Способ очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов
Изобретение относится к способам очистки производственных сточных вод и может быть использовано для обработки сточных вод преимущественно гальванического производства, а также в гидрометаллургии цветных металлов. Целью изобретения является сокращение объема осадка, упрощение способа и сокращение времени отстаивания. Для осуществления способа фильтрование воды проводят через восстановитель, в качестве которого используют стружки железа и титана в соотношении 1:(3-5), фильтруют со скоростью 1,8-2,5 л/ч при PH 1-2, нейтрализуют, отстаивают и отделяют осадок. Способ позволяет в результате уплотнения структуры осадка увеличить скорость отстаивания, повысить производительность способа и обеспечить возможность повторного использования очищенной воды. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
А1 (51) 4 С 02 F 1/70
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А BTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
"емм I .!
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4337255/28-26 (22) 02.12.87 (46) 07.12.89. Бюл. М 45 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт по охране вод (72) Р,В,Вергунов, Н ° Е.Коробчанская и Е.А.Короткова (53) 663,632,54(088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР
Р 882951, кл, С 02 F !/70, 1982. (54) СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ
ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ (57) Изобретение относится к способам очистки производственных сточных вод и может быть использовано для обработки сточных вод преимущественно гальванического производства, а
Изобретение относится к способам очистки производственных сточных вод и предназначено для обработки сточных вод, преимущественно, гальванического производства в металлообрабатывающей, приборостроительной, радиоэлектронной отраслях, а также в гидрометаллургии цветных металлов, Целью способа является сокращение объема осадка, упрощение способа и сокращение времени отстаивания.
Способ очистки сточных вод от соединений тяжелых металлов включает фильтрование воды через восстановитель, в качестве которого используют металлическую смесь, одним из ее компонентов берут железо, а в качестве другого компонента — титан или его сплав, причем используют стружку железа и стружку титана в соотноше„„80„„1213 также в гидрометаллургии цветных металлов, Целью изобретения является сокращение объема осадка, упрощение способа и сокращение времени отстаивания. Для осуществления способа фильтрование воды проводят через восстановитель, в качестве которого используют стружки железа и титана в соотношении 1:(3-5), фильтруют со скоростью 1,8-2,5 л/ч при рН 1-2, нейтрализуют, отстаивают и отделяют осадок. Способ позволяет в результате уплотнения осадка увеличить скорость отстаивания, повысить производительность способа и обеспечить воэможность повторного использования с
Щ очищенной воды. I з.п,ф-лы, 2 табл. нии от 1:3 до 1:5, фильтрование воды ведут со скоростью 1,8-2,5 л/ч при рН среды в пределах 1-2, Структура осадка гидроксидов тяжелых металлов, образующихся при обработке сточных вод на стружке титана или его сплавов, более плотная, чем при обработке на железной или алюминиевой стружке, объем осадка меньше, а скорость уплотнения больше. Кроме того, после обработки сточной воды на стружке из титана или его сплавов (например, ВТ-I, ВТ-22) ее санитарно-гигиенические свойства лучше по сравнению с водой, обработанной на стружке из алюминия, Объясняется это тем, что гидроксид титана выпадает в осадок при рН 2. При стоянии он подвергается старению, приобретает кристаллическую структуру и,1527183 становится практически нерастворимым ни при каких условиях, в том числе и при подщелачивании при нейтрализации обработанной сточной воды. Поэтому остаточные содержания титана в обработанной воде ничтожно малы, и в отличие от известного способа доочистка ее при сбросе в канализационную систему не нужна, 1О
Восстановитель, т.е ° смесь иэ стружки железа и стружки титана или его сплавов, например ВТ-I, при весовом соотношении компонентов от 1:3 до 1:5 в пересчете на чистый титан загружают в проточный реактор и через него фильтруют подлежащую очистке природную или сточную воду, причем соотношение объема воды и восстановителя должно составлять 1:1. Скорость фильтруемой воды поддерживают в пределах 1,8-2,5 л/ч, при этом рН выдерживают в пределах 1-2 путем добавления серной или соляной кислоты.
