Способ очистки сточных вод, содержащих кремнезем, от ионов тяжелых металлов

 

Изобретение относится к способам очистки сточных вод промышленных предприятий, содержащих в своем составе кремнезем, в том числе "жидкое стекло", от ионов тяжелых металлов. Для осуществления способа в очищаемый раствор сначала вводят кислоту до рН ≅ 2,5, затем щелочной реагент до значений рН, оптимальных для осаждения ионов тяжелых металлов. При необходимости в очищаемый раствор дополнительно вводят кремниевую кислоту или ее соли. В ряде случае в очищаемый раствор вводят соединения алюминия (III) в массовом отношении SiO₂:Al₂O₃=6:1. Способ обеспечивает создание оптимальных условий очистки стоков, в своем составе содержащих кремнезем, от металлов за счет внутренних резервов очищаемой системы. 1 ил., 5 табл.

Способ относится к очистке сточных вод промышленных предприятий, содержащих в своем составе кремнезем, в т.ч. "жидкое стекло", или использующих активную кремнекислоту (АК) в качестве флокулянта, от ионов тяжелых металлов.

Известно использование седиментации для очистки стоков промышленных предприятий от взвешенных частиц [Л.В. Милованов. Очистка сточных вод предприятий цветной металлургии. Из-во "Металлургия". Москва. 1971].

Недостатком способа является длительность процесса, неполнота очистки, связанная с практической невозможностью очистки растворенных составляющих и коллоидных микрогетерогенных частиц.

Наиболее близким техническим решением является способ очистки стоков с использованием в качестве реагента сульфата алюминия [Е.Д.Бабенков. Очистка воды коагулянтами. Из-во "Наука". Москва. 1977].

Недостатком способа является необходимость введения алюминия в очищаемую систему.

Задачей изобретения является создание оптимальных условий извлечения ионов тяжелых металлов из стоков промышленных предприятий, в своем составе содержащих кремнезем, за счет внутренних резервов очищаемой системы.

Технический результат, который может быть достигнут при осуществлении изобретения, заключается в экономичности процесса за счет сокращения расхода реагента, а также за счет получения быстроосаждаемого плотного осадка с низким влагосодержанием.

Этот технический результат достигается тем, что в известном способе очистки сточных вод, включающем введение реагента, перемешивание и отстаивание раствора, в очищаемый расвтор сначала вводят кислоту до pH≅2,5, затем щелочной раствор до значения pH, оптимальных для осаждения ионов тяжелых металлов.

При необходимости в очищаемый раствор вводят кремниевую кислоту или ее соли.

В ряде случаев в очищаемый раствор вводят соединения алюминия (III) в массовом отношении SiO₂:Al₂O₃=6:1.

Сущность способа поясняется технологической схемой процесса, изображенной на фигуре.

Примеры конкретного осуществления способа.

В качестве исходного раствора использовали сточную воду стекольного производства, полученную после охлаждения и промывки хрустальных изделий при шлифовании и нанесении на них узора алмазным кругом.

Очищаемая сточная вода представляла собой мутную коллоидную систему белого цвета с величиной pH 8 - 9.

В таблице 1 представлено содержание тяжелых металлов, бора и кремния в промывных водах и для сравнения даны предельно-допустимые концентрации (ПДК) по указанным элементам (все таблицы см. в конце описания).

Из данных таблицы 1 следует, что превышение норм ПДК на несколько порядков отмечено по таким составляющим как кремний, свинец, цинк и сурьма. Поэтому в дальнейшем результаты очистки таких стоков контролировали по указанным элементам.

Определение концентраций кремния и металлов производилось объемным и весовым методами, а также при использовании атомно-абсорбционного спектрометра марки "САТУРН-3П-1".

Учитывая щелочные свойства очищаемой пульпы, а также высокое содержание в ней кремния, очевидно, что указанная пульпа содержит продукты гидролиза силикатов металла, находящихся в ней, в т.ч. "жидкое стекло", кремниевая кислота в этих условиях легко образует коллоидные системы и осаждается лишь частично.

Предлагаемый кислотно-щелочной способ очистки предусматривает двойную корректировку pH среды. Возможность применения такого способа обусловлена следующими обстоятельствами.

Наличие в составе очищаемых сточных вод достаточного количества кремнезема позволяет нейтрализацией щелочных растворов силикатов путем кислотной обработки выделить активную кремнекислоту, которая способна флокулировать гидроксиды металлов и взвешенные примеси воды.

При нейтрализации щелочного раствора кислотой легко выделяется золь монокремниевой кислоты, который со временем полимеризуется, образуя гель Наибольшая скорость полимеризации золя наблюдается при pH 5 - 8. С повышением температуры от 0 до 50^oC застудневание ускоряется в несколько раз.

Частицы АК имеют студенистую форму и размеры 10 - 1500 , их изоэлектрическая точка лежит в области pH 4 - 5.

