Способ очистки сточных вод от сульфат-ионов

 

Изобретение относится к реагентным способам очистки сточных и природных вод от сульфат-ионов и может быть использовано для очистки в различных отраслях промышленности, в том числе горнорудной, химической, и для очистки гальваностоков машиностроительных заводов. Способ очистки сточных вод от сульфат-ионов, основанный на нейтрализации сульфатсодержащей сточной воды и введении реагента, заключается в том, что перед введением реагента сточную воду нейтрализуют до рН 8,5-12,1, в качестве реагента берут смесь извести с гидроокисью алюминия аморфной структуры, извлеченной из кислого раствора алюминиевой соли, и дозируют в нейтрализованную воду с последующей донейтрализацией стоков до рН 12,2-12,8 и далее перемешивают очищаемую воду до завершения осаждения SO^2-₄ в твердую фазу. Предпочтительно смесь извести с гидроокисью алюминия аморфной структуры, извлеченной из кислого раствора алюминиевой соли, использовать в соотношении СаО:Al(ОН)₃ не менее 1:1,1. Способ обеспечивает сокращение времени очистки сточных вод от сульфат-ионов до концентрации ниже 100 мг/дм³, регламентируемой ПДК для сброса воды в водоемы рыбохозяйственного назначения. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к способам очистки сточных и природных вод от сульфат-ионов и может быть использовано для очистки в различных отраслях промышленности, в том числе горнорудной, химической, и для очистки гальваностоков машиностроительных заводов.

Известен ряд способов очистки сточных вод от сульфат-ионов путем нейтрализации воды до рН 9.5-12.35 известковым молоком 5-10% и с применением в качестве реагента алюминийсодержащих солей АlСl₃, Al₂(OH)₅Cl, NaAlO₂ [1, 2].

Применение в качестве реагента хлорсодержащих солей алюминия или алюмината натрия для очистки сточных вод от сульфат-ионов неизбежно приводит к вторичному загрязнению стоков ионами хлора или натрия, превышение ПДК которых влечет за собой токсичное действие на животные и растительные организмы и соответственно оказывает негативное влияние на здоровье человека.

Наиболее близким способом того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности признаков является использование металлического алюминия [3]. Сущность данного способа заключается в следующем: при контакте сточной воды, содержащей сульфат-ионы, с металлическим алюминием происходит образование основных сульфатов, затем сульфата алюминия. При полном реагировании сульфат ионов с алюминием рН среды достигает 3.7-3.8. Далее добавляют известковое молоко до рН 11.5, и при перемешивании происходит образование САК (сульфоалюминат кальция) и глубокая очистка от сульфат-ионов. При использовании этого способа исключается дополнительное загрязнение стоков ионами хлора или натрия.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, является применение дорогостоящего металлического алюминия, что исключает возможность широкого внедрения, особенно для больших объемов высокозагрязненных сточных вод.

Задачей настоящего изобретения является удешевление технологии с обеспечением глубокой очистки. Технический результат - сокращение времени очистки сточных вод от сульфат-ионов до концентрации ниже 100 мг/дм³, регламентируемой ПДК для сброса воды в водоемы рыбохозяйственного назначения.

Поставленная задача достигается тем, что в способе очистки сточных вод от сульфат-ионов, заключающемся в нейтрализации сульфатсодержащей сточной воды и введении реагента, согласно изобретению перед введением реагента сточную воду нейтрализуют до рН 8.5-12.1, а в качестве реагента берут смесь извести с гидроокисью алюминия аморфной структуры, извлеченной из кислого раствора алюминиевой соли, и дозируют в нейтрализованную воду с последующей донейтрализацией стоков до рН 12.2-12.8 и далее перемешивают очищаемую воду до завершения осаждения SO^-2₄ в твердую фазу.

Целесообразно смесь извести с гидроокисью алюминия аморфной структуры, извлеченной из кислого раствора алюминиевой соли, брать в соотношении СаО:Аl(ОН)₃ не менее 1:1.1.