Пример I. В проточный реак- 25 тор из оргстекла объемом 400 см заэ . гружают смесь стружки железа и стружки сплава титана (ВТ-1) в соотношении 1:4. Сточную воду, содержащую
6+
60 мг/л Cr, фильтруют через восстановитель (соотношение объема воды и восстановителя 1:1) со скоростью 3,5 л/ч, причем величину рН среды поддерживают равной 1,7, Затем анализируют остаточное содержание
Cr в обработанной воде. Содержание
6+ 35
Cr после обработки 8,0 мг/л. После
6+ обработки воду в объеме 300 см нейтрализуют до рН = 7,0. Объем осадка через 5 мин после нейтрализации
265 см, через I ч отстаивания 95 см .
Пример 2. Способ осуществляют в условиях примера 1, но фильтрование производят со скоростью
3,0 л/ч. Содержание Cr после очист- 45 ки 2,5 мг/л. Объемы осадка после нейтрализации и отстаивания в течение
5 мйн и далее до 60 мнн то же, что и в примере 1.
Пример 3. Способ осуществ- 50 ляют в условиях примера 1, но фильтрование производят со скоростью
6+
2,5 л/ч, Содержание Сг после очистки (0,1 мг/л, Пример 4. Способ осуществляют в условиях примера 3, но содержание Cr в обрабатываемой сточной воС+ де 80 мг/л. Содержание Cr + после очистки 10 мг/л. Объемы осадка после нейтрализации и отстаивания те же.
Пример 5. Способ осуществляют в условиях примера 4, но фильтрование производят со скоростью
2,0 л/ч ° Содержание Cr после очи6+ стки 1,5 мг/л. Объемы после нейтрализации и отстаивания те же.
Пример 6. Способ осуществляют в условиях примера 4, но фильтрование производят со скоростью
6+
1,8 л/ч. Содержание Cr после очистки (0,1 мг/л. Объемы осадка после нейтрализации и отстаивания те же.
Пример 7. Способ осуществляют в условиях примера 4, но соотношение железной и титановой стружки в смеси восстановителя I:3. Содержание Cr после очистки (О,! мг/л, 6+
Объем осадка через 5 мин после нейтЪ ралиэации обработанной воды 295 см через 60 мин отстаивания 150 см э
Пример 8. Способ осуществляют в условиях примера 4, но соотношение железной и титановой стружки в смеси восстановителя I:5. Содержание Сг после очистки 14,5 мг/л, 61
Объем осадка через 5 мин после нейтрализации обработанной воды 260 см через 60 мин отстаивания 85 см э
Пример 9. Способ осуществляют в условиях примера 3, но рН обрабатываемой воды поддерживают равной 2,8, Содержание Cr после очи6 стки 3,0 мг/л. Объемы осадка после нейтрализации обработанной воды через 5 мин 265 см, через 60 мин от 5 стаивания 95 см
Пример 10. Способ осуществляют в условиях примера 3, но рН обрабатываемой воды поддерживают равной 2,0, Содержание Cr6 после очистки 0,1 мг/л. Объемы осадка после нейтрализации обработанной воды через 5 мин 265 см, через 60 мин
Ъ отстаивания 95 см
Пример 11. Способ осуществляют в условиях примера 3, но рН обрабатываемой воды поддерживают равной I 0. Содержание Cr6+ после очистки <0,1 мг/л. Объемы осадка при отстаивании после нейтрализации воды через 5 мин 265 см, через 60 мин
95 см
П -р и м е р 12. Способ осуществляют в условиях примера 3, но рН обрабатываемой воды поддерживают рав5 ной Oi5. Содержание Cre+ после очистки О,I мг/л. Объемы осадка при отстаивании после нейтрализации обрабатываемой воды через 5 мин 265 с через 60 мин 95 см
Результаты испытаний приведены в табл.l °
Наиболее эффективно процесс очис ки проходит при следующих услониях: при соотношении стружки железа и титана в смеси восстановителя 1:4, скорости фильтрации 1 8-2 5 л/ч при
1 Р
J рН среды в пределах 1-2. Подогрев не требуется. При соотношении железной и титановой стружки Ъ1:4 (например
I:
:3) ускоряется реакция восстановлеб+ ния Cr, но увеличивается объем образовавшегося после нейтрализации сточной воды осадка. При соотношении железной и титановой стружки (1:4 (например, I:5) замедляется реакция восстановления Cr, что делает спо6+ соб менее производительным. Подкисление обрабатынаемой сточной воды до рН = 1-2 резко увеличивает окислительно-восстановительный потенциал системы эа счет активации поверхности стружки. Дальнейшее подкисление (до pH (I) уже не дает значительного повышения окислительно-восстановительного потенциала системы и одновременно с этим требует значительных затрат кислоты, в связи с чем нецелесообразно, В табл.2 представлены данные по обработке сточных вод содержащих бб
У
Сг, медь, цинк и никель с применением стальной, алюминиевой стружки, стружки из сплава титана ВТ-1, смеси железной стружки и стружки иэ сплава титана ВТ-1 в соотношении 1:4, смеси железной и алюминиевой стружки в соотношении 1:3 в стационарном режиме при подкислении обрабатывае-. мой воды до рН > 1,7, а также смеси порошка железа и алюминиевой стружки в соотношении 1:3 с подогревом о до 80 С, на при рН = 7,0 согласно известному способу.
