Способ очистки сточных вод от хрома и тяжелых цветных металлов и устройство для его осуществления (его варианты)

 

Изобретение относится к области очистки сточных вод. Сущность изобретения: способ очистки осуществляют путем пропускания сточных вод через восстановитель, в качестве которого используются отходы механической обработки алюмомагниевых сплавов, например дюралюминия, в смеси с железной стружкой. Устройство для осуществления способа может быть выполнено в двух вариантах. По первому варианту оно состоит из цилиндрического корпуса с кольцевыми камерами, расположенными таким образом, что они образуют между собой лабиринт, при этом стенки камер должны быть обязательно облицованы листовым железом и дюралем. По второму варианту устройство состоит из цилиндрического корпуса и трубы в центре, которые снабжены гидрофорсунками, равномерно размещенными по периметру корпуса и трубы, при этом стенки корпуса изнутри облицованы железом. Способ обеспечивает высокую эффективность очистки за счет упрощения процесса. 2 с. и 3 з. п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области очистки сточных вод, содержащих шестивалентный хром и тяжелые цветные металлы, и может быть использовано в отраслях, где по условиям технологического процесса возможно повторное использование очищенной воды или сброс ее в открытые водоемы.

В настоящее время для очистки сточных вод от ионов металлов используются химические, электрохимические и ионообменные способы.

Электрохимические и ионообменные способы обеспечивают высокую степень очистки сточных вод, но требуют больших капитальных и эксплуатационных затрат из-за повышенного расхода электроэнергии, высокой стоимости ионообменных материалов и сложности очистного оборудования. Поэтому эти способы очистки не достаточно эффективны, например, в оборотном водоснабжении металлургических и химических предприятий, а также при больших потоках сточных вод.

Химические методы очистки сточных вод основаны на использовании различных реагентов и образования труднорастворимых соединений с ионами извлекаемых металлов.

Известен способ очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов [1] включающий введение двухвалентного железа, нагревание до 60-80^оС, непрерывное введение газа-окислителя и смешивание с нагретым щелочным реагентом, содержащим ионы аммония и гидрокарбоната. При этом компоненты вводятся в строго заданных соотношениях.

Недостатком данного способа является сложность отделения получаемого осадка от раствора из-за его высокой щелочности.

Известен способ очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов известковым молоком, которое вводится под давлением 4-5 атм [2] Недостатком способа является необходимость строгого контроля значений рН, отклонения от которых приводят к нарушению всего процесса очистки. Кроме того, требуется строительство громоздких очистных сооружений в связи с большим объемом образующихся осадков. Все это вместе взятое снижает эффективность способа очистки.

Известен способ очистки сточных вод от хрома [3] включающий восстановление и выделение хрома раствором серы в гидроокиси. В качестве гидроокиси используют гидроокись аммония, натрия, кальция и бария.

Недостатком способа является высокая стоимость и дефицит используемых реагентов NaOH, Ba(ОH)₂, а также вторичное загрязнение сточных вод аммиаком.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ очистки сточных вод от соединений хрома [4] который включает контактирование воды путем фильтрования через восстановитель, в качестве которого используют смесь алюминиевой стружки с порошком железа при определенном соотношении.

Однако этот способ не может быть применен для очистки сточных вод от тяжелых цветных металлов (кроме меди), в частности от цинка и никеля. Применение порошка железа в качестве восстановителя в промышленном масштабе затруднительно, так как он очень быстро окисляется на воздухе.

Известно устройство для очистки сточных вод, содержащее корпус с коническим днищем, внутри корпуса установлены осадительные элементы, выполненные в виде спиральных коробов [5] Недостатком известного устройства является сложность изготовления осадительных камер по спирали. Кроме того, в спиральной конструкции при равных объемах поступающей воды время контакта ее с восстановителем недостаточно за счет ускорения при прохождении раствора через спираль, поэтому в данном случае требуется значительное увеличение габаритов очистного устройства.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, разработка способа, обеспечивающего высокую эффек тивность очистки сточных вод от хрома и тяжелых цветных металлов меди, цинка, никеля, олова за счет упрощения процесса, использования дешевых и доступных реагентов, снижения энергозатрат, а также создание для этой цели конструкции устройства, отличающегося простотой изготовления и обслуживания.

