способ очистки промышленных сточных вод и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ очистки промышленных фторидных сточных вод, включающий их обработку в поле гальванической пары из дробленого графита и железной стружки при совершении колебательных движений с подачей воздуха и последующим отделением твердой фазы фильтрацией, отличающийся тем, что очищают хромофторидные сточные воды, содержащие хром (VI) и хром (III), подвергая восстановлению хром (VI) до хрома (III), направляя на последовательное осаждение растворами гидроксидов щелочных металлов для получения кремнефтористых соединений щелочных металлов при рН 3-6,5 и гидроксида хрома при рН 8,5-9,0, осаждая фтор-ионы нитратами щелочноземельных металлов, последовательно отделяя продукты фильтрацией и выделяя в фильтрате нитрат натрия, при этом в качестве графита используют его отработанные отходы, а колебательные движения компонентов гальванической пары осуществляют с амплитудой 90^o и продолжительностью контактирования сточной воды с гальванической парой 10-15 мин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что фторид щелочноземельных металлов осаждают азотнокислым щелочноземельным металлом при его избытке 5-10% относительно теоретического количества.

3. Устройство для очистки промышленных фторидных сточных вод, включающее вертикально расположенный цилиндрический корпус с размещенным в нем дробленым графитом с железной стружкой, установленный с возможностью совершения колебательных движений, ограничительную решетку, средство для подачи воздуха и патрубки ввода сточной и вывода очищенной воды, отличающееся тем, что корпус выполнен из коррозионно-стойкого материала, в нем дополнительно установлены четыре секции кассет, при этом корпус закреплен на оси качания, установленной на опорах с возможностью колебательных движений с амплитудой 90^o, средство для подачи воздуха - диспергатор выполнен в виде струйного аэратора с установленным перед ним перфорированными колосниками и распределителем потока сточных вод, а в качестве графита используют его отходы.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что гальваническая пара размещена в четырех кассетах, каждая из которых содержит различное соотношение Fe : C - от 0,5 : 1, 1 : 1, 2 : 1 до 3 : 1, через которые прокачивается вода попеременно, через распределитель.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что компоненты гальванической пары в кассетах наполнены на 2/3 высоты.

6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что необходимое количество воздуха определяется уравнением восстановления кислорода на катоде для создания рН не ниже 3-6,5.

7. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что корпус совершает колебательные движения кулисно-рычажным механизмом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области очистки промышленных сточных вод, в частности сточных вод полупроводникового производства и предприятий цветной металлургии, и может быть использовано для обезвреживания стоков гальванических, металлургических, химических производств от различных загрязнений, например примесей цветных и тяжелых металлов, галогенидов, а также масляных и нефтяных примесей.

Известен способ и устройство для очистки сточных вод, образующихся при производстве микросхем. В этих технологиях при обработке полупроводниковых веществ (ПВ) используются соединения фтора (1). Схема очистки сточных вод (СВ) многостадийная, управляется с использованием ЭВМ, реактор снабжен мешалкой, датчиком уровня. В реактор с исходной СВ дозируется Са(ОН)₂, при этом образуется CaF₂. В следующей емкости СВ обрабатываются флокулянтами. Осадки отделяются в отстойнике и обезвоживаются фильтрованием.

Известна очистка сточных вод от соединений фтора (2). Для приготовления микросхем для ЭВМ и других устройств с использованием в качестве подложки кремния широко применяются соединения фтора, в частности NH₄F, содержание этого реагента в СВ может достигать до 15 г/л. Схема очистки включает дозатор Са(ОН)₂, контактную емкость, в которой устанавливается величина рН, равная 6,5, вторая контактная емкость с рН 8,2; отстойник с коническим бункером, фильтр. Величина рН регулируется с использованием серной кислоты. В результате реагентной обработки соединения фтора переводятся в нерастворимую форму и после отстойника отфильтровываются.

Недостатком указанных способов являются существенные затраты на нейтрализацию СВ, не предусматривается получение ценных товарных продуктов из СВ, полученный кек нейтрализации необходимо вывозить на спецзахоронение.

Известен гальванокоагулятор, представленный наклонной емкостью (3).