Из данных табл.2 видно, что наибольшая степень восстановления при данных условиях на металлической стружке у ионов Cr и у цинка (100X) хуже у ионов никеля (65-82,5X) и еще хуже у меди (25X). Наибольшая производительность процесса восстановления ионов тяжелых металлов в
6 4
l частности Cr с применением в качеl527l83 стве восстановителя стальной стружки, наименьшая — с применением в качестЭ не восстановителя стружки из сплава м, титана. Объем образовавшегося после нейтрализации обработанной на стружке сточной воды осадка больше всего с применением стальной стружки и меньше всего с применением стружки из сплава титана. Добавление к стружке из титанового сплава стальной стружки в соотношении по объему стружки 4:I сокращает время восста6+ нонления Cr с 2 ч до 10 мин; Объяс15 няется это тем, что при смешении титановой и стальной стружки образуются железо-титановые гальванические пары, снижающие пассивацию поверх-. ности, свойственную титановым спла20 нам, и реакция восстановления ионов тяжелых металлов интенсифицируется.
Объем осадка, образовавшегося в результате обработки ноды на смеси титановой и стальной стружки с последующей нейтрализацией до рН = 7, меньше чем с применением как стальной, так и смеси алюминиевой и стальной стружки.
Рентгеноструктурный анализ образо30 вавшихся осадков показывает, что включения титана уплотняют структуру осадка, в результате чего увеличивается скорость его отстаивания. Восстанов6t ление Cr происходит с применением смеси железного порошка и алюминиевой стружки в соотношении I:3 с подогревом обрабатываемой сточной воды до о
80 С при рН 7 по известному способу при этом время обработки больше по
4р сравнению с применением в качестве восстановителя железной и титаноной стружки в соотношении 1:4 и без подогрева, но с подкислением до рН 1,7.
Кроме того, постоянный подогрев об45 рабатываемой сточной воды (поскольку процесс идет в непрерывном режиме) требует значительных энергозатрат.
Поэтому процесс восстановления ионов тяжелых металлов с подкислением обра5р батываеИой сточной воды до рН = 2
У является более производительным. Способ целесообразен для очистки сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов, мг/л: Cr 6 80; цинк < 60; ни6+ кель и медь - 15. После нейтрализации обработанной сточной воды до рН=
6,5-9,0 каким-либо щелочным реагентом (например, щелочью, известью, кальцинированной содой) осадок отделяют от
1527183
Таблица!
С+
Содеркание Cr мг/л
Состав смеси восСкорость рв фильтро- среды ваиия ° л/и
СоотноОбаем осадка после неЛтрелиэации сточноЯ воды, см, после
Ъ отстаивания
Темпера тура среды, юС
Опыт становителя в соотнонении ванне обаема
I иое
Остаточ воды и восста» новитеСтрунка келеэ&
Струнка титаноное
5 мин 60 мнн вого сплава ля в реакторе
I:I
1:I
1l l
1:1
I:1
1:1
I:I
1 . I
I:1
I:I
I:1
1:1
2:!
