способ рекуперационной обратноосмотической очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов

Формула изобретения

1. Способ рекуперационной обратноосмотической очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, включающий подачу сточной воды со стадии промывки гальванопроизводства на обратноосмотическое разделение с получением фильтрата и концентрата и последующим возвращением фильтрата на стадию промывки и направлением концентрата на стадию извлечения металлов, отличающийся тем, что перед обратноосмотическим разделением воду подвергают механической фильтрации, а извлечение металлов с одновременным получением и утилизацией ценных экологически опасных продуктов осуществляют электрохимическим методом.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадию промывки возвращают фильтрат в количестве 99% от объема сточных вод, а на стадию извлечения металлов направляют концентрат в количестве 1% от объема сточных вод.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам мембранной очистки сточных вод и может быть использовано для очистки стоков от ионов тяжелых металлов.

Известен способ рекуперационной очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, включающий подачу сточных вод под избыточным давлением на полимерную мембрану и отвод фильтрата и концентрата [1]

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что в известном способе в смешанном потоке имеются примеси различных металлов, что создает условия, благоприятные для образования осадков, т.е. инкрустации мембран как обратноосмотических, так и электролизных, а это препятствует нормальному переносу молекул воды и ионов через мембрану и снижает эффективность процесса очистки в целом. Кроме того при электродиализном извлечении тяжелых металлов в присутствии посторонних ионов неоправдано возрастают затраты электроэнергии и снижается выход металлов по току.

Наиболее близким способом является способ очистки локального хромосодержащего потока методом обратноосмотического разделения, в котором очищенная вода возвращается повторно на операцию промывки, а концентрат обратноосмотической установки и отработанный электролит направляются в реактор-нейтрализатор на восстановление хрома (VI) до хрома (VII) и реагентное осаждение. Полученная тонкодисперсная суспензия после реактора-нейтрализатора разделяется в отстойнике на твердую (осадок) и жидкую фазы. Осадок, представляющий собой смесь высажденных гидрооксидов металлов, направляется на шламохранилище. Осветленная вода после фильтрации направляется на выпарную установку. Полученный конденсат используется повторно для промывки деталей, а сухой осадок утилизируется [2]

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе необходимо использовать реагент, возврат воды после реагентной обработки невозможен без дополнительного управления, на что уходят значительные энергетические затраты, затруднена утилизация осадков от реагентной обработки, невозможно повторное использование металлов в техпроцессе.

Основные отличия заявляемого способа от способа [2] заключаются в следующем.

Промывные воды предварительно до обратноосмотической обработки проходят стадию механической фильтрации от микронных и субмикронных примесей. Предварительная фильтрация в 1,5-2 раза увеличивает ресурс работы, снижает частоту обслуживания обратноосмотической установки, расход реагентов для промывки мембран, а также увеличивает селективность обратноосмотической установки в процессе очистки промывных вод.

Однако основным принципиально важным отличительным признаком рассматриваемого прототипа и заявляемого способа является то, что обратноосматический концентрат, содержащий более 95% тяжелых металлов, извлеченных из промывных вод, подвергается реагентной обработке известью. В процессе реагентной обработки концентрата, которая использована в рассматриваемом прототипе, как и на большинстве действующих предприятий, образуются соли тяжелых металлов переменного состава. После фильтрации шлам с высоким содержанием солей тяжелых металлов, а также кальция, магния, с влажностью более 80% подлежит захоронению. Последнее, как правило, на предприятиях не осуществляется и с общезаводских свалок тяжелые металлы попадают в окружающую среду. В настоящее время общепризнано и доказано нами в ряде публикаций, что реагентная обработка нецелесообразна экономически и экологически. Кроме того, фильтрат после реагентной обработки дополнительно загрязняется солями жесткости.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Промывную воду от технологического процесса подают в узел механической фильтрации на очистку от механических примесей, включая микрочастицы субмикронного размера, затем промывную воду подают в узел обратноосмотического разделения на фильтрат и концентрат, после чего фильтрат в объеме 99% подают на повторное использование в технологическом процессе, а концентрат в объеме 1% отводят на электрохимическую переработку для извлечения металлов и других ценных компонентов, поступающих на утилизацию в технологическом процессе. Во избежание попадания ионов жесткости в рекуперационный цикл, исходную воду перед подачей в технологический процесс подвергают механической фильтрации и обратноосмотической очистке.