Для решения поставленной задачи в способе очистки сточных вод от хрома и тяжелых цветных металлов, включающем контактирование с металлическим восстановителем, согласно изобретению в качестве реагента-восстановителя используют отходы механической обработки алюмомагниевых сплавов, например дюралюминия, в смеси с железной стружкой, а контактирование осуществляют путем пропускания сточной воды через восстановитель.

В качестве очищающего материала-восстановителя наряду с механической обработкой сталей могут быть использованы отходы любых алюмомагниевых производств в том числе и лом изношенных корпусов самолетов, что по сравнению с известными восстановителями обеспечивает значительное удешевление процесса при одинаковой степени очистки. Соотношение алюминия и магния в сплаве любое.

Применение в качестве реагента-осадителя железной стружки с отходами сплавов алюминия с магнием обеспечивает удаление из сточных вод совместно с хромом тяжелых цветных металлов за счет присутствия в сплаве магния, который имеет более отрицательный, чем железо и алюминий, электропотенциал. Кроме того, предлагаемый способ позволяет проводить очистку сточных вод в более широком диапазоне рН из-за амфотерных свойств сплава, т.е. как в кислых, так и в щелочных средах.

Предлагаемый способ может быть осуществлен в одном из вариантов устройства.

По первому варианту заявляемый способ может быть осуществлен в устройстве, включающем вертикальный цилиндрический корпус с коническим днищем и расположенные в корпусе осадительные элементы, которые согласно изобретению отличается тем, что они выполнены в виде кольцевых камер, при этом стенки корпуса изнутри облицованы листовым алюминием (дюралем) и железом (по типу "Лабиринт").

По второму варианту устройство для очистки сточных вод включает вертикальный цилиндрический коpпус с коническим днищем и расположенную по центральной оси корпуса трубу. Согласно изобретению устройство отличается тем, что корпус и труба снабжены гидрофорсунками для распыления сточной воды, равномерно расположенными по периметру корпуса и трубы, при этом стенки корпуса изнутри облицованы листовым железом (по типу "Фонтан").

Выполнение очистного устройства с кольцевыми камерами по типу "Лабиринт" обеспечивает непрерывность потока сточной воды. Кроме того, при такой конструкции увеличивается зона транспор- тирования, в которой поток воды, двигаясь с заданной скоростью, искусственно замедляется на поворотах, что обеспечивает увеличение времени контактирования сточной воды с реагентом-осадителем.

Стенки камер заявляемого устройства облицовываются изнутри листовым железом и алюминием (дюралем) с противоположных сторон, что обеспечивает интенсификацию процесса в результате образования гальванических пар алюминий-магний-железо.

Вариант выполнения устройства для очистки сточных вод с гидрофорсунками, размещенными по периметру корпуса и в центре, по типу "Фонтан", обеспечивает распыление воды над реагентом-очистителем, чем достигается увеличение времени контакта исходной воды с ним и увеличение степени очистки. Гидрофорсунки в результате аэрации обеспечивают насыщение воды кислородом, усиливая скорость образования гидроксидов удаляемых металлов.

Облицовка стенок корпуса устройства листовым железом, как и в первом варианте, интенсифицирует процесс в результате образования гальванических пар железо-магний-алюминий.

На фиг.1 представлена схема устройства для очистки сточных вод по первому варианту ("Лабиринт").

Устройство для очистки сточных вод от шестивалентного хрома и тяжелых цветных металлов включает корпус 1, коническое днище 2, кольцевые камеры 3, стенки 4 кольцевых камер, облицованные листовым железом и алюминием (дюралем) с противоположных сторон.

На фиг.2 представлена схема устройства для очистки сточных вод по второму варианту ("Фонтан").

Устройство для очистки сточных вод от шестивалентного хрома и тяжелых цветных металлов содержит корпус 1, коническое днище 2, расположенную по центральной оси корпуса трубу 3, гидрофорсунки 4.

Способ осуществляют следующим образом.

