Способ нейтрализации кислых сульфатсодержащих сточных вод
Владельцы патента RU 2355647:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" (RU)
Изобретение относится к способам нейтрализации кислых производственных сточных вод, в частности к способам нейтрализации карьерных и подотвальных вод горнодобывающих предприятий, содержащих сульфаты. Для осуществления способа кислые сульфатсодержащие сточные воды нейтрализуют известковым молоком и осаждают образовавшиеся взвешенные частицы в присутствии флокулянта. Нейтрализацию проводят 5%-ным известковым молоком до рН 9,4-9,5, затем вводят анионный флокулянт в концентрации 5-8 мг/л и пиритные отвальные хвосты горно-обогатительного производства в концентрации 2,5-10,0 г/л, после чего перемешивают и отстаивают. В качестве флокулянта предпочтительно использовать анионный флокулянт Floerger AN 905 SH. Используемые пиритные отвальные хвосты должны содержать в предпочтительном варианте ~38% Fe и ~36% S. Изобретение обеспечивает нейтрализацию сточных сульфатсодержащих вод, применение которой уменьшает объем осадка, что упрощает дальнейший процесс обезвоживания и утилизации осадка. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.
Изобретение относится к области нейтрализации кислых производственных сточных вод, в частности к способам нейтрализации карьерных и подотвальных вод горнодобывающих предприятий.
Известно, что для нейтрализации сточных вод, содержащих сульфат-ионы, применяют любой щелочной реагент, но чаще всего известь, известковое молоко, карбонаты кальция и магния /Яковлев С.В., Карелин Я.А., Ласков Ю.М., Воронов Ю.В. Очистка производственных сточных вод. - М: Стройиздат, 1985. - 335 с. (см. с.104)/.
Образующийся в результате нейтрализации сульфат кальция (гипс) кристаллизуется из разбавленных растворов в виде CaSO4·2Н2О. Растворимость этой соли в воде при температуре 0-40°С колеблется от 1,76 до 2,11 г/л. Существенным недостатком метода нейтрализации известью является образование пересыщенного раствора гипса, выделение которого может продолжаться несколько суток /Яковлев С.В., Карелин Я.А., Ласков Ю.М., Воронов Ю.В. Очистка производственных сточных вод. - М: Стройиздат, 1985. - 335 с. (см. с.104)/, а также большой объем осадка, представляющего собой взвесь коллоидных частиц. Осадок чрезвычайно трудно уплотняется и обезвоживается.
Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату к заявленному, является способ очистки сточных вод, предусматривающий совместное применение щелочных реагентов и флокулянтов. Использование этого метода объясняется не только относительно высокой скоростью образования осадка, но и, в отличие от коагулянтов, отсутствием заслоения обрабатываемой воды, поскольку весь флокулянт извлекается с осадком. Кроме того, простой и надежный седиментационный метод требует подбора флокулянта, наиболее подходящего для данного типа сточных вод /Аксенов В.И., Ладыгичев М.Г., Ничкова И.И. и др. Водное хозяйство промышленных предприятий. Справочное издание. Книга 1. - М.: Теплотехник. 2005, - 640 с. (см. с.322-323)/.
Указанная задача решается тем, что кислые сульфатсодержащие сточные воды нейтрализуют известковым молоком и осаждают образовавшиеся взвешенные частицы в присутствии флокулянта, причем согласно изобретению нейтрализацию проводят 5%-ным известковым молоком до рН 9,4-9,5, затем вводят анионный флокулянт концентрации 5-20 мг/л и пиритные отвальные хвосты горно-обогатительного производства в концентрации 2,5-10,0 г/л, содержащие железо и серу, после чего перемешиваю и отстаивают.
Выбор типа флокулянта при нейтрализации кислых сульфатсодержащих вод имеет принципиальное значение. Катионные флокулянты не образуют хлопьевидных агрегатов коллоидных частиц и практически не нарушают агрегатную устойчивость дисперсной системы. Анионные и неионогенные флокулянты существенно влияют на кинетику осаждения взвешенных частиц коллоидного размера, однако объем осадка при оптимальных концентрациях флокулянта составляет 20-30% от объема нейтрализуемой воды. Образующийся осадок имеет высокою влажность порядка 99,5%, рыхлую структуру, высокую подвижность, низкую плотность, вследствие чего плохо обезвоживается и уплотняется.
В практике водоочистки известны случаи применения реагентов, названных осадителями, которые имеют органическую и неорганическую природу. Назначение осадителей - изменить кинетику осаждения частиц осадка, т.е. ускорить процесс образования агрегатов, состоящих из мелких (коллоидных) частиц, увеличить скорость их осаждения, увеличить плотность образовавшихся осадков.