Указанное устройство обладает существенными недостатками: имеется возможность проскока сточных вод без контакта с наполнителем вследствие наличия "зеркала" обрабатываемых вод в цилиндрической наклонной емкости гальванокоагулятора; неудовлетворительные условия аэрации в рабочей зоне гальванокоагулятора; значительные затраты электроэнергии на обеспечение вращения аппарата с наполнителем.

Наиболее близким по технической сущности является устройство в виде вертикальной цилиндрической колонны с наполнителем, патрубками ввода и вывода стоков и воздуха, корпус колонны жестко закреплен на платформе, установленной на опорах с возможностью совершения колебательных движений, платформа снабжена электродвигателем, на валу электродвигателя перпендикулярно его оси жестко закреплена штанга с размещенным на ней грузом (4).

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности очистки сточных вод от катионов и анионов.

Технический результат достигается способом очистки промышленных фторидных сточных вод, включающий их обработку в поле гальванической пары из дробленого графита и железной стружки при совершении колебательных движений с подачей воздуха и последующим отделением твердой фазы фильтрацией, причем очищают хромофторидные сточные воды, содержащие хром (VI) и хром (III), подвергая восстановлению хром (VI) до хрома (III), направляя на последовательное осаждение растворами гидроксидов щелочных металлов для получения кремнефтористых соединений щелочных металлов при рН 3-6,5 и гидроксида хрома при рН 8,5-9,0, осаждая фтор-ионы нитратами щелочноземельных металлов, последовательно отделяя продукты фильтрацией и выделяя в фильтрате нитрат натрия, при этом в качестве графита используют его отработанные отходы, а колебательные движения компонентов гальванической пары осуществляют с амплитудой 90^o и продолжительностью контактирования сточной воды с гальванической парой 10-15 мин.

Способ по п. 1, отличающийся тем, что фторид щелочноземельных металлов осаждают азотнокислым щелочноземельным металлом при его избытке 5-10% относительно теоретического количества.

По предлагаемому способу промышленные сточные воды, хромофторидных растворы, перерабатываются с получением натрия кремнефтористого и гидрооксида Fe(III), хрома (III) гидрооксида, кальция фторида, натрия нитрата (фиг. 1). Выделенные концентраты соответствуют установленным стандартам товарных продуктов. Например, фторид кальция содержит свыше 81,3% CaF₂, SiO₂ - 0,138%.

Технический результат также достигается в устройстве для очистки промышленных фторидных сточных вод, включающем вертикально расположенный цилиндрический корпус с размещенным в нем дробленым графитом с железной стружкой, установленный с возможностью совершения колебательных движений, ограничительную решетку, средство для подачи воздуха и патрубки ввода сточной и вывода очищенной воды, при этом корпус выполнен из коррозионно-стойкого материала, в нем дополнительно установлены четыре секции кассет, корпус закреплен на оси качания, установленной на опорах с возможностью колебательных движений с амплитудой 90^o, средство для подачи воздуха - диспергатор - выполнен в виде струйного аэратора с установленным перед ним перфорированными колосниками и распределителем потока сточных вод, а качестве графита используют его отходы.

Гальваническая пара в устройстве размещена в четырех кассетах, каждая из которых содержит различное соотношение Fe:C: 0,5:1, 1:1, 2:1, 3:1, через которые прокачивается вода попеременно, через распределитель.

Компоненты гальванической пары в кассетах наполнены на 2/3 высоты.

Необходимое количество воздуха определяется уравнением восстановления кислорода на катоде для создания рН не ниже 3-6,5.

Корпус совершает колебательные движения кулисно-рычажным механизмом.

Устройство входит в установку, которая дополнительно содержит тонкослойные отстойники для отделения твердой фазы.

На фиг.1 изображена принципиальная схема способа очистки сточных вод; на фиг. 2 изображено устройство для очистки сточных вод; на фиг.3 изображена установка очистки сточных вод.

