способ очистки промышленных сточных вод от ионов тяжелых металлов

Формула изобретения

Способ очистки промышленных сточных вод от ионов тяжелых металлов, включающий обработку их в поле гальванического элемента с последующим отстаиванием и отделением осадка, отличающийся тем, что гальванохимическую обработку проводят в одну ступень с использованием смеси железной и медной стружки, а стадия отстаивания представляет собой процесс, включающий корректировку pH до 6,9 - 7,3, нагревание до 85 - 95^oC, выдерживание при указанной температуре в течение 7 - 10 мин и отделение малообъемного тонкодисперсного кристаллического осадка.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии очистки промышленных сточных вод, а именно к способам очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, в том числе хрома (VI).

Для очистки промышленных сточных вод от ионов тяжелых металлов широко используются реагентные, электрокоагуляционные и гальванокоагуляционные способы. Они основаны на введении в сточные воды коагулянтов (ионов железа (II), железа (III), алюминия) в виде химических реагентов или за счет анодного растворения соответствующих металлов. Очистка сточных вод достигается в результате образования малорастворимых гидроксидов тяжелых металлов в присутствии коагулянта, отстаивания и отделения гидроксидного осадка.

Предложены эффективные гальванокоагуляционные способы очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов и хрома (VI), при осуществлении которых генерирование ионов коагулянта происходит в результате работы гальванических пар из двух разнородных металлов в среде электролита (сточной воды).

Так, известен способ очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов и хрома (VI) путем обработки их в стружечном реакторе, который представляет собой вращающийся барабан с помещенной в него стальной и медной стружкой в массовом соотношении 3: 1 [Н.И. Бунин. Обезвреживание отработанных электролитов гальванических производств в стружечных реакторах. Матер. семин. /Охрана окруж. среды от отходов гальванич. пр-ва. Моск. ДНТП - М, 1990, с. 60-64/. Эффективность очистки указанным методом зависит от состава сточных вод; после отделения осадка требуется доочистка фильтрата в реакционных камерах с подачей электрогенерированного железа (II).

Предложен гальванохимический способ очистки природных и сточных вод от ионов тяжелых металлов путем обработки воды на смеси титановой и стальной стружки (в соотношении по объему стружки 4:1). Обрабатываемая вода усредняется, подкисляется до pH 1,5 - 2,0 и обрабатывается в стружечном реакторе, причем соотношение объема воды и восстановителя должно составлять 1:1. Для интенсификации процесса восстановления производится перемешивание (барботаж воздуха, а последующая обработка воды включает нейтрализацию, отделение осадка и его кондиционирование на стандартном оборудовании. [Н.Е.Коробчанская, А.Ю.Шостенко, Р.В.Вергунова. Замкнутая система водоснабжения гальванического производства - эффективный фактор охраны окружающей среды от отходов гальванического производства. Матер. семин. /Охрана окруж. среды от отходов гальванич. пр-ва. Моск. ДНТП-М, 1990, с. 30-35.] Предложенная схема позволяет, по сравнению с очисткой с использованием алюминиевой и стальной стружки, уменьшить объем осадка и ускорить процесс его отстаивания.

Предложен способ очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов и хрома (VI) путем гальванохимической обработки в две ступени с различными материалами гальванических пар, отстаиванием на каждой ступени и раздельным регулированием pH на каждой ступени очистки [С.Э.Харзеева, Л.И.Гень. Способ очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов. Патент РФ N 2061660, регистр. 10.06.1996] - прототип. Известный способ включает использование на первой ступени обработки гальванического элемента из смеси железной и медной стружки, а на второй ступени - смеси алюминиевой и медной стружки и корректировку pH сточной воды перед обработкой до 2,0 - 5,0, перед отстаиванием на первой ступени очистки - до 8,9 - 9,3, а после отделения осадка и обработки по второй ступени очистки - до 6,5 - 7,0.

Недостатком всех перечисленных методов является образование больших объемов гидроксидных осадков, имеющих высокую влажность (до 80%) и низкие фильтрационные свойства. Как правило, осадки складируются в шламонакопителях или на городских полигонах. При хранении осадков под воздействием атмосферных и грунтовых вод возможно попадание токсичных ионов металлов в водоемы и подземные горизонты вод.

Задачей настоящего изобретения является уменьшение объема осадка при сохранении высокой эффективности очистки, снижение вымываемости ионов тяжелых металлов из осадка и повышение экологической безопасности очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов.