Использование в качестве реагента смеси извести с гидроокисью алюминия аморфной структуры, извлеченной из кислого раствора алюминиевой соли, в сочетании с предложенной последовательностью операций позволяет не только достичь высокого качества очищенной воды и исключить повторное загрязнение ее ионами хлора и натрия, но сократить значительно время обработки (перемешивания). Гидроокись алюминия аморфной структуры, извлеченная из кислого раствора алюминиевой соли, - более дешевый реагент для очистки сточных вод от сульфат-ионов по сравнению с металлическим алюминием, что позволяет удешевить технологию очистки с достижением высокого качества воды, обеспечивающего сброс воды в водоемы рыбохозяйственного назначения.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволило установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволило установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для поставленной задачи.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

Предлагаемый способ с получением вышеуказанного технического результата осуществляется следующим образом.

Сточную воду, содержащую сульфат-ионы, нейтрализуют до рН 8.5-12.1 и вводят предварительно подготовленную смесь извести с гидроокисью алюминия аморфной структуры, извлеченной из кислого раствора алюминиевой соли. При этом смесь берут в соотношении СаО:Аl(ОН)₃ не менее 1:1.1 и дозируют в нейтрализованную воду в виде пасты. Затем донейтрализовывают обрабатываемую воду известковым раствором или известковой пастой до рН 12.2-12.8 и далее перемешивают ее до завершения осаждения SO^-2₄.

Время обработки (время перемешивания) и расход гидроокиси алюминия обусловлены составом воды и концентрацией в ней сульфат-ионов, параметры которых представлены в таблице.

Очищенную от сульфат-ионов воду с рН 12.3-12.6 после отделения осадка подвергают барботажу воздухом или барботажу в присутствии СО₂ для нормализации водородного показателя до рН 8.5.

Как показали эксперименты, при нейтрализации сточной воды перед введением реагента до величины рН меньше 8.5 поставленная задача не достигается, т.к. не происходит осаждение загрязняющих катионов, находящихся в сточной воде. При нейтрализации воды до рН больше 12.2 начинается растворение осажденных гидроокисей ряда катионов, в результате чего также не будет достигнута поставленная задача по очистке воды.

Использование смеси извести с гидроокисью алюминия аморфной структуры в соотношении меньше чем 1:1.1 не позволяет сократить время обработки воды. Как показали исследования, при увеличении соотношения СаО:Аl(ОН)₃ время обработки сокращается, но увеличивается объем осадка.

Предложенный способ обеспечивает глубокую очистку стоков от сульфат-ионов до концентрации ниже 100 мг/дм³, регламентируемой ПДК для сброса воды в водоемы рыбохозяйственного назначения, и позволяет значительно сократить время обработки по сравнению с известными решениями.

Проверка предлагаемого способа очистки сточных вод от сульфат-ионов проводилась на натуральной (рудничной) и искусственной воде.

Пример 1. Очистка сточных вод от сульфат-ионов проводилась на натуральной (рудничной) воде с рН 4-8 и концентрацией ионов, мг/дм³:

Сточная вода подвергалась нейтрализации известковым молоком до рН 11 для осаждения загрязняющих катионов. Затем в нейтрализованную воду дозировали 433,5 мг/дм³ (в пересчете по сухому) гидроокиси алюминия аморфной структуры, извлеченной из кислого раствора алюминиевой соли, с влажностью 86.3%.

При этом рН очищаемой воды понижается до 10.5 и для перевода сульфат-ионов в осадок дополнительно осуществляется известкование воды до рН 12.2-12.8 с непрерывным перемешиванием в течение 5-ти часов. После этого остаточное содержание ионов SO^-2₄ составило 90 мг/дм³, а концентрация ионов Сl^- (17 мг/дм) оставалась без изменения.

Как видно, очищенная вода соответствует норме ПДК для сброса воды в водоемы рыбохозяйственного назначения, а также не происходит дополнительное загрязнение ионами хлора.

Пример 2. Рудничная вода с концентрацией загрязняющих компонентов, указанных в примере 1, подвергалась нейтрализации известковым молоком для осаждения загрязняющих катионов. Затем в эту нейтрализованную воду дозировали смесь СаО и Аl(ОН)₃ (расход Аl(ОН)₃ в пересчете по сухому составил 433,5 мг/дм³) в соотношении от 1:2.4, представляющих собой пасту. Обработанная таким образом вода с рН 11.3 далее подвергалась доизвесткованию до рН 12.8 с непрерывным перемешиванием в течение 3-х часов. Остаточная концентрация сульфат-ионов снизилась до 96 мг/дм³, что соответствует норме ПДК для сброса воды в водоемы рыбохозяйственного назначения, а содержание ионов Сl^- осталось без изменения (17 мг/дм³).

