способ очистки сточных вод от тяжелых металлов

Формула изобретения

1. СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ, включающий сорбцию на носителе с иммобилизованными микроорганизмами, отличающийся тем, что в качестве носителя используют окисленный уголь, а в качестве микроорганизмов - смесь микробных культур Acinetobacter coaleoauficus, Pseudomonas denitrificaus, Pseudomonas Londa в массовом соотношении 1 1 1, причем в процессе иммобилизации сначала к углю добавляют фосфоритовую муку в количестве 1 г на 50 г угля и после перемешивания вводят гашеную известь до pH 7.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сорбент вносят в количестве 100-250 г на 1 г металла, содержащегося в сточной воде.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к очистке сточных вод от тяжелых металлов с помощью органических сорбентов.

В качестве биологических сорбентов используют микроорганизмы, иммобилизованные на носителе.

Недостатком этих способов является отсутствие у носителей способности к достаточной сорбции тяжелых металлов.

С экономической точки зрения наиболее перспективны сорбенты, получаемые из отходов производства и некондиционных материалов.

Известен способ очистки сточных вод от тяжелых металлов с помощью органического сорбента, получаемого путем химического окисления угля. Внедрение этого способа имеет лучшую перспективу на предприятиях угольной промышленности, на которых уголь является продуктом производства. Доступность исходного сырья позволяет получать сорбенты в количествах, достаточных для очистки большого объема сточных вод на предприятиях угольной промышленности.

Недостатком способа является невысокая эффективность сорбции при высоких исходных концентрациях тяжелых металлов в сточной воде вследствие низкой емкости сорбента.

Известен способ очистки сточных вод от металлов с помощью дрожжей Laccharomyces carlsbergensis, иммобилизованных на фильтр-картоне, который является отходом производства.

Способ характеризуется совместным извлечением металлов носителем и микроорганизмами с сохранением эффективности извлечения металлов при очистке высококонцентрированных сточных вод. Особенность комбинированного биологического сорбента заключается в том, что носитель не является питательным субстратом для роста микроорганизмов. Расширение объема производства сорбента вызывает дополнительные затраты, связанные с использованием питательного субстрата для наращивания микробной биомассы. Поэтому недостатком способа является трудность его реализации на предприятиях с большим объемом сточных вод вследствие дефицита сорбента и затрат на его приобретение или производство.

Изобретение позволяет повысить степень очистки сточных вод от тяжелых металлов при использовании угольного сорбента за счет увеличения эффективности сорбции и емкости сорбента.

Сущность изобретения заключается в том, что для очистки сточных вод от тяжелых металлов в качестве сорбента используют центрифугат микробной переработки углей. Сорбция тяжелых металлов осуществляется частицами углей и иммобилизованными на них микроорганизмами. Переработка углей в сорбент проводится с помощью этих же микроорганизмов, а их иммобилизация осуществляется одновременно с переработкой. В качестве сырья для производства сорбента используют бурые рядовые и некондиционные окисленные угли, а также окисленные каменные угли. Увеличение эффективности сорбции и емкости сорбента достигается за счет улучшения сорбционных свойств углей при их микробной переработке и участия микроорганизмов в сорбции металлов.

Способ осуществляют следующим образом.

В отстойник со сточной водой вносят сорбент в количестве 100-250 г на 1 г растворенного в воде металла. Перемешивание полученной суспензии происходит при совместной ее подаче и с помощью воздуха, подаваемого в отстойник из компрессора в течение 15-20 мин. Продолжительность отстаивания определяют по прозрачности надосадочной жидкости, которую сравнивают со стандартом на фотоэлектроколориметре. После отстаивания очищенную надосадочную жидкость сливают, а оставшийся сорбент регенерируют или сжигают.

Получение сорбента проводят следующим образом.

Окисленный бурый уголь Бородинского месторождения, имеющий следующие характеристики, A^d 10,6, V^dat 51,2, C^dat= 58,8, H^dat 4,2, N^dat 1,1, S^d 0,2, W^r32,5, измельчают на мельнице до размера 0-300 мкм и загружают в реактор в количестве 400-470 г (в пересчете на сухой вес) на 1 л воды. Добавляют фосфоритовой муки из расчета 1 г на сухой 50 г угля. Содержимое реактора перемешивают с помощью механической мешалки в течение часа, затем гашеной известью доводят рН пульпы до 7. В качестве инокулята используют смесь микробных культур Acinetobacter coa leoauticus, Pseudomonas denitrificaus, Pseudomonas Londa в соотношении по весу 1:1:1. В реактор добавляют инокулят из расчета 1 г инокулята на 1 кг угля (в пересчете на сухой вес). В последующих циклах наработки сорбента в качестве инокулята используют остаток угольной пульпы от предыдущего цикла в количестве 1/5 от рабочего объема реактора.