Для решения этой задачи предлагается обработка сточной воды в поле гальванического элемента, включающая отстаивание и отделение осадка, отличающаяся тем, что после гальванохимической обработки в одну ступень стадия отстаивания представляет собой технологический процесс, включающий корректировку pH до 6,9 - 7,3, нагревание до 90 -95 градусов Цельсия, выдерживание при этой температуре в течение 7 - 10 мин и отделение образовавшегося малообъемного кристаллического осадка. Такая обработка обеспечивает эффективную очистку смешанных стоков, содержащих ионы тяжелых металлов и хрома (VI). При этом высокая эффективность очистки достигается за счет протекания совокупности саморегулирующихся электрохимических и химических процессов, что обеспечивает и достижение оптимальных условий ферритообразования при проведении процесса отстаивания по предлагаемой технологии.

Предлагаемый способ очистки сточных вод заключается в том, что сточную воду, содержащую ионы тяжелых металлов и хрома (VI), при pH 2,0 - 5,0 обрабатывают в поле гальванического элемента, образованного смесью железной и медной стружек в соотношении по массе 4:1 в течение 10-12 мин, после чего доводят pH до 6,9 - 7,3, нагревают до 85 - 95 градусов Цельсия, выдерживают при этой температуре в течение 7-10 мин и отделяют образовавшийся кристаллический осадок. Высокая эффективность очистки предлагаемым способом подтверждается опытами по обработке модельных и реальных сточных вод гальванического производства от ионов тяжелых металлов и хрома (VI).

Примеры выполнения способа.

Пример 1. Обработке по указанному способу подвергали модельный раствор следующего состава (мг/л): Cr (VI) - 25,0; Cr(III) - 37,5; Fe (III) -85; Cu (II)- 5,0, Zn (II) -15; Cd (II)- 17,5; Ni (II) - 5,0; NH₄⁺ - 12,5. pH раствора довели до 2,8 добавлением хлористоводородной кислоты. Приготовленный раствор подвергли гальванохимической обработке в течение 10 мин в поле гальванического элемента из железной и медной стружки (массовое соотношение 4:1) путем пропускания через стружечный фильтр. Затем довели pH обработанного раствора до 7,3 раствором щелочи, нагрели обработанный раствор до 90-95 градусов Цельсия и выдержали при указанной температуре в течение 7 мин, после чего отделили образовавшийся в виде тонкодисперсного магнитного порошка осадок фильтрованием. В фильтрате ионы Cr(VI) и других указанных металлов не обнаружены.

Пример 2. Приготовлен модельный раствор состава, мг/л: Cr(VI) - 65; Fe (III) -170; Cu (II) - 10; Zn (II) - 30; Ni (II) - 10, Cd (II) - 35; NH₄⁺ - 25. pH исходного раствора довели добавлением хлористоводородной кислоты до 2,05 и подвергли гальванохимической обработке по примеру 1. После обработки раствор, имеющий pH 5,25, нейтрализовали раствором щелочи до pH 6,9. Довели температуру обработанного раствора до 85-90 градусов Цельсия и выдерживали при этой температуре в течение 10 мин, затем образовавшийся тонкодисперсный порошок отделили фильтрованием. После его отделения в фильтрате обнаруживаются железо (II) и железо (III) в следовых количествах, остальные ионы тяжелых металлов не обнаруживаются.

Пример 3. Обработке по примеру 1 подвергали сточную воду гальванического производства ПО "Электроаппарат", содержащую, мг/л: Cu (общий) - 62,0; Cr(VI) - 34,0; Fe (общее) - 89,5; Cu (II) - 13,8; Ni (II) - 1,96; Zn (II) - 30,0; Cd (II) - 5,42 Сточную воду указанного состава с pH 3,0 без дополнительной корректировки pH подвергали очистке по примеру 1. Образовавшийся осадок в виде тонкодисперсного магнитного порошка отделяли фильтрованием. В фильтрате указанные ионы не обнаружены.

По сравнению с прототипом, при использовании которого в результате очистки получается объемистый гидроксидный осадок, предлагаемый способ позволяет резко сократить объем осадка и получить его в виде тонкодисперсного малообъемного кристаллического порошка. Полученный осадок устойчив к вымыванию. При выдерживании его в водном растворе при pH 5,0 в течение нескольких часов при постоянном перемешивании ионы тяжелых металлов в декантате не обнаруживаются.

Использование предлагаемого способа позволит проводить эффективную очистку сточных вод гальванических и других производств от ионов тяжелых металлов и хрома (VI), при этом не требуется предварительного разделения стоков, сокращается время обработки, многократно уменьшается объем осадков, предотвращается возможность попадания токсичных ионов тяжелых металлов в водоемы и грунтовые воды, возрастает экологическая безопасность производства.