Способ локальной реагентной очистки отработанных концентрированных растворов от ионов тяжелых металлов, марганца
Изобретение относится к очистке сточных вод производств, где образуются концентрированные стоки, содержащие ионы тяжелых металлов, марганца. Способ включает перевод ионов тяжелых металлов, марганца в малорастворимые соединения путем нейтрализации сточных вод с помощью водного раствора щелочного реагента, осаждение этих соединений с помощью добавления водных растворов сульфата алюминия, как коагулянта и полиакриламида, как флокулянта в нейтрализованные стоки, отстаивание стоков, фильтрацию осадка с помощью фильтровального материала и последующий слив в кислотощелочную канализацию очищенных стоков с содержанием ионов тяжелых металлов, марганца не выше предельно допустимых концентраций. В начале цикла очистки производят активацию собранных отработанных стоков добавлением водного раствора универсального промывочного технического средства; нейтрализацию стоков производят с помощью концентрированного, 46%-ного водного раствора щелочи до получения слабощелочной среды в стоках, содержащих ионы тяжелых металлов, или щелочной среды в стоках, содержащих ионы марганца. Затем вводят концентрированные водные растворы коагулянта (140 г/дм3) и флокулянта (2 г/дм3) в количестве 100 мл на 100 л в нейтрализованные стоки с ионами тяжелых металлов или в соотношении 1:60 по объему в нейтрализованные стоки с ионами марганца. В качестве фильтровального материала применяют хемосорбционное волокно на основе полиакрилнитрильного волокна. Данный способ позволяет производить очистку концентрированных стоков с высокой эффективностью и получать концентрированные шламы как дополнительно утилизируемые продукты. 1 табл.
Изобретение касается всех производств, в процессе деятельности которых образуются стоки как из растворов, содержащих ионы тяжелых металлов, так и из растворов, содержащих ионы марганца, вышеустановленной предельно допустимой концентрации, и относится непосредственно к способам очистки отработанных растворов, особенно концентрированных растворов.
Основные направления инженерной защиты окружающей природной среды от загрязнения и других видов антропогенных воздействий включают внедрение ресурсосберегающей, безотходной или малоотходной технологии, утилизацию и детоксикацию отходов и, главное, экологизацию всего производства, при которой обеспечивалось бы включение всех видов взаимодействия с окружающей средой в естественные циклы круговорота веществ. Поэтому остается актуальной задачей разработка локальной, в условиях конкретного производственного участка предприятия, системы очистки стоков, включающей способ очистки, который можно было бы распространить на все подобные производства.
Известен способ очистки сточных вод с помощью ионообменных смол, описанный в учебном пособии С.С.Виноградова «Экологически безопасное гальваническое производство», под редакцией проф. В.Н.Кудрявцева, выпуск 3, приложение к журналу "Гальванотехника и обработка поверхности", М., «Глобус", 1998 г., с.164, 189, 223, согласно которому при ионообменной очистке из сточных вод гальванических производств удаляют соли тяжелых, щелочных и щелочноземельных металлов, свободные минеральные кислоты и щелочи, а также некоторые органические вещества с помощью синтетических ионообменных смол (ионитов). Ионный обмен происходит в эквивалентных отношениях и в большинстве случаев является обратимым. Ионообменную очистку сточных вод обычно осуществляют путем их последовательного фильтрования через катиониты (в форме H+) и аниониты (в форме ОН-), что позволяет очистить растворы до требуемых предельно допустимых концентраций, возвратить в оборот до 95% очищенной воды и утилизировать тяжелые металлы.
Недостатками этого способа очистки являются необходимость как предварительного отделения промывных вод от концентратов, так и предварительной очистки сточных вод от масел, поверхностно-активных веществ, растворителей и органических веществ; большой расход реагентов для регенерации ионитов и обработки смол; образование вторичных отходов, требующих дополнительной переработки, а также громоздкость оборудования и высокая стоимость самих смол.