В полученном продукте определяют содержание активных карбоксильных групп, емкость катионного обмена и содержание микроорганизмов. Необходимое время для получения продукта в реакторе составляет 21-28 ч. Полученный продукт центрифугируют и осадок высушивают при 60^оС до постоянного веса. Полученный сорбент представляет собой порошок черного цвета и характеризуется следующими показателями: содержание активных карбоксильных групп не менее 3 мг/экв/г, емкость катионного обмена 103-148 мг-экв/100 г, содержание микроорганизмов 5,5-10,4 млрд/г.

П р и м е р 1. В колбы наливают по 100 мл модельного раствора, содержащего различные концентрации ионов меди, цинка, марганца и свинца и добавляют 1 г сорбента. Содержимое колб перемешивают и отстаивают 24 ч. Затем сорбент отделяют от воды фильтрованием и в фильтрате определяют остаточные концентрации тяжелых металлов атомно-абсорбционным методом.

Данные, приведенные в табл.1, показывают, что емкость сорбента при поглощении тяжелых металлов возрастает с увеличением исходной концентрации металлов и достигает наибольшего значения по меди 190,1 мг/г, цинку 183,2 мг/г, марганцу 180,1 мг/г и свинцу 182,0 мг/г. Остаточные концентрации металлов в растворе при исходной концентрации 10 мг/л не превышают ПДК. Снизить до ПДК более высокие остаточные концентрации можно путем поэтапной очистки. В известном способе емкость сорбента составляет 22,38 мг/г.

П р и м е р 2. В колбы наливают по 100 мл модельных растворов, содержащих по 32 мг/л ионо-меди, цинка, марганца и свинца, и добавляют различные количества сорбента 50, 100, 150, 200, 250, 313,5 г на 1 г металла. Содержимое колб перемешивают и отстаивают 24 ч. Затем сорбент отделяют от воды фильтрованием и в фильтрате определяют остаточные концентрации тяжелых металлов.

Влияние дозировок сорбента на эффективность очистки воды от тяжелых металлов представлено в табл.2.

Данные, приведененные в табл.2, показывают, что в одноэтапной очистке для снижения концентраций металлов до ПДК требуется 100-250 г сорбента на 1 г металла.

При дозировках сорбента, меньших 100 г на 1 г металла, остаточные концентрации всех металлов превышают ПДК. Данные, приведенные в табл.2, показывают, что для достижения ПДК необходима дозировка сорбента по меди 100 г/г, по цинку 150 г/г, по марганцу 250 г/г, по свинцу 250 г/г. Нижний предел дозировки сорбента 100 мг/г определяется сорбцией меди, а верхний предел 250 г/г сорбцией марганца и свинца.

При внесении сорбента в количестве 312,5 г на 1 г меди известный способ обеспечивает очистку воды с 32 мг/г до 1,1 мг/л, а предлагаемый способ с 32 мг/л до 0,023 мг/л, что ниже ПДК, равной 0,1 мг/л (табл.2). Преимущество предлагаемого способа проявляется также в более экономичном потреблении сорбента, по известному способу очистка воды до уровня меди 1,1 мг/л требует внесения 312,5 г сорбента на 1 г металла, а по предлагаемому способу не более 100 г/г. Кроме того, в качестве питательной среды по известному способу требуются дорогостоящие и дефицитные продукты, а по предлагаемому уголь, имеющийся в достаточном количестве и по доступной цене.

П р и м е р 3. В отстойник наливают техногенную сточную воду разреза "Назаровский" и добавляют сорбент в количестве 100 г на 1 г металла. Содержимое отстойника перемешивают воздухом, подаваемым из компрессора, в течение 15 мин и отстаивают. Через определенные промежутки времени определяют остаточные концентрации металлов в воде. Применение сорбента наиболее эффективно при очистке сточной воды от цинка и свинца (табл.3). Существенное снижение концентрации цинка с 0,012 мг/л до 0,0018 г/л наблюдается через 9 суток отстаивания. К 49-му часу отстаивания цинк в воде не обнаруживается. Свинец в воде не обнаруживается через 9 ч отстаивания, а концентрация марганца к этому времени снижается до 0,003 мг/л.