Устройство (фиг.2) состоит из вертикального корпуса 1, четырех кассет 2, имеющих плоскость сечения в виде сектора с гальванической парой из дробленого графита и железной стружки 3, патрубка ввода сточных вод 4, патрубка вывода очищенных вод из кассет 5, патрубка общего вывода сточных вод 6, запорного клапана 7, 8, патрубка ввода воздуха с диспергатором в виде струйного аэратора 9, ограничительной решетки 10, двух перфорированных колосников 11, неподвижного диска с четырьмя отверстиями 12, вращающего распределителя потока в виде горизонтального диска 13 с отверстием, закрепленного на вертикальном валу, помещенного в вертикальный стакан с горизонтальной прорезью для вывода жидкости, ось качания корпуса 14, закрепленного под углом рычага 15, имеющего внутренний паз для движения ползуна 16, возвратно-поступательного ползуна 17 с направляющим пазом для ползуна кулисы, движущимся в неподвижных направляющих, кулисы вертикального исполнения 18, шатуна 19, кривошипа 20, редуктора 21, мотора 22. Емкость совершает колебательные движения с помощью рычага 15, установленного на корпусе, ползуна 17, кулисы 18, шатуна 19 и кривошипного механизма 20, включая редуктор 21 и мотор 22.

Заявляемое устройство (фиг.2) работает следующим образом. Сточную воду, подлежащую очистке, из приемной емкости через патрубок 4 подают в корпус 1 гальванохимического устройства, где она взаимодействует с гальванической парой 3. При включении электродвигателя 22 с редуктором 21 через кривошип 20, шатун 19, кулису 18, ползун 17 и рычаг 15 корпусу 1 сообщается колебательное движение на 90^o. Колебания корпуса 1 передаются компонентам гальванической пары 3, благодаря чему происходит непрерывное обновление диффузионного пограничного слоя на поверхности гальванической пары и увеличивается эффективность массообменных процессов между твердой и жидкой фазами, что ведет к повышению общей эффективности очистки сточных вод.

С помощью шатуна 19 и кулисы 18 относительно электродвигателя изменяют угол качания, подбирают оптимальные условия для обрушения гальванической пары.

Вода после восстановления хрома и очищенная от загрязняющих веществ выводится из устройства через патрубок общего вывода сточных вод 6.

Предварительно сточные воды через перфорированные колосники 11, диск с четырьмя отверстиями 12, распределитель потока сточных вод 12 подают в заданную кассету 2 для установления оптимального соотношения между компонентами гальванической пары. Гальваническая пара размещена в четырех кассетах, каждая из которых содержит определенное соотношение Fe:С, которое изменяется от 0,5: 1, 1: 1, 2:1 до 3:1, через кассеты прокачивается вода попеременно, через распределитель. Компоненты гальванической пары в кассете наполнены на 2/3 высоты и их движение ограничивается ограничительной решеткой 10.

Необходимое количество воздуха определяется уравнением восстановления кислорода на катоде для создания рН не ниже 3-6,5 по реакции O₂+2Н₂O+4е= 4OН^-.

Вода выводится из каждой кассеты через патрубок 5. После подбора оптимального соотношения компонентов гальванической пары закрывается запорный клапан 7 и открывается клапан 8, вставляются 4 кассеты с установленным оптимальным соотношением компонентов гальванической пары. Вынимается также распределитель 13 и диск с четырьмя отверстиями 12.

Схема установки очистки сточных вод (фиг.3) состоит из: 23 - автотранспорта с емкостью со стоками; 24 - усреднительной емкости; 25 - устройства для гальванохимической обработки; 26 - контактный чан; 27 - контактный чан; 28 - полочный тонкослойный отстойник вертикального типа; 29 - фильтр-пресс.

Заявляемая установка работает следующим образом. Хромофторидные стоки доставляются автотранспортом 23 и перекачиваются в усреднительную емкость 24. Затем растворы поступают в устройство для гальванохимической обработки 25. В контактном чане 26 стоки обрабатываются растворами гидроокиси щелочных металлов, а в контактном чане 27 - растворами нитратов щелочноземельных металлов. Полученные осадки осаждаются в полочном тонкослойном отстойнике вертикального типа 28. Сгущенный продукт фильтруется в фильтр-пресс 29.

Таким образом, заявляемый способ и устройство для его осуществления позволяют надежно и эффективно очищать хромофторидные стоки полупроводникового производства.

Источники информации

1. Заявка 2775278, Франция, C 02 F 1/58.

2. Заявка 2771727, Франция, C 02 F 1/66.

3. RU 2130433 C1, 20.05.1999.

4. RU 2074124 С1, 27.02.1997.