Известен патент RU 02234463 С1, кл. С02F 1/52, опубл. 20.08.2004 г., в котором описан способ очистки сточных вод, согласно которому выполняется очистка высококонцентрированных щелочных сточных вод и отработанных растворов при предварительном разбавлении их промывными или оборотными водами до содержания взвешенных веществ 8-15 г/л при водородном показателе рН 9,5 и выше с последующим осветлением коагуляцией с помощью хлорида магния в количестве 0,2-2 г/л и флокуляцией с помощью полиакриламида или сульфометиленовой соли 2-метил 5-винилпиридина в количестве 1-5 мг/л и обеспечивается высокая степень очистки и утилизация шламов при пониженных затратах энергии.
Недостатками этого способа являются ограничение спектра производств производствами со щелочными стоками, то есть не рассматривается проблема содержания ионов тяжелых металлов; необходимость предварительного существенного разбавления очищаемых растворов до приемлемой концентрации, что влечет за собой существенный расход воды и значительно удлиняет рабочий цикл очистки, и утилизации шламов на специально оборудованных полигонах, в результате чего вредные вещества загрязняют атмосферу и почву и могут попасть в подземные водные источники; сами же шламы не представляют особой ценности для вторичного их использования, а все это не позволяет минимизировать ресурсо- и энергозатраты.
Известен патент JP 03287664, кл. С02F 1/62, опубл. 04.06.2002 г., в котором описан способ и устройство для обработки сточных вод, содержащих тяжелые металлы, согласно которому выполняется нейтрализация сточных вод щелочью, затем добавляется высокомолекулярный коагулянт с последующим осаждением шлама, содержащего тяжелые металлы, осветленную воду выводят из процесса обработки, а часть шлама рециркулируют в процесс нейтрализации таким образом, что шлам сначала поступает в смесительный бак, а оттуда в бак нейтрализации, при этом щелочь подают либо в смесительный бак (когда содержание взвешенных загрязнений в сточных водах превышает заданное значение), либо в бак нейтрализации (когда содержание взвешенных загрязнений ниже заданного значения); соотношение рециркулируемого шлама и взвешенных загрязнений в сточных водах поддерживают в пределах 6-12.
Недостатком этого способа очистки является ограниченная возможность его применения - только для неконцентрированных растворов, невозможность очистить стоки до требуемых предельно допустимых концентраций, накопление неконцентрированных токсичных гальваношламов, использование которых в качестве вторичного сырья ограничено и которые подлежат размещению на городских полигонах, что способствует загрязнению окружающей среды.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению (прототипом) является способ реагентной очистки от ионов тяжелых металлов промывных сточных вод, описанный в указанном выше учебном пособии, согласно которому очистка осуществляется путем перевода ионов тяжелых металлов в малорастворимые соединения (гидроксиды или основные карбонаты) за счет нейтрализации сточных вод с помощью различных щелочных реагентов, например гидроксидов кальция, натрия, магния, оксидов кальция, карбонатов натрия, кальция, магния. При нейтрализации кислых сточных вод известковым молоком, содержащим значительное количество известняка, а также растворами кальцинированной и каустической соды некоторые ионы тяжелых металлов осаждаются в виде соответствующих основных карбонатов, которые менее растворимы в воде, чем соответствующие гидроксиды, в силу чего происходит более полный переход ионов тяжелых металлов в малорастворимую форму. Осаждение образующихся нерастворимых соединений осуществляется в отстойниках и занимает не менее 2-х часов. Для ускорения осветления нейтрализованных сточных вод к ним, перед их поступлением в отстойник, добавляется синтетический флокулянт в виде 0,1%-ного раствора полиакриламида в количестве 2-5 г на 1 м3 сточных вод, в зависимости от содержания ионов тяжелых металлов. Влажность осадка после отстойников составляет 98-99,5%. Для снижения влажности осадка применяется дополнительное отстаивание в шламоуплотнителе в течение 3-5 суток с последующей подачей его на узел обезвоживания. Кроме того, в отдельных случаях перед сбросом очищенных сточных вод в канализацию или при последующем их обессоливании методами ионного обмена или электролиза требуется снижение концентрации взвешенных веществ в очищенной воде. В таком случае осветление стока осуществляется путем пропускания его через фильтры с песчаной или двухслойной (песок, керамзит) загрузкой, а также через фильтры с плавающей загрузкой.
