Способ очистки кислых сточных вод от сульфатов тяжелых металлов
Владельцы патента RU 2448054:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Орловский государственный технический университет" (ОрелГТУ) (RU)
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для очистки кислых сточных вод, образующихся при сернокислотном травлении стальных изделий, а также в гальваническом производстве. Очистку сточных вод осуществляют в две стадии. Сначала сточные воды обрабатывают известковым молоком до рН 7,5-8,0. После отделения выпавшего осадка в осветленную воду вводят карбонат бария и выдерживают полученную суспензию при перемешивании до превращения его в сульфат бария. После завершения обменной реакции осадок сульфата бария отделяют от воды. Изобретение позволяет очищать кислые сточные воды от сульфатов тяжелых металлов ниже значений ПДК и резко снизить остаточное солесодержание в очищенной воде ниже 0,2 г/л, что позволяет возвращать очищенную воду в производственный цикл. 1 табл., 1 пр.
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для очистки кислых сточных вод, образующихся при сернокислотном травлении стальных изделий, а также в гальваническом производстве.
Известен способ очистки кислых сточных вод от ионов тяжелых металлов, включающий двухстадийное осаждение с использованием известкового молока на первой стадии до pH 6,5-7 с последующей обработкой образованной суспензии карбонатом натрия до pH 9,0-9,5 [патент РФ №2010013].
Хотя данный способ позволяет очищать сточные воды от тяжелых металлов до значений ПДК, его существенным недостатком является высокое остаточное солесодержание в очищенной воде. Это связано с тем, что выпадающий на первой стадии очистки в осадок сульфат кальция имеет высокую растворимость в воде до 2,5 г/л и при обработке карбонатом натрия образовавшейся суспензии гидроксидов металлов и сульфата кальция получаются труднорастворимый карбонат кальция и хорошо растворимый сульфат натрия. Причем количество последнего в растворе резко возрастает с повышением расхода соды. Поэтому в зависимости от количества задаваемой соды остаточное солесодержание очищенного раствора составляет 3,5-6 г/л и более. При таких параметрах очищенной воды возврат ее в водооборотный цикл производства практически невозможен.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к предлагаемому изобретению является способ очистки кислых сточных вод от тяжелых металлов двухстадийным осаждением при обработке кислых стоков на первой стадии известковым молоком до pH 8,5-8,9 и на второй стадии после отделения выпавшего осадка добавлением в оставшийся раствор гидрофосфата натрия при pH 7,2 [авт. св-во СССР №981248].
Поскольку осадок, содержащий сульфат кальция, сразу отделяется от раствора, то его обратный переход в очищенную воду невозможен и конечное солесодержание снижается до 2,3 г/л за счет образования сульфата натрия. Однако на второй стадии очистки образуются труднофильтруемые коллоидные системы кислых фосфатов и полифосфатов тяжелых металлов и их удаление до ПДК не достигается. Для осаждения указанных соединений необходимо добавлять в систему различные коагулянты, давать избыток гидрофосфата натрия, а также вести процесс при повышенной температуре. В итоге конечное солесодержание в очищенном растворе дополнительно увеличивается.
Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении эффективности очистки за счет снижения солесодержания очищенной воды.
Это достигается тем, что в способе очистки сточных вод, включающем двухстадийное осаждение, на первой стадии сточные воды обрабатывают известковым молоком до pH 7,5-8,0, затем после отделения выпавшего осадка в осветленную воду вводят карбонат бария и выдерживают полученную суспензию при перемешивании до превращения его в сульфат бария. В отличие от прототипа использование карбоната бария позволяет резко снизить остаточное солесодержание очищенной воды за счет протекания обменной реакции:
CaSO4(раствор)+BaCO3(твердый осадок)=BaSO4(твердый осадок)+CaCO3(твердый осадок)
В заявленном способе очистку сточных вод осуществляют в две стадии. В начале сточные воды обрабатывают известковым молоком до pH 7,5-8,0, затем после отделения выпавшего осадка в осветленную воду вводят карбонат бария и выдерживают полученную суспензию при перемешивании до превращения его в сульфат бария. После завершения обменной реакции осадок сульфата бария отделяют от воды и используют, например, как утяжелитель буровых растворов. Очищенная вода содержит тяжелые металлы в количестве ниже ПДК при общем солесодержании менее 0,2 г/л.
Пример конкретного выполнения способа. Для очистки были использованы три вида 0,1 М водных раствора сульфата железа (II), сульфата цинка и сульфата меди, содержащих соответственно Fe2+=5,58 г/л, Zn2+=6,54 г/л и Cu2+=6,35 г/л. Эксперименты проводили при температуре 22±1°C, для каждого опыта брали 500 мл раствора. Очистку каждого раствора проводили трижды: первый опыт в соответствии с требованиями патента РФ №2010013, второй и третий опыты по предлагаемому способу. Количество вводимого известкового молока (в пересчете на оксид кальция) на первой стадии очистки для всех опытов по прототипу составляло 2,75 г CaO, а по предлагаемому способу 2,85 г CaO. В опытах по прототипу на второй стадии добавляли по 25 мл 10% Na2CO3, перемешивали раствор в течение 15 мин и отфильтровывали. По предлагаемому способу перед второй стадией очистки осадок отфильтровывали, и в фильтрат добавляли по 1,65 г карбоната бария, и суспензию выдерживали при перемешивании 8 часов. После завершения второй стадии очистки растворы отфильтровывали от осадка и анализировали на содержание очищаемого металла, мг/л (первая строка табл.), общее остаточное содержание солей, г/л (сухой остаток - вторая строка табл.) и конечное значение pH (третья строка табл.). Результаты анализов представлены в табл.
| Способ очистки по патенту РФ №2010031 | Предлагаемый способ очистки | |||||||
| FeSO4 | ZnSO4 | CuSO4 | FeSO4 | ZnSO4 | CuSO4 | |||
| опыт1 | опыт 1 | опыт 1 | опыт 2 | опыт 3 | опыт2 | опыт 3 | опыт2 | опыт 3 |
| 0,15 | 0,08 | 0,02 | 0,006 | 0,005 | 0,02 | 0,02 | 0,01 | 0,01 |
| 5,10 | 5,15 | 5,05 | 0,15 | 0,16 | 0,13 | 0,12 | 0,17 | 0,16 |
| 9,0 | 9,2 | 9,1 | 7,8 | 8,0 | 8,0 | 7,9 | 7,9 | 7,8 |
Значительная разница в содержании общего железа для предлагаемого способа очистки, по сравнению с прототипом, объясняется тем, что при длительном перемешивании суспензии с карбонатом кальция железо (II) окисляется до железа (III) за счет контакта с воздухом.
Использование предлагаемого способа позволяет очищать кислые сточные воды от сульфатов тяжелых металлов ниже значений ПДК и резко снизить остаточное солесодержание в очищенной воде ниже 0,2 г/л, что позволяет возвращать очищенную воду в производственный цикл.
Способ очистки кислых сточных вод от сульфатов тяжелых металлов, включающий двухстадийную обработку с использованием на первой стадии известкового молока с последующим отделением нейтрализованной до рН 7,5-8 воды от осадка, отличающийся тем, что на второй стадии для удаления содержащегося в осветленной воде сульфата кальция вводят карбонат бария и выдерживают полученную суспензию до завершения обменной реакции.