3:1 ! .2
2
4
6
7 в
9 ! о
11
12
13
l4
4
4
4
3
4
4
4
3 5
3„О
2,5
2,5
2,О
I,В
2 5
2,5
2>$
2,$
2,5
2,5
2,5
2,5
2 5
1,7
1,7
147
I 7
1,7
1,7
1,7
1,7
2,Â
2,О
I,О
0,5
1,7
I 7
1,7
2$
60 во во во во во
6О
6О
26$
265
В5
9$
265
95 жидкости, применяя типовые тонкослойнь!е отстойники, а затем типовые иловые фильтрующие аппараты (например, ФПАКИ).
Способ экономически выгоден, так как основан на использовании металлической стружки, являющейся отходом производства, причем стружка иэ сплавов титана практически не расходуется I ð в процессе очистки. Сокращение объема образующегося при нейтрализации сточной воды осадка и повышение скорости его отстаивания (уплотнения) способствуют уменьшению габаритов используемых для его кондиционирования отстойников и фильтров и увеличивают их производительность, Кроме того, сточная вода, обработанная с использованием смеси стальной и титановой 2р стружки, является более "чистой" в санитарно-гигиеническом отношении, что расширяет воэможности ее повтор- ного испольэонания.
Формула и з о бр ете ния
1 ° Способ очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, включающий фильтрование через восстановительсмесь металлов, содержащую железо, с последующей нейтрализацией, отстаиванием и отделением осадка, о т л и " ч а ю шийся тем, что, с целью сокращения объема осадка, упрощения способа и сокращения времени отстаивания, в качестве восстановителя используют смесь стружек железа и титана н массоном соотношении 1:3,5.
2, Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что фильтрование ведут со скоростью I 8-2,5 л/ ч при рН 1"2, в,о
2,5 с0,1 о,о
1,5 с0,! еО,I
14,5
3,О
О,l
c0, I с0,1
3В сО,I
1527183
O
I и е» к о
3е к
С 4! и о
1 «
Cl Z
В v
) к 1
) о
I az о к и
У к ь
an ФЧ
О Ф! Ф о
Оа ь л
»Ъ
) 1
) »Ъ о
Оа
Ф ° чЪ
О ОЪ 40
ФЧ Ч 44
ФФЪ
ФЧ
ФФ\
ФФЪ
Ф Ъ
Ф 4 б !
»
1 C
О к о о о о, о о
1 о
Ю о
О чъ о
Ф °
»Ъ
4 °
ЧФ ФЪ
ФЧ Ф ° 1
»Ъ
Ф 4
I ю
I Iб
) о
Ъ л о
an
Са4
ФФЪ л аО
a/l
Са4
4О
1 «
1 аа
gl
1 I б ! 4
»Ъ
»Ъ
ФФЪ
ФЪ
»Ф
ФФЪ о
У о о б
» т ь о
Ю о о о о о о о о
1О и
» о и
5 о
v a
5 5 о и б ч
14
О к л
И В
I 1 о v о
4п й
Ф о, 1 45
CO л о и л л
И В
В о и л
И В
I I о и и
I о
1 о
»Ъ
an л
С5 о
В
j к о е
Z e IC о л
1; з1 о
3 C5tCI ОС56 еФоеееоо
»Ъ о о о
МЪ
Ю о
° л
О
С!
° n
О о
Ф Ъ ь
Ф" Ъ о
Ф о
Ф
I
Ф о -1
Ou5 ал
5
Фк т 44 лоа
ФВ -5 к
Q I к
v и ко м
В л
8 5I
О В о о
3! .
o caВ I о u ° к е Фк т еоа к к
1 В
В В
uI-т е и
tL
1. л
В °
О т к а
Д l4 а
f» и л к
В ° к т д а
I В"
v к о v
45 °
В
К В к г« ао и
1. ° О
c5R и и к ао с
° °
j5..
В е «л
В е Ф и В е
) k .
4!V 41
v °
V Il о о с Фu Q
z! *
1: а
1
С4 1
1
1 с!
1 й!
КI
ao I
Ol — — -
)
1
I !
1
I о
44 о
8
1 у
5 и I б о с
1 N
К К *1 е е 1»
oz)
: P
DI 1о
z e
) и о о л D о Ф Ъ
Ъ
ФЧ о о
Ъ л ч ФФЪ О ° lO Оа
