Способ двухступенчатой нейтрализации сточных вод

 

Изобретение относится к очистке сточных вод и может быть использовано в машиностроительной и металлообрабатывающей промышленности, где необходимо обезвреживать кислые железосодержащие сточные воды. Процесс нейтрализации сточных вод разделяют последовательно на две стадии - до величины рН 6-7 фильтрованием под разрежением 0,4-0,6 кгс/см² через тонкий слой мелкодисперсного нейтрализующего реагента - феррохромового шлака толщиной 0,5-2,0 мм в течение 1 мин на первой ступени и до величины рН 8,5-9,5 нейтрализацией известковым молоком на второй ступени. Технический результат: разгрузка очистных сооружений по загрязнениям и увеличение скорости осаждения в отстойниках. 2 табл., 4 ил.

Изобретение относится к области очистки сточных вод и может быть использовано в машиностроительной и металлообрабатывающей промышленности, где необходимо обезвреживать кислые железосодержащие сточные воды.

Известен способ очистки кислых железосодержащих сточных вод, включающий усреднение, нейтрализацию сточных вод известковым молоком, отстаивание и механическое обезвоживание образующегося осадка (Смирнов Д.Н., Генкин В.Е. Очистка сточных вод в процессах обработки металлов. -М.: Металлургия, 1980, 195 с. ). Однако этому способу присущи существенные недостатки: большой расход извести, загипсовывание трубопроводов, трудность осаждения мелкодисперсных хлопьев гидроокиси железа, большой объем образующегося осадка и трудность его обезвоживания.

Известен способ очистки кислых железосодержащих сточных вод фильтрованием через слой магнезита (Кожевникова Е.П., Волков Л.С. Исследование работы магнезитовых фильтров при нейтрализации кислых железосодержащих сточных вод. В сб. Процессы фильтрования при очистке природных и сточных вод, Южно-Уральское кн. изд-во, Челябинск, 1965, 78 с.). Фильтрация сточных вод через слой загрузки из обожженого магазина (крупность зерен 1-3 мм высотой до 2,5 м) со скоростью 2-4 м/ч позволяет проводить в обычном скором фильтре нейтрализацию и задержание гидроокиси железа.

Вместе с тем, применение данного способа очень ограничено из-за образования на зернах фильтрующей загрузки гипсожелезистых отложений, препятствующих нормальной работе фильтров. Как показали многочисленные наблюдения за применением этого способа, после нескольких фильтроциклов нейтрализующая способность загрузки в режиме полной нейтрализации резко снижается, а затем падает практически до нуля. Частая замена загрузки является нерациональной в техническом и экономическом отношениях.

К недостаткам данного способа следует отнести также трудность регенерации фильтрующей загрузки и низкую скорость фильтрования.

Известен способ двухступенчатой нейтрализации сточных вод, включающий усреднение, нейтрализацию, oтстаивание и механическое обезвоживание образующегося осадка (Шабалин А.Ю. Очистка и использование сточных вод на предприятиях черной металлургии, Москва, Металлургия, 1968, с. 257-278), при этом нейтрализацию сточных вод разделяют последовательно на две стадии: феррохромовым шлаком и известковым молоком.

Недостатками этого способа являются: большой расход ФХШ; трудности, связанные с удалением осадка из отстойников.

Технической задачей предлагаемого изобретения является разгрузка очистных сооружений по загрязнениям и увеличение скорости осаждения в отстойниках.

Технический результат достигается тем, что сточные воды подвергают усреднению, нейтрализации, отстаиванию и механическому обезвоживанию образующегося осадка и процесс нейтрализации сточных вод разделяют последовательно на две ступени до величины рН=6-7 фильтрованием под разрежением 0,4-0,6 кгс/см² через тонкий слой (0,5-2,0 мм) мелкодисперсного нейтрализующего реагента феррохромового шлака в течение 1 мин на первой ступени, и до величины рН= 8,5-9,5 нейтрализацией известковым молоком на второй ступени.

На фиг. 1 представлена зависимость высоты слоя ФХШ на эффект нейтрализации сточных вод (исходный сток рН=2, содержание иона железа (11): 0,025; 0,1; 1,0; 2,0 г/л).

На фиг. 2 представлена зависимость высоты слоя ФХШ на эффект нейтрализации сточных вод (исходный сток рН= 3-6 (ср.), содержание иона железа 0,025-2,0 г/л).

На фиг. 3 представлена зависимость %-ного высаждения железа (11) от рН стока.

На фиг. 4 представлена зависимость скорости осаждения частиц гидроокиси железа (11) в отстойниках от концентрации иона железа в стоке.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. В качестве нейтрализующего фильтрующего материала применяется феррохромовый шлак многотоннажный отход электросталеплавильного производства. Степень дисперсности его колеблется в пределах от 1 до 15 мкм. Нейтрализующая способность ФХШ обуславливается содержанием в его составе до 70% двухкальциевых силикатов, способных вступать в реакции нейтрализации.

Фильтрование проводилось на погружной вакуум-фильтровальной воронке площадью фильтрования 0,004 м². Фильтрованию подвергалась сточная вода, содержащая серную кислоту (pН=2 - 5-6) и соль железа (11) (концентрация иона железа (11) от 0,025 до 2,0 г/л).

Толщина слоя ФХШ варьировалась в пределах от 0,5-2,0 мм из условия обеспечения рН фильтрата не менее 6-7. Время фильтрования не превышало 1 мин из условия обеспечения максимальных скоростей фильтрования. Фильтрование осуществлялось при величине разрежения 0,3-0,6 кгс/см². При меньших величинах разрежения за время фильтрования происходит незначительное повышение рН сточных вод. При больших величинах разрежения не обеспечивает эффект нейтрализации сточных вод в тонком слое ФХШ.