Вполне естественно использовать для этих целей отход производства, вовлекая в оборот вещества, загрязняющие окружающую среду. С этой целью использовали высокодисперсные отвальные хвосты из пиритного хвостохранилища горнодобывающих предприятий. Состав хвостов приведен в таблице 1, откуда следует, что в пиритных хвостах преобладает железо (38 %) и сера (36%). Пиритные хвосты обладают высокой насыщенной плотностью 2,5-2,7 г/м3, благодаря чему ускоряют процесс осаждения частиц осадка, увеличивают его плотность, уменьшают его объем. Однако не только этим объясняется эффект действия осадителя.
Пиритные хвосты частично растворяются в воде, увеличивая концентрацию ионов двухвалентного железа. В присутствии в воде кислорода происходит окисление ионов железа до трехвалентного. В результате гидролиза образуется гидроксид трехвалентного железа, являющийся коагулянтом, который совместно с флокулянтом способствует агрегации извлекаемых частиц.
Примеры реализации способа:
Пример 1. Карьерные сточные воды с рН 3,8 нейтрализовали 5%-ным известковым молоком до рН 9,5, после чего добавляли флокулянты в рекомендуемой производителями концентрации в диапазоне 5-20 мг/л.
Марки испытываемых флокулянтов: слабоанионные - AN 905 SH, AN 910 SH; сильноанионные - AN 945 МРМ; слабокатионные - FO 4115 SH; сильнокатионные - Праестол 851 ВС; неионные - АН 912, FA 920, Праестол 2640, 2540.
Результаты опытов по определению объема осадка при нейтрализации сточных вод в присутствии флокулянтов представлены на фигуре 1.
Как видно из графика, оптимальным флокулянтом для данной нейтрализованной смеси вод является слобоанионный Floerger AN 905 SH (количество осадка, образующегося за 1 час 15%) при рекомендуемой рабочей концентрации 5 мг/л. Однако такой объем осадка слишком высок для дальнейшей утилизации осадка.
Катионоактивные флокулянты оказались наименее эффективными.
Пример 2. Карьерные сточные воды с рН 3,8 нейтрализовали 5%-ным известковым молоком до рН 9,5, после чего добавляли анионный флокулянт Floerger AN 905 SH в различной концентрации. Результаты приведены в таблице 2. Из приведенных результатов следует, что оптимальная концентрация составляет 5-8 мг/л, дальнейшее увеличение концентрации не приводит к уменьшению объема осадка.
Пример 3. Карьерные сточные воды с рН 3,8 нейтрализовали 5%-ным известковым молоком до рН 9,4, после чего добавляли флокулянт Floerger AN 905 SH в концентрации 5 мг/л и пиритные отвальные хвосты горно-обогатительного производства в концентрации 1-20 г/л, после чего воду с реагентами перемешивали и отстаивали. Результаты опытов по определению объема осадка при нейтрализации сточных вод представлены на фигуре 2.
Таким образом, экспериментально установлено, что преимуществом способа является уменьшение объема осадка, увеличение его плотности, а также использование многотоннажного отхода производства в качестве реагента-осадителя.
| Таблица 1. | |
| Химический состав отвальных хвостов горно-обогатительных комбинатов | |
| Компонент | Содержание компонентов в отходе, % |
| Железо | 38 |
| Алюминий | 3 |
| Кремний | 8 |
| Цинк | 4 |
| Медь | 0,86 |
| Титан | 0,31 |
| Магний | 1,7 |
| Сера | 35,93 |
| Натрий | 5,4 |
| Кальций | 2,8 |
| ИТОГО | 100 |
| Таблица 2. | ||||||||
| Объем осадка при нейтрализации сточных вод в зависимости от концентрации анионного флокулянта Floerger AN 905 SH | ||||||||
| Концентрация флокулянта, мг/л | ||||||||
| 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 10 | 12 | |
| Объем осадка за 1 час, % | 19,6 | 15,5 | 15,0 | 14,8 | 14,7 | 14,6 | 14,6 | 14,6 |
1. Способ нейтрализации кислых сульфатсодержащих сточных вод, включающий нейтрализацию известковым молоком и осаждение образовавшихся взвешенных частиц в присутствии флокулянта, отличающийся тем, что нейтрализацию проводят 5%-ным известковым молоком до рН 9,4-9,5, затем вводят анионный флокулянт в концентрации 5-8 мг/л и пиритные отвальные хвосты горнообогатительного производства в концентрации 2,5-10,0 г/л, содержащие железо и серу, после чего воду перемешивают и отстаивают.
2. Способ нейтрализации кислых сульфатсодержащих сточных вод по п.1, отличающийся тем, что в качестве флокулянта используют анионный флокулянт Floerger AN 905 SH в концентрации 5-8 мг/л.
3. Способ нейтрализации кислых сульфатсодержащих сточных вод по п.1, отличающийся тем, что пиритные отвальные хвосты содержат ~38% Fe и ~36% S.
