способ очистки кислых сточных вод от сульфатов тяжелых металлов

Формула изобретения

Способ очистки кислых сточных вод от сульфатов тяжелых металлов, включающий двухстадийную обработку с использованием на первой стадии известкового молока с последующим отделением нейтрализованной до рН 7,5-8 воды от осадка, отличающийся тем, что на второй стадии для удаления содержащегося в осветленной воде сульфата кальция вводят карбонат бария и выдерживают полученную суспензию до завершения обменной реакции.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для очистки кислых сточных вод, образующихся при сернокислотном травлении стальных изделий, а также в гальваническом производстве.

Известен способ очистки кислых сточных вод от ионов тяжелых металлов, включающий двухстадийное осаждение с использованием известкового молока на первой стадии до pH 6,5-7 с последующей обработкой образованной суспензии карбонатом натрия до pH 9,0-9,5 [патент РФ № 2010013].

Хотя данный способ позволяет очищать сточные воды от тяжелых металлов до значений ПДК, его существенным недостатком является высокое остаточное солесодержание в очищенной воде. Это связано с тем, что выпадающий на первой стадии очистки в осадок сульфат кальция имеет высокую растворимость в воде до 2,5 г/л и при обработке карбонатом натрия образовавшейся суспензии гидроксидов металлов и сульфата кальция получаются труднорастворимый карбонат кальция и хорошо растворимый сульфат натрия. Причем количество последнего в растворе резко возрастает с повышением расхода соды. Поэтому в зависимости от количества задаваемой соды остаточное солесодержание очищенного раствора составляет 3,5-6 г/л и более. При таких параметрах очищенной воды возврат ее в водооборотный цикл производства практически невозможен.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к предлагаемому изобретению является способ очистки кислых сточных вод от тяжелых металлов двухстадийным осаждением при обработке кислых стоков на первой стадии известковым молоком до pH 8,5-8,9 и на второй стадии после отделения выпавшего осадка добавлением в оставшийся раствор гидрофосфата натрия при pH 7,2 [авт. св-во СССР № 981248].

Поскольку осадок, содержащий сульфат кальция, сразу отделяется от раствора, то его обратный переход в очищенную воду невозможен и конечное солесодержание снижается до 2,3 г/л за счет образования сульфата натрия. Однако на второй стадии очистки образуются труднофильтруемые коллоидные системы кислых фосфатов и полифосфатов тяжелых металлов и их удаление до ПДК не достигается. Для осаждения указанных соединений необходимо добавлять в систему различные коагулянты, давать избыток гидрофосфата натрия, а также вести процесс при повышенной температуре. В итоге конечное солесодержание в очищенном растворе дополнительно увеличивается.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении эффективности очистки за счет снижения солесодержания очищенной воды.

Это достигается тем, что в способе очистки сточных вод, включающем двухстадийное осаждение, на первой стадии сточные воды обрабатывают известковым молоком до pH 7,5-8,0, затем после отделения выпавшего осадка в осветленную воду вводят карбонат бария и выдерживают полученную суспензию при перемешивании до превращения его в сульфат бария. В отличие от прототипа использование карбоната бария позволяет резко снизить остаточное солесодержание очищенной воды за счет протекания обменной реакции:

CaSO_{4(раствор)}+BaCO_{3(твердый осадок)}=BaSO _{4(твердый осадок)}+CaCO_{3(твердый осадок)}

В заявленном способе очистку сточных вод осуществляют в две стадии. В начале сточные воды обрабатывают известковым молоком до pH 7,5-8,0, затем после отделения выпавшего осадка в осветленную воду вводят карбонат бария и выдерживают полученную суспензию при перемешивании до превращения его в сульфат бария. После завершения обменной реакции осадок сульфата бария отделяют от воды и используют, например, как утяжелитель буровых растворов. Очищенная вода содержит тяжелые металлы в количестве ниже ПДК при общем солесодержании менее 0,2 г/л.

Пример конкретного выполнения способа. Для очистки были использованы три вида 0,1 М водных раствора сульфата железа (II), сульфата цинка и сульфата меди, содержащих соответственно Fe²⁺=5,58 г/л, Zn²⁺=6,54 г/л и Cu²⁺=6,35 г/л. Эксперименты проводили при температуре 22±1°C, для каждого опыта брали 500 мл раствора. Очистку каждого раствора проводили трижды: первый опыт в соответствии с требованиями патента РФ № 2010013, второй и третий опыты по предлагаемому способу. Количество вводимого известкового молока (в пересчете на оксид кальция) на первой стадии очистки для всех опытов по прототипу составляло 2,75 г CaO, а по предлагаемому способу 2,85 г CaO. В опытах по прототипу на второй стадии добавляли по 25 мл 10% Na₂CO₃, перемешивали раствор в течение 15 мин и отфильтровывали. По предлагаемому способу перед второй стадией очистки осадок отфильтровывали, и в фильтрат добавляли по 1,65 г карбоната бария, и суспензию выдерживали при перемешивании 8 часов. После завершения второй стадии очистки растворы отфильтровывали от осадка и анализировали на содержание очищаемого металла, мг/л (первая строка табл.), общее остаточное содержание солей, г/л (сухой остаток - вторая строка табл.) и конечное значение pH (третья строка табл.). Результаты анализов представлены в табл.

Способ очистки по патенту РФ № 2010031	Предлагаемый способ очистки
FeSO4	ZnSO4	CuSO4	FeSO4	ZnSO4	CuSO4
опыт1	опыт 1	опыт 1	опыт 2	опыт 3	опыт2	опыт 3	опыт2	опыт 3
0,15	0,08	0,02	0,006	0,005	0,02	0,02	0,01	0,01
5,10	5,15	5,05	0,15	0,16	0,13	0,12	0,17	0,16
9,0	9,2	9,1	7,8	8,0	8,0	7,9	7,9	7,8

Значительная разница в содержании общего железа для предлагаемого способа очистки, по сравнению с прототипом, объясняется тем, что при длительном перемешивании суспензии с карбонатом кальция железо (II) окисляется до железа (III) за счет контакта с воздухом.

Использование предлагаемого способа позволяет очищать кислые сточные воды от сульфатов тяжелых металлов ниже значений ПДК и резко снизить остаточное солесодержание в очищенной воде ниже 0,2 г/л, что позволяет возвращать очищенную воду в производственный цикл.