В основе флокулирующего действия АК лежит взаимная коагуляция противоположно заряженных золей. К тому же частицы АК выступают как центры конденсации продуктов гидролиза, кроме того, АК повышает ионообменную емкость дисперсной фазы.

Известно, что наилучшие результаты достигаются, если АК добавляют после завершения гидролиза и образования первичных частиц твердой фазы.

Все эти факторы позволили подобрать оптимальный режим кислотно-щелочного способа очистки стоков.

Опыт 1 (таблица 2).

Исходная пульпа с величиной pH 8 - 9, содержащая микрогетерогенные продукты гидролиза, нейтрализуется серной кислотой до pH≅2,5, при этом выделяется свободная кремнекислота, затем проводят постепенное повышение pH, проходя через значения pH 5 - 8, при которых происходит достаточно быстрая полимеризация золя АК, при поднятии pH до 10 завершаются процессы образования гетерокомплексов, гетерокоагуляция и ионообменные процессы.

Опыт 2 (таблица 2).

Опыт проводили в условиях, аналогичных опыту 1 таблицы 2, с той лишь разницей, что отсутствовало время отстоя после кислой обработки и увеличено время отстоя после щелочной обработки.

Результаты очистки аналогичны таковым в опыте 1 таблицы 2 и свидетельствуют о глубокой очистке стока указанным способом от ионов тяжелых металлов.

Опыт 3 (таблица 2).

Опыт проводили в условиях, аналогичных опытам 1 и 2 таблицы 2, с той лишь разницей, что очистку осуществляли при нагревании раствора до 50^oC.

Отмечается положительное влияние на очистку повышения температуры, связанное с сокращением времени созревания осадка.

Опыты 4 и 5 (таблица 2).

Из данных опытов следует, что использование только кислотной (опыт 4) или только щелочной (опыт 5) обработок приводит лишь к частичному осветлению пульпы, т.к. в этих условиях процессы образования гидроксокомплексов, гетерокоагуляция и ионный обмен либо протекают частично, либо не осуществляются вовсе.

Выбор серной кислоты для осуществления опытов 1 - 5 таблицы 2 обусловлен тем, что ионы SO²₄^- обладают сильным коагулирующим действием, являясь противоионами по отношению в заряженным продуктам гидролиза, они расширяют зоны pH и уменьшают потребность в коагулянтах. Кроме того, сульфат-ион способствует образованию малорастворимых комплексов, в т.ч. со свинцом.

В таблице 3 дана характеристика осадка, полученного после очистки сточных вод кислотно-щелочным способом.

Осадок составляет 0,2% мас. от массы очищаемой пульпы.

Состав осадка определяли по разности составов исходной и очищенной пульп.

Полученный осадок может быть использован для подшихтовки в различных плавильных производствах, а также при условии его очистки от примесей (Pb, Zn, Sb и др.) возможно использование в строительстве и пр.

Таким образом, при переработке осадка в товарный продукт, а также при использовании очищенной воды для технических целей, реализуется замкнутый цикл безотходного производства.

Для сравнения результатов очистки по предлагаемому способу и прототипу в таблице 4 даны результаты очистки сточной воды седиментацией, а в таблице 5 - для очистки использован сульфат алюминия.

Из данных таблицы следует, что, если путем отстоя можно на порядок уменьшить содержание кремния в растворе за время не более 8 часов, то содержание свинца, цинка и сурьмы сохраняются в растворе неизменными, а при времени остаивания более 8 часов в растворе практически не изменяется и содержание кремния.

Из данных таблицы 5 следует, что использование сульфата алюминия дает хорошие результаты очистки, однако, разработанный кислотно-щелочной способ имеет определенные преимущества для очистки данного стока по сравнению с прототипом, заключающееся в том, что в разработанном способе практически используются флокулянты, полученные из самого стока, происходит как бы самоочистка стока выделяемой АК, при этом используют легко доступные и относительно дешевые реагенты, расход которых незначителен, осадки не загрязняются дополнительно вводимыми труднорастворимыми гидроксокомплексами алюминия.

Следует отметить, что использование разработанного кислотно-щелочного способа с предварительным введением сульфата алюминия в массовом соотношении SiO₂:Al₂O₃=6:1 приводит к практически мгновенному осаждению алюмосиликатов и осветлению раствора.

Разработанный кислотно-щелочной способ позволяет применять для очистки отработанные технические растворы кислот и щелочей, что удешевляет процесс.

Формула изобретения

Способ очистки сточных вод, содержащих кремнезем, от ионов тяжелых металлов, включающий введение реагента, перемешивание и отстаивание раствора с последующим отделением образующегося осадка, отличающийся тем, что в очищаемый раствор сначала вводят кислоту до рН ≅ 2,5, а затем щелочной раствор до значений рН, оптимальных для осаждения ионов тяжелых металлов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4