способ очистки воды от тяжелых металлов, коллоидная система для очистки воды и способ ее получения

Формула изобретения

1. Способ очистки воды от тяжелых металлов, включающий обработку гидроксидами железа (III) и железа (II), осаждение и отделение осадка, отличающийся тем, что гидроксиды железа вводят в обрабатываемую воду одновременно в виде коллоидной системы, содержащей, мас.

Fe(OH)₃ 0,3 1,3

Fe(OH)₂ 3,2 6,4

Хлорид щелочного металла 0,3 1,0

Вода Остальное

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что коллоидная система представляет собой электрогенерированную суспензию, стабилизированную добавлением 0,1 - 1,2% вещества, выбранного из группы, включающей природные или искусственные алюмосиликаты, ортофосфат кальция, а также неорганические и органические полиэлектролиты.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что коллоидную систему вводят в количестве 1 10 мл на 1 литр обрабатываемой воды при рН 8,0 9,2.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что очистку воды проводят в две ступени, причем воду после отделения осадка, образовавшегося на первой ступени, обрабатывают свежей порцией электрогенерированной суспензии, а осадок, образовавшийся на второй ступени, используют для обработки воды на первой ступени.

5. Коллоидная система для очистки воды, включающая электрогенерированную суспензию гидроксидов железа в воде, отличающаяся тем, что она содержит, мас.

Fe(OH)₃ 0,3 1,3

Fe(OH)₂ 3,2 6,4

Хлорид щелочного металла 0,3 1,0

Вода Остальное

6. Коллоидная система по п.5, отличающаяся тем, что частицы суспензии имеют размеры 5 15 мкм, удельную поверхность 100 250 м²/г, а плотность суспензии составляет 1,05 1,1 г/см³.

7. Коллоидная система по п.6, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит 0,1 1,2% вещества стабилизатора, выбранного из группы, включающей природные или искусственные алюмосиликаты, ортофосфат кальция, а также неорганические и органические полиэлектролиты.

8. Способ получения коллоидной системы для очистки воды, включающий электрохимическое растворение железных анодов в водном растворе электропроводностью не ниже 3 10^-3 Ом^-1см^-1, отличающийся тем, что образующуюся при электрохимическом растворении коллоидную систему периодически продувают воздухом.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что продувку воздухом ведут до перехода 10 20% растворившегося анодного железа в трехвалентное состояние.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что коллоидную систему стабилизируют добавлением 0,1 1,2% вещества, выбранного из группы, включающей природные или искусственные алюмосиликаты, ортофосфат кальция, а также неорганические и органические полиэлектролиты.

11. Способ по п.8, отличающийся тем, что в качестве железных анодов используют отходы металла.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области очистки воды преимущественно от ионов тяжелых металлов и может быть использовано для очистки сточных вод гальванического и кожевенного производств, предприятий цветной металлургии и других.

Известен способ удаления загрязняющих ионов из водной среды, предусматривающий использование растворимых железных анодов для электрохимического генерирования ионов железа в отдельной водной среде с рН не выше 2,8 и последующее смешение этой водной среды с очищаемыми стоками [1]

Недостатком данного способа является необходимость использования довольно больших объемов электрогенерированного раствора для очистки стоков, а также недостаточная степень очистки от таких тяжелых металлов как кобальт, марганец и некоторых других.

Известен способ очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, включающий последовательную обработку стоков сначала гидроксидом железа (III), а затем гидроксидом железа (II) [2] Способ позволяет очистить сточные воды от ионов различных тяжелых металлов, но требует отдельного приготовления двух очищающих реагентов, причем гидроксид железа (II) неустойчив во времени и постепенно окисляется до гидроксида железа (III). Кроме того способ не эффективен по отношению к комплексным соединениям тяжелых металлов.

Известен способ получения электрогенерированного коагулянта для очистки сточных вод путем электролиза водного раствора хлорида натрия электропроводностью не ниже 310^-3 ом^-1 см^-1 с использованием растворимых стружечных железных анодов [3]

Способ предусматривает этапы промывки и уплотнения хлопьев коагулянта и не предусматривает контроль за соотношением железа (II) и железа (III).

