Способ осаждения ионов тяжелых металлов из водных растворов

 

Использование: в очистке пpомышленных и бытовых стоков. В исходный pаствоp вводят щелочной нейтpализатоp пpи величине pН, находящейся в пpеделах значений pН 4-12,0, получают pазноименно заpяженные золи, котоpые подвеpгают взаимной коагуляции, осветвленную водную фазу отделяют декантацией, а осадок многокpатно подвеpгают контакту со следующими поpциями исходного pаствоpа с последующей декантацией осветленной водной фазы, сокpащается pасход pеагентов, повышается степень извлечения ионов тяжелых металлов из сточных вод. 2 ил., 4 табл.

Извлечение ионов тяжелых металлов из водных растворов относится к области извлечение веществ из водных растворов при реагентном осаждении и может быть использован в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков.

Известен способ реагентов осаждения сточных вод [1], предусматривающий перевод ионов металлов с труднорастворимые соединения при обработке сточных вод щелочными реагентами с последующим выделением их в осадок отстаиванием.

Недостатком способа является то, что такие технологии не обеспечивают степень очистки от ионов тяжелых металлов, удовлетворяющую современным требованиям водохозяйственных органов. Кроме того, применение реагентных методов приводит к вторичному загрязнению воды - повышению ее солесодержания, что препятствует повторному использования очищенной воды в производстве. В ряде случаев после реагентной обработки необходима глубокая доочистка сточных вод от соединений тяжелых металлов.

Наиболее близким техническим решением является способ очистки шахтных вод [2] путем деления потока обрабатываемой воды на две части, получения разноименно заряженных золей с их последующей взаимной коагуляцией, разноименно заряженные золи получают введением щелочного агента в одну часть потока до pH 4,0 - 6,5, а в другую до 9,5 - 12,0.

Недостатком способа является получение в результате взаимной коагуляции гидрофильного, влагоемкого и рыхлого осадка, увлекающего за собой значительное количество щелочного агента, что увеличивает расход последнего и шламовые площади, к тому же, технологическая схема предусматривает по крайней мере три точки контроля величины pH: в двух частях потока и на выходе после соединения потоков для их последующей взаимной коагуляции.

Задачей изобретения является создание оптимальных условий извлечения ионов тяжелых металлов из водоемких стоков с солесодержанием, способствующим образованию коллоидных, мелкодисперсных систем с трудноосаждаемыми взвесями.

Технический результат, который может быть достигнут при осуществлении изобретения, заключается в экономичности процесса за счет сокращения расхода реагентов и в увеличении степени извлечения ионов тяжелых металлов из сточных вод.

Этот технический результат достигается тем, что в известном способе осаждения ионов тяжелых металлов из промышленных сточных вод, включающем введение щелочного нейтрализатора при pH 4 - 12, перемешивание и отстаивание с получением осадка, осадок многократно подвергают контакту со следующими порциями исходного раствора с одновременной нейтрализацией раствора до значений pH, оптимальных для осаждения ионов тяжелых металлов.

Сущность способа поясняется технологической схемой процесса, изображенной на фиг. 1.

Примеры конкретного осуществления способа.

В качестве исходного раствора использовали сточную воду промышленного предприятия, состав которой по основным компонентам представлен в табл. 1.

Исходный раствор пропускали через тщательно отмытый кварцевый песок для удаления взвешенных веществ.

Пример 1 (табл. 2, опыты 1.1-1.5).

В соответствии с технологической схемой процесса, изображенной на фиг. 1, при непрерывном перемешивании проводили нейтрализацию 200 см³ исходного раствора 10%-ным раствором щелочи NaOH до оптимальной величины pH осаждения ионов тяжелых металлов, равной для данного раствора значению 9,5 - 10,5. За время перемешивания 10 мин, отстаивания - 15 мин возникла граница раздела между раствором и осадком. Объем осадка оценивали в процентах ко всему объему системы. Осветленную водную фазу отделяли от осадка декантацией, к осадку приливали новую порцию исходного раствора до объема 200 см³, проводили нейтрализацию до pH 9,5 - 10,5 при непрерывном перемешивании и последующем отстаивании как было описано выше. Подобную процедуру повторяли четыре или пять раз. При этом всякий раз измеряли объемы осадка и осветленной водной фазы, в последней определяли концентрацию ионов тяжелых металлов. На всех этапах проведения экспериментов контролировали величину pH с помощью pH-метра и расход нейтрализатора.