Пример. В заявляемом способе промывные воды I-й, II-й ступени, финишной промывки гальваничеких производств, производств печатных плат, химико-гальванической обработки поверхности металлов и других производств с содержанием одного из тяжелых металлов (медь, никель, цинк, свинец, кадмий и др.) с концентрацией до 0,05 г/л поступают на механический фильтр 1 (см. чертеж). На механическом фильтре происходит очистка промывных вод от микронных субмикронных механических примесей. Далее насосом высокого давления промывные воды (рабочее давление более 3 МПа) подают в обратноосматический аппарат 3 производительностью 2,3 м³/ч. Фильтрат из обратноосмотической установки 3 в количестве 2,475 м³/ч с содержанием ионов одного из металлов (меди, никеля, цинка, свинца, кадмия) до 5-20 мг/л возвращаются на промывку в основной технологический процесс. На стадии обратноосмотической обработки промывных вод также происходит очистка от ионов жесткости воды.

Концентрат из обратноосмотической установки в количестве 25 л/ч с содержанием ионов одного из металлов (меди, никеля, цинка, кадмия) 4-4,5 г/л поступают в электролизер 4. В электролизере 4 на катоде происходит разряд ионов металла с получением металлических катодных осадков. С использованием катодов с гладкой поверхностью извлечение металлов осуществляют при катодной плотности тока 0,3-1,5 А/дм² с выходом по току 30-70% степень извлечения металла составляет 80-85% При использовании объемно-проточных сложнопрофильных катодов разряд ионов металлов осуществляют при плотности тока 0,02-0,5 А/дм² с выходом по току 50-80% степень извлечения металла составляет 95-98% При использовании объемно-проточных титановых катодов металлы извлекают в порошкообразной форме с размером частиц 15-120 мкм. В случае использования объемно-проточных катодов циркуляцию католита осуществляют со скоростью 2-410^-4 м³/с.

С целью эффективной реализации процесса электроэкстракции извлечение металлов и наработки других необходимых в основных технологических процессах компонентов, например, кислот, катодная и анодная камеры разделены ионообменной мембраной (типа МК-40Л, или МА-40Л). В качестве анолита используют водные растворы сульфатов щелочных металлов, например, натрия или калия, с концентрацией 50-1100 г/л, в качестве анода свинец, легированный 4-8% олова. Анодный процесс осуществляют при плотности тока 1,5-2 А/дм², при этом выход по току кислорода составляет 100%

Таким образом, в анолите в процессе электролиза происходит концентрирование серной кислоты до концентраций 150-300 г/л.

По окончании процесса электроэкстракции католит насосом 5 из электролиза 4 с остаточным содержанием металла до 0,1 г/л в случае использования гладких катодов и с остаточным содержанием металла до 0,03 г/л в случае использования объемно-проточных катодов подают на механический фильтр и далее на обратноосмотическую установку с целью концентрирования.

Металл, извлеченный в процессе электроэкстракции на катоде (медь, никель, цинк, свинец, кадмий и др. ), могут быть использованы в качестве растворимых анодов при получении гальванопокрытий, а также для других целей, поскольку чистота извлекаемого металла равна 99,5%

Кислота, наработанная в анодном пространстве электролизера 4 может быть использована для корректировки pH-электролитов получения гальванопокрытий, реализации процессов травления и активации.

Удельные энергозатраты по извлечению металлов составляют 4-8 кВт ч/кг.

Таким образом, промышленное использование заявляемой локальной системы очистки промывных вод от одного процесса с содержанием одного металла позволяет возвратить в процесс очищенную воду, извлечь наиболее экологически опасный и ценный компонент металл, пригодный для дальнейшего использования, а также наработать другие полезные компоненты, как в случае вышерассмотренных примеров серную кислоту.

В приведенном аналоге и прототипе, как и на всех действующих предприятиях, в результате реагентной обработки ценные и в то же время чрезвычайно опасные компоненты, содержащиеся в промывных водах, переводятся в шламы, которые сбрасываются в окружающую среду и являются по шкале стресс-факторов наиболее опасными. При этом для получения этих шламов необходимо затратить дополнительное количество реагентов. При смешении потоков промывных вод, как осуществляется в настоящее время на производствах, принципиально невозможно извлечь и использовать повторно указанные компоненты.