Сточные воды, содержащие хром, медь, цинк, никель, олово и др. поступают на предварительную фильтрацию для удаления механических взвесей, а затем подаются на очистку от ионов металлов. Удаление их осуществляется в установке для очистки сточных вод, в которую загружают отходы механической обработки сплава алюминий-магний и сталей в виде стружки или лома различных размеров от 10 до 50 мм². Количество загружаемого материала зависит от габаритов устройства, но обязательным условием является такое соотношение к раствору, при котором очищающий материал возвышается над исходным раствором.

Габариты очистного устройства, в свою очередь, зависят от необходимой степени очистки воды, требующейся для последующего использования.

На выходе из очистного сооружения сточные воды анализируются на остаточное содержание ионов хрома и тяжелых металлов.

Примеры осуществления способа представлены в табл.1 и 2. Из приведенных данных видно, что заявляемый способ может быть осуществлен при любом значении рН и обеспечивает любую требуемую степень очистки. Из приведенных конкретных примеров видно также, что необходимая и достаточная степень очистки будет достигаться при всех линейных скоростях водопотока, не превышающих 1,65 см/сек, после чего вода может быть повторно использована для оборотного водоснабжения фабрики.

Предлагаемый способ очистки сточных вод может быть осуществлен в двух вариантах устройства.

Устройство по первому варианту типа "Лабиринт" работает следующим образом.

Кольцевые камеры 3, расположенные в корпусе 1, заполняются кусковым металлическим ломом сплава алюминий-магний, перемешанного с железной стружкой ≈ 1: 1. Исходная сточная вода с имеющейся на фабрике скоростью поступает по трубе в периферийную камеру и проходит через остальные десять кольцевых камер, равномерно заполняя свободный объем между кусками лома.

При протекании через кольцевые камеры, заполненные металлическим ломом сплава алюминий-магний с железной стружкой, ионы металлов, находящиеся в сточной воде, вступают в реакцию и выпадают в осадок в виде гидроксидов. Очищенная вода с суспендированными гидроксидами выходит через коническое днище корпуса, имеющее в центре кольцеобразное углубление с двумя выпускными отверстиями 5.

Устройство по второму варианту типа "Фонтан" работает следующим образом.

Исходная сточная вода с имеющейся скоростью поступает в корпус 1, наполненный металлоломом сплава алюминий-магний с железной стружкой, через гидро- форсунки 4, расположенные по периметру корпуса и в центре. С помощью гидрофорсунок осуществляется распыление сточной воды над находящимся в корпусе материалом. При их контакте происходит взаимодействие примесей с алюминием, магнием и железом с образованием гидроксидов металлов, а очищенная вода удаляется через выходное отверстие в центре конического днища 2 корпуса 1.

Использование заявляемых изобретений по сравнению с известными позволяет значительно повысить эффективность очистки сточных вод в результате непрерывности процесса и исключения допол- нительного загрязнения воды вторичными химическими веществами, а также снижения трудозатрат, поскольку заявляемые устройства не требуют персонального обслуживания. Кроме того, предлагаемый способ позволяет проводить процесс очистки в более широком диапазоне рН, нормализуя его в интервале 6-8 как от рН ≈ 2, так и от рН > 14.

Формула изобретения

1. Способ очистки сточных вод от хрома и тяжелых цветных металлов, включающий пропускание сточной воды через металлический восстановитель на основе алюминия и железа, отличающийся тем, что в качестве восстановителя используют отходы механической обработки алюмомагниевых сплавов в смеси с железной стружкой.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что размер частиц восстановителя составляет 10 - 50 мм².

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что линейная скорость водопотока не превышает 1,65 см/с.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что восстановитель берут в количестве, обеспечивающем возвышение его над очищаемой водой.

5. Устройство для очистки сточных вод от хрома и тяжелых цветных металлов, содержащее вертикальный цилиндрический корпус с коническим днищем, отличающееся тем, что корпус снабжен кольцевыми камерами, расположенными таким образом, что образуют между собой лабиринт, при этом стенки камер изнутри облицованы листовым железом и дюралем с противоположных сторон.

6. Устройство для очистки сточных вод от хрома и тяжелых цветных металлов, содержащее вертикальный цилиндрический корпус с коническим днищем и расположенную по центральной оси корпуса трубу, отличающееся тем, что корпус и труба снабжены гидрофорсунками, равномерно размещенными по периметру корпуса и трубы, при этом стенки корпуса изнутри облицованы железом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3