Как видно из фиг.1-2, процесс нейтрализации сточных вод идет в две ступени: на первой нейтрализуется кислота, на второй происходит образование гидроокиси. Причем на второй ступени требуется существенная затрата реагента. С увеличением концентрации ионов металлов требуется все больше реагента для изменения величины рН на одну и ту же величину. Установлено, что для повышения величины рН с 2 до 6-6,5 в интервале содержания иона железа в сточных водах 0,025-2,0 г/л необходимая толщина слоя ФХШ составляет 0,5-2,0 мм. Для осуществления режима полной нейтрализации толщина слоя ФХШ лежит в пределах 2,0-4,5 мм (фиг.1-2).

Фильтрование кислых железосодержащих сточных вод через слои ФХШ толщиной 0,5-3,0 мм под вакуумом 0,4-0,6 кгс/см² в течение 1 мин обеспечивает достаточно высокие скорости фильтрования - от 2,5 до 6 м/ч (табл. 1).

Нейтрализация сточных вод до рН 6-7 обеспечивает удаление из сточных вод основной массы загрязнений, т.к. при фильтровании через тонкий слой ФХШ происходит нейтрализация свободной кислоты и высаждение 80% иона железа (11) (фиг. 3). Это способствует разгрузке очистных сооружений и обеспечению стабильной величины рН сточных вод.

Вторая ступень нейтрализации проводится известковым молоком известным способом до величины рН 8,5-9,5 из условия наиболее полного высаждения железа (11) в виде гидроокиси. При этом значительно уменьшается расход нейтрализующего реагента-извести, т.к. после первой ступени нейтрализации в сточных водах остается всего лишь 20% иона железа (11).

ПРИМЕР 1. Кислую железосодержащую сточную воду (рН=2, концентрация иона железа (11) 50 мг/л фильтруют через слой ФХШ толщиной 1,5 мм под разрежением 0,5 кгс/см². В качестве фильтровальной перегородки использовали капрон арт. 56007. Слой ФХШ толщиной 1,5 мм получали фильтрованием 3%-ной по весу суспензии ФХШ под разрежением 0,5 кгс/см² в течение 15 с. При этом средняя скорость фильтрования за 2 мин составила 6,2 м/ч. рН фильтрата 6-7, влажность образующегося осадка гидроокиси железа (11) после просушки под вакуумом составила 45%.

ПРИМЕР 2. Кислую железосодержащую сточную воду (рН 3-4, концентрация иона железа (11) 200 мг/л фильтруют через слой ФХШ толщиной 0,5 мм под разрежением 0,5 кгс/см². В качестве фильтровальной перегородки использовали капрон арт.56007. Слой ФХШ толщиной 0,5 мм получали фильтрованием 3%-ной по весу суспензии ФХШ под разрежением 0,5 кгc/см² в течение 5 с. При этом средняя скорость фильтрования за 3 мин составила 5,2 м/ч, рН фильтрата 6-7, влажность образующегося осадка гидроокиси железа после просушки под вакуумом составила 45%.

Отработавший слой ФХШ с задержанными загрязнениями в виде частиц гидроокиси железа может вывозиться в отвал вместе с обезвоженным осадком.

Известно, что хлопья гидроокиси железа после нейтрализации известковым молоком плохо осаждаются в отстойниках, причем, чем больше концентрация иона железа в стоке, тем меньше скорость осаждения частиц гидроокиси железа (фиг. 4). (Васильев В.И. Исследование условий выделения взвеси из нейтрализованных кислых железосодержащих сточных вод. Дисс. на соиск. уч.ст. к.т.н., Челябинск, 1972. 130 с.). Проведение режима двухступенчатой нейтрализации способствует значительному уменьшению концентрации иона железа в стоке после первой ступени нейтрализации и, т.о. увеличению скорости осаждения хлопьев гидроокиси железа (11) в отстойниках, обеспечению стабильной их работы и уменьшению их размеров.

При этом объем осадка, осажденного в отстойниках, значительно меньше (примерно в 5 раз), чем при проведении нейтрализации сточных вод только известковым молоком. Соответственно для его обезвоживания требуется меньшее количество аппаратов.

Осуществление первой ступени нейтрализации возможно на серийно выпускаемых аппаратах барабанных вакуум-фильтрах типа БОУ с наружной поверхностью фильтрования, работающий с тонким слоем ФХШ. Эти аппараты могут быть размещены в цехе механического обезвоживания наряду с аппаратами для обезвоживания осадка (как правило, теми же вакуум-фильтрами типа БОУ). Это приводит к значительному сокращению эксплуатационных затрат на осуществление предлагаемого способа очистки.

Предлагаемый способ двухступенчатой нейтрализации сточных вод может быть с успехом применяем для селективного извлечения металлов из сточных вод. При этом следует учитывать интервал рН, в котором происходит высаждение металла (табл. 2), а также количество нейтрализующего реагента для высаждения одной весовой части металла.

Осуществление предлагаемого способа очистки кислых железосодержащих сточных вод позволит разгрузить очистные сооружения по загрязнениям, в 2,5-3 раза увеличить скорость осаждения хлопьев гидроокиси железа в отстойниках.

Формула изобретения

Способ двухступенчатой нейтрализации сточных вод, включающий усреднение, нейтрализацию, отстаивание и механическое обезвоживание образующегося осадка, отличающийся тем, что нейтрализацию сточных вод разделяют последовательно на две стадии - до величины рН 6-7 фильтрованием под разрежением 0,4-0,6 кгс/см² через слой феррохромового шлака толщиной 0,5-2,0 мм в течение 1 мин на первой стадии и до величины рН 8,5-9,5 нейтрализацией известковым молоком на второй стадии.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6