткости

и солесодержанйя воды в ходе обработки не происходит. Расход железной стружки 180 мг на 1 л очищаемой воды.

Были проведены сопоставительные эксперименты, при этом использовали одну и туже промышленную воду, имеющую рН 5,5 соотношение площадей поверхности железной стружки {или лома) и кокса равнялось 4-1, площадь поверхности железной стружки (лома) соответствовала 4000 см2 на литр очищаемой сточной воды. Результаты опытов представлены в примерах 14 и 15, а также в таблице сравнительных данных.

Пример 14. Промышленную сточную воду производства печатных плат приборо- строительного Завода, содержащую ионы цинка, меди, хрома, никеля, кадмия и аммония в количествах 17,20; 26,85; 20,18; 14,50; 2,25; 327,30 мг/л соответственно, и имеющую рН 5,5 подают в реактор, где находится смесь железной стружки и кокса при соотношении площадей их поверхностей равном 4:1 и при площади поверхности железной стружки равной 4000 см2 на 1 л очищаемой сточной воды,

Используемая стружка имела среднюю толщину 0,40 мм и площадь поверхности 1 г стружки 6,92 см2. Гранулы кокса имели средний диаметр 2,50 мм площадь поверхности 1 г - 19,20 см2. Для обеспечения вы- шеуказанных условий в реактор необходимо было предварительно загрузить 578,0 г железной стружки и 52,1 г гранул кокса в расчете на 1 л очищаемых сточных вод.

Контактирование воды со смесью стружки и кокса осуществляют при непре- рывнбм перемешивании в течение 20 мин. Полученную суспензию подвергают фазовому разделению в отстойнике. Очищаемая вода содержит ионы цинка, никеля и кадмия в количествах 0,001; 0,001 и 0,002 мг/л соответственно. Ионов меди и хрома в очищенной воде не обнаружено. Очищенная вода имеет рН 7,5. В процессе очистки увеличе- нйя жесткости и содержания не происходит. Расход железной стружки на очистку 1 л сточной воды составил 160 мг.. Расход электроэнергии на вращение реактора 0,05 Вт хч/л. Степень очистки от меди и хрома соста- вила 100%, от цинка и никеля по 99,99%, а от кадмия 99,94%.

Пример 15. Промышленную сточную воду состава согласно примера 14 подают в реактор, где находится железный лом и гра- нулы кокса при соотношении площадей их поверхностей равном 4:1 и при площади поверхности железного лома равной 40000 см2 на 1 л очищаемой сточной воды.

В качестве лома используют куски железа, имеющие неопределенную, самую разнообразную форму: бруски, стержни и т.д. Средняя площадь поверхности 1 грамма железного лома составила 0,96 см . Гранулы кокса имели характеристики согласно примера 14.

Для обеспечения площади поверхности железного лома равной 4000 см2 на 1 л очищаемой сточной воды необходимо было в реактор предварительно загрузить его в количестве 4062,5 г.

Контактирование воды с железным ломом и коксом осуществляют при непрерывном перемешивании в течение 20 мин. Полученную суспензию подвергают фазовому разделению в отстойнике. Обработанная вода имеет высокую концентрацию ионов цинка, меди, хрома, никеля и кадмия, 1,750; 1,340; 0.405; 2,900; 0,488 мг/л соответственно. рН обработанной таким образом воды 6,3. Расход железного лома на обработку 1 л сточной воды составил 180 мг. Расход электроэнергии на вращение реактора - 0,23 Вт-ч/л.

Степень очистки от цинка, меди, хрома, никеля и кадмия составила 90,0. 956,1; 98,0; 80,0 и 85,1 % соответственно.

Следует отметить, что использование железного лома привело к быстрому выходу из строя электродвигателя и корпуса реактора вследствие больших ударных нагрузок вызываемых вращением аппарата.

Сравнительные экспериментальные данные по очистке аммония сточных вод от тяжелых металлов по заявляемому способу с использованием железной стружки и железного лома приведены в таблице.

При использовании железного лома (по известному способу) в гальванической паре с коксом требуется загрузка более чем в 7 раз превышающая потребность в стружке, при этом расход электроэнергии на вращение реактора также возрастает приблизительно в 4,6 раза, ухудшаются условия работы реактора в следствие больших ударных нагрузок, а кроме всего не достигается необходимая степень очистки сточной воды (см.таблицу). При использовании железного лома резко уменьшается количество корот- козамкнутых гальванических элементов, сокращается количество образующихся разнообразных активных соединений железа, значительная часть поверхности лома исключается из процесса очистки.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

1. Способ очистки аммонийсодержащих сточных вод от тяжелых металлов с использованием гальванической пары железо- кокс, отличающийся тем, что, с целью

повышения степени очистки, используют соотношение площадей поверхностей железа и кокса (1-10):1 при величине площади поверхности железа 3000-5000 см на литр

обрабатываемых сточных вод, причем процесс очистки осуществляют при рН 4.0-8,0. 2. Способ по п.1,отличающийся тем, что железо используют в виде стружки.

Сущность изобретения: при постоянном перемешивании и регулировании рН сточную воду пропускают через смесь железной стружки и кокса при соотношении площадей поверхностей железной стружки и кокса