Недостатками прототипа являются громоздкость оборудования; невозможность обработки на нем концентрированных растворов, то есть имеется необходимость существенного разбавления водой очищаемых стоков для предварительного снижения их концентрации; значительный расход реагентов; затрудненность извлечения из шлама ионов тяжелых металлов для их утилизации; потребность в значительных площадях для размещения шламоотвалов.
Задачей изобретения является очистка стоков, содержащих отработанные концентрированные растворы, как от ионов тяжелых металлов, например меди, никеля, цинка, меди-никеля, меди-никеля-цинка и др., так и от ионов марганца без предварительного их разбавления водой, при этом достигается технический результат, заключающийся в повышенной эффективности процесса очистки, когда обеспечивается резкое снижение содержания ионов тяжелых металлов, марганца с последующим достижением безопасных величин их концентрации в очищенных растворах без применения дополнительного оборудования и за существенно меньшее время и, следовательно, получение нормативно очищенных стоков с наименьшими затратами.
Эта задача решается в предлагаемом способе локальной реагентной очистки отработанных концентрированных растворов от ионов тяжелых металлов, марганца, который включает в себя активацию, т.е. возбуждение или усиление активности («Словарь иностранных слов», М., изд. ООО «Русский язык - Медиа», 2003), стоков, последующую нейтрализацию их концентрированным водным раствором щелочи до получения определенной щелочной среды, которая необходима для последующего осаждения ионов тяжелых металлов, марганца с помощью концентрированных коагулянтов и флокулянтов и фильтрования с помощью хемосорбционного волокна, представляющего собой ионообменное волокно Na- или Н-формы на основе полиакрилнитрильного волокна, например, марки ВИОН КН-1 ТУ 2272-112-17277875-2003, с целью извлечения ионов тяжелых металлов или марганца из жидкой среды. При этом активация не только позволяет ускорить процесс очистки сточных вод и других растворов без применения специальных ускоряющих процесс средств, но и дает синергический эффект, если производить ее с помощью универсального промывочного технического средства, представляющего собой водный раствор-комплекс неионогенных, ионогенных ПАВ с добавками, содержащий в качестве основных компонентов кремнийорганические композиции неионогенных ПАВ, гидроксида натрия, и ионогенных ПАВ - алкилбензолсульфонаты, и соли высших жирных кислот, например, марки УПТС2002 ТУ 2458-001-455229898-2002, действующего еще и как высокоэффективное моющее средство, ингибитор и деэмульгатор. Высокая эффективность очистки достигается за счет его избирательного воздействия на цепи химических веществ путем разрыва межфазового натяжения между поверхностью очищаемого отработанного раствора и реагента. В результате такой локальной реагентной очистки образуются концентрированные гальваношламы, содержащие ионы меди, никеля, цинка, железа, меди-никеля, меди-никеля-цинка и др., или шламы, содержащие ионы марганца, с влажностью осадка 52-70%, которые можно утилизировать на предприятиях, где они послужат вторичным сырьем.
Локальная реагентная очистка отработанных концентрированных растворов от ионов тяжелых металлов, марганца является ресурсосберегающим и малоотходным технологическим процессом, который позволяет очищать также и небольшие партии таких растворов, получать концентрированные шламы в качестве дополнительных продуктов и иметь прибыль от их реализации. При этом существенно снижается расход воды и реагентов и исключается накопление отходов, что способствует в конечном счете не только уменьшению токсичных отходов на городских полигонах, но и снижению загрязнений подземных водных источников и атмосферного воздуха. Более того, локальную очистку стоков по предложенному способу можно производить на любом предприятии с подобными стоками, обеспеченном приточно-вытяжной вентиляцией.
Предлагаемое изобретение реализовано в масштабах серийного производства на ОАО «Элеконд», г.Сарапул.
Принципиальная технологическая схема локальной реагентной очистки отработанных концентрированных растворов от ионов тяжелых металлов, марганца включает в себя следующие этапы:
1. Сбор отработанных концентрированных кислых растворов и концентрированных промывных вод в ванны-накопители и активация их с помощью водного раствора (разбавление 1:100) универсального промывочного технического средства путем добавления его в ванны в соотношении 1:1 по объему.
