Способ очистки сточных вод Советский патент 1993 года по МПК C02F1/62 

ел

С

Использование: очистка сточных вод, содержащих ионы железа (2) и ионы тяжелых металлов, и может быть использовано в металлургической, химической и других отраслях промышленности. Сущность: в обработанные щелочью с одновременным окислением сточные воды вводят мочевину в количестве 0,25-2 мас.ч. на 1 мас.ч. осадка, формальдегид, кислоту до рН 1,5-2,8, процесс ведут при 65-75 °С, полученный окрашенный осадок отделяют фильтрованием. Молярное соотношение Мочевины и формальдегида (1-1,25):1. Образовавшийся окрашенный осадок может быть использован, в лакокрасочной промышленности в качестве пигмента и наполнителя, в производстве пластмасс, а очищенная сточная вода возвращается в рецикл. Степень очистки 98- 99,7%. 1з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к способам очистки сточных вод, содержащих ионы железа (11) и ионы тяжелых металлов и может быть использовано в металлургической, химической и других отраслях промышленности.

Известен способ очистки сточных вод от ионов Fe(2) и ионов тяжелых металлов, включающий введение щелочи до рН 5,2-3,5 без образования промежуточного осадка с одновременным окислением до Fe(3). Ионы железа в форме поликристаллических частиц из соединенных мельчайших немагнитных частиц игольчатой формы или частиц с сильными магнитными свойствами с адсорбированными тяжелыми металлами выпадают в осадок, который затем удаляют.

К недостаткам известного способа следует отнести сложность регулирования скорости окисления Fe(ll) и трудность

реализации недостаточно чистых продуктов осаждения.

Цель изобретения - обеспечение регенерации сточных вод и утилизация образовавшихся осадков.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе очистки сточных вод, содержащих ионы железа (2) или ионы Fe(2) и ионы тяжелых металлов, включающем обработку щелочью до рН 5,2-3,5 без образования промежуточного осадка с одновременным окислением до железа (Hi), согласно изобретению в обработанные сточные воды вводят мочевину и формальдегид при мольном соотношении 1:1, 25:1, кислоту до рН 1,5-2, процесс ведут при 65-75 °С с последующим выделением окрашенного осадка. Мочевину вводят в количестве 0,25- 2 на 1 мас.ч осадка.

xi

Ј

Ъ 3

со

При обработке сточных вод щелочами с одновременным окислением Fe(ll) в Fe(lII) образуются различные формы оксидов и окси- гидроксидов железа: a-FeOOH, FeOOH, у-FeOOH, а также б- FeOOH.

В предложенном способе при медленном окислении получают a -FeOOH, а при быстром a-FeOOH. Кристаллизации образовавшегося продукта способствует присутствие мочевины. После обработки сточной воды щелочью с одновременным окислением перекисью или кислородом воздуха вводят при перемешивании 0,25-2 мае.ч. мочевины на 1 мас.ч. осадка. Проведение процесса в заданном соотношении обусловлено тем, что соотношение между рН в растворе и средним значением OH/Fe в системе осадок/раствор, а также время кон такта реагентов позволяют получить осадок определенного состава. При этом происходит уменьшение кажущегося объема осадка. . . ...... , :. v -, . ..,. ...

Установлено, что на состав образующегося осадка оксигидроокиси железа оказываетвлияние добавка .комплексообразующего. Введение мочевины способствует кристаллизации образовавшегося продукта с одной стороны, а также дальнейшей полимеризации оксигидроокиси железа. Установлено, что при количестве вводимой мочевины меньше 0,25 мас.ч. не создается условий для образования полимеризационных соединений и значительная часть аморфных частиц может остаться в сточных водах. Увеличение количества вводимой мочевины больше 2 мас.ч. на 1 мас.ч. образовавшегося осадка оксигидроокиси железа не приводит к повышению эффективности очистки и сопровождается Осложнением процесса из- за изменения рН среды и образования большого количества осадка. При последующем добавлении формальдегида происходит реакция с образованием карбамидоформаль- дегидного олигомера, адсорбирующегося на поверхности образовавшегося осадка. При конденсации мочевины с формальдегидом в водном растворе экспериментально подобраны значения рН среды, температура и соотношение мочевины и формальдегида. Избыток формальдегида приводит к тому, что при значении рН и температуре водные растворы мочевины и избытка формальдегида становятся все более вязкими, что приводит к тому, что реакция в .этих условиях не регулируется и в растворе остается свободный формальдегид.