В способе согласно предлагаемому изобретению указанные недостатки устраняются тем, что в качестве реагента для очистки воды от тяжелых металлов используется коллоидно-дисперсная система (далее коллоидная система), представляющая собой суспензию гидроксидов железа (II) и (III) с добавкой хлорида щелочного металла, содержащего в мас.

Fe(OH)₃ 0,3-1,3

Fe(OH)₂ 3,2-6,4

Хлорид щелочного металла 0,3-1,0

вода остальное

Конечно, представление коллоидной системы как смеси четырех компонентов является весьма условным. Только часть воды в указанном составе может рассматриваться как находящаяся в свободном виде. Другая ее часть, и весьма значительная, в коллоидной системе находится в связанном виде. Более точно состав частиц может быть описан условной формулой

Fe²⁺_4,0-4,5Fe³⁺_1,0-0,5O_x(OH)_ynH₂O,

где 2х + y 10,5-11; n 65-70.

Основным процессом получения суспензии, как и в известном способе, является электрохимическое генерирование, но возможно также получать суспензию и другими путями, например, с использованием лазерного излучения.

Коллоидная система для очистки сточных вод согласно предлагаемому изобретению превосходит по эффективности очистки коагулянт, полученный известным способом. Частицы суспензии гидроксидов железа в коллоидной системе имеют размеры 5-15 мкм, удельную поверхность 100-250 м²/г, а плотность суспензии составляет 1,05-1,1 г/см³. Такие характеристики позволяют достигать необходимой степени очистки сточных вод при использовании 1-10 мл электрогенерированной суспензии гидроксидов железа на 1 литр стока при рН 8,0-9,2.

Достигаются указанные характеристики за счет того, что при электрохимическом растворении железных анодов осуществляют периодическую продувку образующейся суспензии воздухом до перехода 10-20% растворившегося анодного железа в трехвалентное состояние. Выход за указанные пределы заметно ухудшает удельную поверхность частиц коагулянта и, соответственно, снижает эффективность очистки стоков. Периодическая продувка воздухом способствует также механическому разрыхлению образующейся суспензии.

Кроме того в предлагаемом способе получения коллоидной системы хлорид щелочного металла (преимущественно хлорид натрия), добавляемый к раствору перед началом электролиза для повышения электропроводности, остается в коллоидной системе, что замедляет процессы ее старения.

Очистка концентрированных сточных вод с помощью указанной коллоидной системы может проводиться в две ступени. При этом сточные воды после обработки суспензией гидроксидов железа и отделения образовавшегося осадка (первая ступень), а образовавшийся на второй ступени осадок используют для обработки последующего объема сточных вод на первой ступени.

В случае необходимости очистки малообъемных стоков нескольких различных производств электрогенерированная суспензия может быть приготовлена заблаговременно и централизовано, а затем доставлена на каждое из производств. При этом для стабилизации коллоидной системы в нее добавляют 0,1-1,2 мас. вещества, выбранного из группы, включающей природные или искусственные алюмосиликаты, ортофосфат кальция, неорганические и органические полиэлектролиты.

После стабилизации коллоидная система сохраняет эффективность очистки не менее 12 месяцев.

Изобретение иллюстрируется сравнительными примерами, сведенными для наглядности в таблицу. Первые четыре примера были проведены в соответствии с известным способом, последующие примеры в соответствии с предлагаемым изобретением.

Во всех представленных случаях опыты проводили в лабораторных условиях, добавляя по 5 мл коллоидной системы на один литр сточных вод, причем концентрация твердой фазы в коллоидной системе составляла 60 мг/л в пересчете на железо. Время контакта сточных вод с коллоидной системой составляло 10 минут. Анализы по определению остаточных концентраций тяжелых металлов в воде проводились методом атомно-абсорбционной спектроскопии.

Проверка предложенного способа очистки в промышленных условиях полностью подтвердила результаты, полученные в лабораторных опытах. Кроме того, помимо очистки от тяжелых металлов, способ позволяет снизить концентрацию содержащихся в воде органических загрязнений.

Достижение высокой степени очистки воды позволяет использовать предложенный способ при подготовке воды для технических и бытовых нужд, по крайней мере для предварительной очистки.