2. Нейтрализация концентрированным, 46%-ным, водным раствором щелочи (едкий натр) отработанного раствора с ионами тяжелых металлов до получения слабощелочной среды с водородным показателем рН 9-10, а отработанного раствора с ионами марганца - до получения щелочной среды с рН 12.
3. Введение концентрированных водных растворов коагулянта (сульфат алюминия - 140 г/дм3) и флокулянта (полиакриламид - 2 г/дм3) в нейтрализованные растворы с ионами тяжелых металлов в количестве 100 мл на 100 л, а в нейтрализованные растворы с ионами марганца - в соотношении 1:60 по объему и тщательное перемешивание.
4. Перекачка нейтрализованных щелочных стоков в ванну-отстойник и отстаивание не менее 2 часов.
5. Фильтрация осветленного стока и осадка (обезвоживание) с помощью хемосорбционного волокна.
6. Слив очищенного раствора в кислотощелочную канализацию.
7. Упаковка концентрированного шлама в полиэтиленовые мешки для утилизации на другом предприятии.
Результаты, полученные в ходе промышленного внедрения локальной реагентной очистки гальваностоков (участок 1) и стоков с участка осаждения азотнокислого марганца (участок 2), а также экспериментальные данные по способу-прототипу приведены в таблице.
Представленные данные показывают высокую эффективность заявляемого способа, который позволяет получить резкое снижение концентрации ионов тяжелых металлов и марганца - до допустимых значений, которые способ-прототип сам по себе, без дополнительных мер, например последующего разбавления водой, не обеспечивает.
| Очищаемые стоки с участка | Название ингредиента | Предельно допустимая концентрация, мг/дм3 | Фактическая концентрация, мг/дм3 | ||
| До очистки | После очистки | ||||
| Заявляемый способ | Прототип | ||||
| 1 | медь | 0,02 | 5770 | 0,02-0,2 | 0,38-1,24 |
| никель | 0,13 | 7550 | 0,13 | 0,25-0,7 | |
| цинк | 0,19 | 5400 | 0,2 | 0,3-0,7 | |
| железо | 0,95 | 6182 | 0,057 | 0,68-1,34 | |
| 2 | марганец | 0,03 | 17000 | 0,03 и менее | 1,46-1,8 |
Способ локальной реагентной очистки отработанных концентрированных растворов от ионов тяжелых металлов, марганца, заключающийся в переводе ионов тяжелых металлов, марганца в малорастворимые соединения путем нейтрализации сточных вод с помощью водного раствора щелочного реагента, осаждении этих соединений путем добавления водных растворов сульфата алюминия как коагулянта и полиакриламида как флокулянта в нейтрализованные стоки, отстаивании стоков, фильтрации осадка с помощью фильтровального материала и последующем сливе в кислотощелочную канализацию очищенных стоков с содержанием ионов тяжелых металлов, марганца не выше предельно допустимых концентраций, отличающийся тем, что в начале цикла очистки производят активацию собранных отработанных стоков добавлением 1:1 по объему водного раствора с разбавлением 1:100 универсального промывочного технического средства, представляющего собой водный раствор-комплекс неионогенных, ионогенных ПАВ с добавками, содержащий в качестве основных компонентов кремнийорганические композиции неионогенных ПАВ, гидроксида натрия, и ионогенных ПАВ-алкилбензолсульфонаты и соли высших жирных кислот, нейтрализацию стоков производят с помощью концентрированного 46%-ного водного раствора щелочи до получения слабощелочной среды с рН 9-10 в стоках, содержащих ионы тяжелых металлов, или щелочной среды с рН 12 в стоках, содержащих ионы марганца, введение концентрированных водных растворов коагулянта и флокулянта с концентрацией 140 г/дм3 и 2 г/дм3 соответственно, производят в количестве 100 мл на 100 л в нейтрализованные стоки с ионами тяжелых металлов, в соотношении 1:60 по объему в нейтрализованные стоки с ионами марганца, в качестве фильтровального материала применяют хемосорбционное волокно, представляющее собой ионообменное волокно Na- или Н-формы на основе полиакрилнитрильного волокна.