В этих условиях благодаря медленному окислению концентрация ионов Ре(П)и со0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ответствующйх гидроксокомплексов будет повышаться постепенно.

Проведение процесса выше 75 °С приводит к уменьшению вязкости растворов, что является положительным эффектом, однако при этом возможно появление конвек- тивных токов и это отрицательно сказывается на седиментацией ных и фильтрованных характеристиках. Кроме того, ме- тилольные производные мочевины при принятых значениях рН стойки в этом интервале температур. Реакция мочевины с формальдегидом проходит в две стадии: на первой стадии получают метилольные производные. Вторую стадию процесса-кон-- денсацию метйлольных производных проводят при кислотном катализе.

При низких значениях рН конденсация протекает быстро и трудно поддается контролю. . .. : . ; Т .-: . . .. ,

Избыток кислоты приводит к образованию нерастворимых пространственных полимеров. Повышение температуры выше 75 °С также сказывается на свойствах образующегося олигомера, при этом снижается растворимость в воде. :

Многообразие возможных продуктов полйконденсации объясняется полифункци: ональностью мочевины в реакциях с формальдегидом. Предложенные условия процесса позволяют очистить сточные воды и вернуть их в рецикл, а образовавшийся осадок использовать при изготовлении пластмасс в качестве пигмента и наполнителя для лакокрасочной промышленности, а также при соответствующей температурной обработке получить гидраты железа и других .материалов. :. . ;

П р и м е р 1. Сточные воды с рН 2,03, содержащие: Fe2 200 г/л; Си2+ 0,35 г/л; Ni 0,96 г/л; Мп 1,8 г/л;Сг6+ 0,2 г/л, обрабатывают щелочным реагентом с одновременным окислением Fe2+ в Fe3+ до рН 5 в течение 30 мин, затем сточные воды подогревают до 65Q С и загружают при перемешивании мочевину в количестве 30 г (0,15 мас.ч. на 1 мас.ч. осадка), формальдегид дозируют в количестве 1 мас.ч. формальдегида на 1 мас.ч. мочевины, вводят кислоту до рН 1,5, перемешивают в течение 30 мин, Образовавшийся осадок выделяют фильтрованием. Степень очистки 58,7%. Вода пригодна для возвращения в рецикл/Осадок используют как пигмент и наполнитель в лакокрасочной промышленности, а также для получения органе- или водорастворимых полимеров.

Л р и м е р 2. Обработанные сточные воды согласно примеру 1 подогревают до 65 °С. Мочевину загружают в количестве 50 г (0,25

мае.ч. на 1 мае.ч. образовавшегося осадка) и формальдегид дозируют в количестве 1,5 мас.ч.. на 1 мае.ч. мочевины, кислоту до рН 2, перемешивают в течение 30 мин. Образо- . вавшийся осадок выделяют фильтрованием. 5 Степень очистки 83%. Вода пригодна для возвращения в рецикл. Осадок используют как пигмент и наполнитель в лакокрасочной промышленности, а также для получения полимеров.10

П римерЗ. Промышленную сточную воду подвергают обработке аналогично примеру 1, подогревают до 70 °С. Мочевину загружают в количестве 200 г (1 мас.ч. на 1 мас.ч. образовавшегося осадка) формальде- 15 гид в количестве 1,5 мас.ч. формальдегида на 1 мас.ч. мочевины/кислоту до рН 2,8 перемешивают в течение 40 мин. Образовавшийся окрашенный осадок выделяют фильтрованием. Степень очистки 97,7%. 20