В табл. 2 даны результаты очистки промышленной сточной воды, причем концентрация ионов тяжелых металлов дана по основному компоненту исходного раствора - цинку.

Из данных табл. 2 (опыты 1.1-1.5) следует, что при нейтрализации исходного раствора щелочью, осадки, полученные в предыдущих стадиях нейтрализации, способствуют нейтрализации новых порций исходного раствора, а многократный контакт с новыми порциями очищаемого раствора повышает величину pH последнего, что способствует удалению примесей и сокращает расход реагентов.

Объем осадка растет с ростом числа контактов исходного раствора с осадком.

Пример 2 (табл. 2, опыты 2.1-2.4).

Эксперименты проводили аналогично опытам 1.1 - 1.5 табл. 2, но в качестве нейтрализатора использовали более дешевый по сравнению со щелочью реагент - гашеную известь Ca(OH)₂ в виде известкового раствора с концентрацией 1,496 г/дм³ в расчете на CaO.

Из данных опытов 2.1-2.4 табл. 2 можно сделать выводы, аналогичные тем, которые получены при анализе примера 1, кроме того, очевидно, что наиболее плотные осадки получаются в опытах 2.2 и 2.3, т.е. при втором и третьем контактах исходного раствора с осадком.

В табл. 3 представлены данные о плотности осадков, полученных в условиях опытов табл. 2. Для сравнения плотность всех осадков определялась по отношению к наиболее плотному осадку, полученному в опыте 1.1 табл. 2, его плотность принята за 100%.

Из данных табл. 3 следует, что наиболее плотные осадки образовались в опытах 1.2, 2.2 и 1.2 табл. 2. Образование более плотных осадков способствует сокращению времени и повышению степени осветления раствора.

В табл. 4 проведено сравнение результатов очистки по предлагаемому способу и прототипу. В табл. 4 расход реагентов на 1 м³ очищенного раствора и извлечение цинка рассчитаны по данным табл. 2.

Из сравнения данных табл. 4 следует, что предлагаемый способ по сравнению с прототипом снижает расход реагента и повышает извлечение ионов тяжелых металлов из растворов, особенно, если в качестве нейтрализатора используется известь.

Установлено, что при 10-кратном контакте осадка с новыми порциями исходного раствора при нейтрализации известью за время отстаивания не более 30 мин объем осадка не превышал 35%, а при отстаивании в течение суток - 25% от объема системы, причем увеличение кратности контакта сокращает время отстаивания, увеличивает степень остветления раствора. Количество контактов определяется составом и объемом очищаемого раствора.

Осветленная водная фаза может быть использована в технологических целях, а осадки различными способами переработаны в полезные продукты.

Очистка, особенно больших объемов, загрязненных производственных растворов предлагаемым способом экологически безвредна и экономически выгодна.

В технологической схеме, представленной на фиг. 1, полученный в предыдущих операциях нейтрализации осадок вводят на стадии перемешивания и нейтрализации новой порции исходного раствора, после чего нейтрализатором доводят величину pH раствора до оптимальных значений, обеспечивающих необходимую глубину осаждения ионов тяжелых металлов. Операцию повторного использования осадка можно осуществлять многократно (n раз) до тех пор, пока обеспечивается необходимая степень очистки, оптимально используются объемы оборудования и обеспечивается необходимое количество осадка.

Экспериментами установлено, что при определенных условиях циклы повторного использования осадка можно реализовать на стадии отстоя, как это показано на фиг. 2.

По сравнению с прототипом предлагаемый способ упрощает технологический процесс, сокращает расход нейтрализатора, повышает извлечение ионов тяжелых металлов из очищаемых растворов, позволяет получать плотные осадки.

Предлагаемый способ позволяет реализовать безотходную, экологически безвредную, экономически выгодную технологию с переработкой осадка в полезные продукты и возвратом очищенной осветленной водной фазы в технологический процесс.

Формула изобретения

Способ осаждения ионов тяжелых металлов из промышленных сточных вод, включающий введение щелочного нейтрализатора при pH 4 - 12, перемешивание и отстаивание с получением осадка, отличающийся тем, что осадок многократно подвергают контакту со следующими порциями исходного раствора с одновременной нейтрализацией раствора до значений pH, оптимальных для осаждения ионов тяжелых металлов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4