Пример 3. Искусственная вода с концентрацией ионов, мг/дм³:

Подвергалась предварительной нейтрализации известковым молоком до рН 12.1, затем в нее дозировалась паста смеси СаО и Аl(ОН)₃ в соотношении 1:1.2 при расходе Аl(ОН)₃ 866 мг/дм³. Далее вода подвергалась дополнительному известкованию (донейтрализации) до рН 12.8. После 3-х часов перемешивания концентрация ионов SO₄ составила 96 мг/дм³.

Как и в предыдущих примерах, очищенная вода соответствует норме ПДК для сброса воды в водоемы рыбохозяйственного назначения.

Пример 4. При исходных данных, указанных в примере 3, проведена очистка искусственной воды с расходом гидроокиси аморфной структуры, извлеченной из кислого раствора алюминиевой соли (в соотношении СаО и Аl(ОН)₃ как 1:4.77) в количестве 1750 мг/дм³. В результате через 15 мин остаточная концентрация сульфат-ионов составила 80 мг/дм³.

Пример 5. Рудничная вода с рН 4.0 и концентрацией ионов, мг/дм³:

Подвергалась нейтрализации известковым молоком до рН 11 для осаждения загрязняющих катионов. После этого в нейтрализованную воду дозировалась паста, представляющая собой смесь извести с гидроокисью алюминия аморфной структуры при влажности последней 94%. Расход гидроокиси 2.5 г/дм³ при соотношении СаО и Аl(ОН)₃, как в примере 2. После донейтрализации до pH 12.8 и непрерывного перемешивания в течение 30 мин остаточное содержание сульфат-ионов снизилось до 77 мг/дм³.

Как видно, очищенная вода соответствует норме ПДК для сброса воды в водоемы рыбохозяйственного назначения, а также не происходит дополнительное загрязнение ионами хлора. Использование смеси извести с гидроокисью алюминия аморфной структуры позволяет сократить время осаждения сульфат-ионов в твердую фазу в 1.7-12.5 раза, что соответственно сокращает технологический процесс очистки сточных вод по сравнению с использованием в качестве реагента гидроокиси алюминия аморфной структуры, извлеченной из кислого раствора алюминиевой соли.

Предложенная совокупность признаков позволила добиться глубокой очистки сточных воды от сульфат-ионов до концентрации ниже 100 мг/дм³, регламентируемой ПДК для сброса воды в водоемы рыбохозяйственного назначения, а также исключить дополнительное загрязнение ее ионами хлора или натрия. Использование в качестве реагента смеси извести с гидроокисью алюминия аморфной структуры, извлеченной из кислого раствора алюминиевой соли, позволяет значительно удешевить технологию очистки сточных вод от сульфат-ионов и сократить время обработки, что позволит использовать предлагаемый способ особенно для больших объемов высокозагрязненных сточных вод.

Использование смеси СаО с гидроокисью алюминия аморфной структуры, извлеченной из кислого раствора алюминиевой соли, на существующих и вновь проектируемых очистных сооружениях заводов, шахт, рудников позволяет без дополнительных капитальных затрат реализовать очистку стоков от сульфат-ионов до ПДК, регламентируемых для сброса воды в водоемы рыбохозяйственного назначения.

Формула изобретения

1. Способ очистки сточных вод от сульфат-ионов, заключающийся в нейтрализации сульфатсодержащей сточной воды и введении реагента, отличающийся тем, что перед введением реагента сточную воду нейтрализуют до рН 8,5-12,1, а в качестве реагента берут смесь извести с гидроокисью алюминия аморфной структуры, извлеченной из кислого раствора алюминиевой соли, и дозируют в нейтрализованную воду с последующей донейтрализацией стоков до рН 12,2-12,8 и далее перемешивают очищаемую воду до завершения осаждения SO^2-₄ в твердую фазу.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что смесь извести с гидроокисью алюминия аморфной структуры, извлеченной из кислого раствора алюминиевой соли, берут в соотношении СаО:Аl(ОН)₃ не менее 1:1,1.