Полученные; экспериментальные данные приведены в таблице, позволяющей бо- ... лее наглядно сравнивать преимущества предложенного способа ведения процесса. . П р и м е р 4 - (известный способ). В сточные воды, содержащие 76 г/л Fe2+ 13,68 г/л Си2, 22,8 г/л ZrA 34,2 г/л Сг6 с рН 2,2 и подогретые до 70 °С, добавляют водный раствор или барботируют воздух, 30 содержащий аммиак, доводя рН раствора до величины рН 4,5±0,2. Расход воздуха 200 л/ч. Через 4 ч ирны двухвалентного железа полностью окисляются и рН раствора повышают рт4,7 до 7,1 .Полученный осадок легко 35 отделяют от раствора сульфата аммония. Степень очистки 97,7%. Содержание

-;o,oi%.: :

П р и м е р 5 (известный способ). В Юл 40 раствора, содержащего ионы металлов: олова 18%, шестивалентного хрома 25%, меди 6%, кадмия 18%, ртути 7%, кобальта 5%, свинца 15%, добавляют сульфат железа (II). до концентрации 0,15 моль/л, нагревают до 45 70 °С, с помощью МаОН устанавливают рН среды в пределах 5,0-5,2. При этом через раствор пропускают воздух 250 л/ч, осуществляя окисление ионов Fe . Через 2,5 ч рН. раствора увеличивают до 8,3. В фильтрате 50 содержатся ионы металлов в следующих ко- личествах; Sn 0,7%; Си 1,8%; Нд 0,4%; РЬ 1.5%; общий Сг 1,2; Cd 4,5%; Со 0,8%. К такому раствору добавляют сульфат двухвалентного железа и, пропуская через него 55 газообразный аммиак, устанавливают рН среды на уровень 4,5 ± 0,1 и при 60 °С

осаждают осадок коричневого цвета. Через 3 ч рН раствора увеличивают до 7,2. Остаточное содержание ионов раствора: Sn 0,5%; общий хром 0,01%; Си 0,05%; Нд менее 0,001%; Со 0,05%; РЬ 0,05%.

К недостаткам известного способа следует, также отнести взрывоопасность. длительность процесса, многоступенчатость очистки. Использование аммиаков в качестве щелочного реагента нецелесообразно из- за образования с некоторыми из металлов водорастворимых комплексов.

t .

По предложенному способу.качество очищенной воды аналогично известному способу, а в некоторых случаях превышает.

Очистка сточных вод гальванических, производств, особенно концентрированных, представляется наиболее рациональ- ным таким приемом, в котором загрязняющие вещества (в частности, ионы тяжелых металлов) извлекаются в виде возможных для промышленной реализации продуктов. Между тем известный способ не позволяет применять одноступенчатую очистку концентрированных растворов сточных вод, нет указаний по промышленной реализации полученных продуктов. . Предложенный способ предусматривает регенерацию и повторное использование воды, а также рекуперацию ценных компонентов сточных вод.

Использование предложенного метода промышленной утилизации сточных вод гальванических производств с получением конечных товарных продуктов позволит решить не только экологическую, но и экономическую задачу путем вовлечения в производство вторичного сырья, что в комплексе с основным производством создает предпосылки перехода действующих предприятий к малоотходной технологии.

Эффективность рекуперации ионов тяжёлых металлов из сточных вод определяется не только условиями достижения максимальной степени очистки, но и получением нового продукта определенного качества, а также остаточным содержанием реагирующих веществ..

Рациональное применение полученных продуктов в народном хозяйстве заключается в полной или частичной замене применяющихся для этих целей пигментов, окислов металлов, мела и т;д. на вторичные получен-. ныв материалы, что позволяет сократить дефицит товарных веществ.:

формул аизобретения 1. Способ очистки сточных вод, содержащих ионы железа (II) и ионы тяжелых металлов, включающий обработку щелочью до рИ 3,5-5,2 с одновременным окислением и отделение образовавшегося осадка, о т л и- чающийся тем, что с целью обеспечения регенерации сточных вод, утилизации осадка, в сточные воды, обработанные щелочью с одновременным окислением, вводят при перемешивании мочевину и формальдегид при молярном соотношении 1-1,25:1, кислоту до рН 1,5-2 и процесс ведут при 65-75° С. 2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щи и с я тем, что мочевину вводят в количестве 0,25-2 мас.ч. на 1 мас.ч. осадка,