Способ очистки сточных вод от сульфат-ионов

Изобретение относится к реагентной очистке сточных и природных вод и может быть использовано в горнорудной и химической промышленности, а также для очистки гальваностоков машиностроительных заводов. Способ очистки сточных вод от сульфат-ионов основан на нейтрализации сточной воды и введении реагента - гидроокиси алюминия аморфной структуры, извлеченной из кислого раствора алюминиевой соли. Сточную воду сначала нейтрализуют до рН=12,2-12,4 и осветляют. Далее в осветленную воду вводят гидроокись алюминия аморфной структуры, извлеченную из кислого раствора алюминиевой соли. После этого воду дополнительно нейтрализуют до рН=12,7-13,0 при непрерывном перемешивании до завершения осаждения ионов в твердую фазу. Способ обеспечивает очистку сточных вод от сульфат-ионов с содержанием в воде ионов натрия более 100 мг/дм³ до концентрации ≤ПДК, регламентируемой для сброса очищенных сточных вод в объекты рыбохозяйственного водопользования. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к способам очистки сточных и природных вод от сульфат-ионов и может быть использовано в горнорудной и химической промышленности, а также для очистки гальваностоков машиностроительных заводов.

Известны способы очистки сточных вод с применением извести в сочетании с металлическим алюминием или свежеосажденной гидроокисью алюминия аморфной структуры.

Использование металлического алюминия [1] обеспечивает глубокую очистку сточных вод от сульфат-ионов, однако высокая стоимость этого реагента исключает возможность его применения для высокозагрязненных сточных вод большого объема в связи с большими материальными затратами.

Наиболее близким способом того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности признаков является использование свежеосажденной гидроокиси алюминия аморфной структуры, извлеченной из кислого раствора алюминиевой соли, в сочетании с известью [2]. Сущность известного способа заключается в следующем: сточную воду первоначально нейтрализуют известью до рН=8,5-12,1, затем дозируют гидроокись алюминия аморфной структуры, извлеченной из кислого раствора алюминиевой соли с последующей донейтрализацией сточных вод до рН=12,2-12,8. Первоначальная нейтрализация обеспечивает осаждение всех ионов, исключая ионы Na⁺ и Са²⁺ в твердую фазу в виде гидроокисей металлов по уравнениям:

Образующаяся при этом "свободная" молекула CaSO₄ при последующем дозировании гидроокиси алюминия связывается в нерастворимый сульфоалюминат кальция, что обеспечивает очистку жидкой фазы от сульфат-ионов. Однако такой способ приемлем только для сточных вод, где концентрация ионов натрия в сульфатной форме не превышает примерно 100 мг/дм³ и связанных с ними ионов в количестве 209 мг/дм³. Последнее приближается к нормативам сброса воды в водные объекты и, с учетом возможности соосаждения, может достигнуть требуемой величины ПДК, что исключается при очистке сточных вод с высоким содержанием Na₂SO₄.

В соответствии с вышеприведенными уравнениями (1) и (2) при нейтрализации сточных вод, содержащих Na₂SO₄, не происходит осаждение NaOH и не создаются условия для образования "свободных" молекул CaSO₄ в силу химических свойств этой солевой системы, а именно [3]:

Обратимая реакция гидролиза обуславливает образование "связанной" молекулы CaSO₄, которая не может быть ("сцементирована") переведена из жидкой фазы в твердую в виде сульфоалюмината кальция и, следовательно, не будет достигнута необходимая очистка сточных вод от тех сульфат-ионов, наличие которых обусловлено концентрацией хорошо растворимой соли Na₂SO₄.

Таким образом, известное решение по физико-химическим условиям не может обеспечить достаточно высокую очистку сточных вод от сульфат-ионов при наличии в воде ионов Na более 100 мг/дм³.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение глубокой очистки от сульфат-ионов высокозагрязненных сульфатом натрия сточных вод до лимитированной величины (не более 100 мг/дм³) для сброса их в водные объекты рыбохозяйственного водопользования. Технический результат - очистка сточных вод с высоким содержанием Na₂SO₄ от сульфат-ионов до концентрации ≤ПДК, регламентируемой для сброса очищенных сточных вод в водный объект указанного водопотребления реагентным методом.

Поставленная задача достигается тем, что в способе очистки сточных вод от сульфат-ионов, основанном на нейтрализации сточной воды и введении реагента гидроокиси алюминия аморфной структуры, извлеченной из кислого раствора алюминиевой соли, согласно изобретению перед введением гидроокиси алюминия величину рН сточной воды первоначально доводят до 12,2-12,4 и осветляют воду, а после введения в осветленную воду гидроокиси алюминия доводят рН до 12,7-13,0 при непрерывном перемешивании до завершения осаждения ионов в твердую фазу.

Очищенную от воду после отделения твердой фазы подвергают барботажу воздухом или барботажу CO₂.

В предлагаемом способе доведение рН сточной воды до 12,2-12,4 перед введением реагента гидроокиси алюминия аморфной структуры, извлеченной из кислого раствора алюминиевой соли, приводит к нарушению обратимой реакции гидролиза в вышеуказанном уравнении (3).

При последующем дозировании гидроокиси алюминия аморфной структуры, извлеченной из кислого раствора алюминиевой соли Al(ОН)₃, и дополнительном доведении рН обрабатываемой воды до 12,7-13,0 "свободные" молекулы CaSO₄ (связываются) переходят в состав нерастворимого в воде сульфоалюмината кальция, что обеспечивает снижение концентрации ионов до нормативных требований.

Доведения рН сточной воды до значений 12,2-12,4 и 12,7-13,0 установлены экспериментально.

Как показали исследования достижение рН>12,4 и рН>13,0 не целесообразно, т.к. излишняя дозировка СаО для достижения указанных значений рН бесполезна в связи с тем, что СаО не будет выполнять указанные функции, а просто будет выпадать в твердую фазу.

Таким образом, применение описанной технологии позволяет сточные воды с высокой концентрацией Na₂SO₄ очистить от ионов до нормативных требований для сброса их в водные объекты рыбохозяйственного водопользования, чего невозможно достичь с применением известной технологии в силу принятых в ней физико-химических параметров очистки.

В патентной и научно-технической литературе неизвестны технические решения, содержащие признаки, аналогичные заявляемым, следовательно, предложение соответствует критерию "новизна". Также впервые на основе разработанного способа определены пути качественной очистки сточных вод с высоким содержанием Na₂SO₄ от сульфат-ионов до концентрации ≤ПДК, регламентируемой для сброса очищенных сточных вод в водные объекты рыбохозяйственного водопользования, т.е. заявленное техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Предлагаемый способ с получением вышеуказанного технического результата осуществляется следующим образом.

В сточной воде, загрязненной высокой концентрацией ионов натрия в сульфатной форме, первоначально величину рН доводят до 12,2-12,4, после этого вводят реагент гидроокись алюминия аморфной структуры, извлеченной из кислого раствора алюминиевой соли, перемешивают и осветляют воду, а после введения в осветленную воду гидроокиси алюминия доводят рН воды до 12,7-13,0 при непрерывном перемешивании до завершения осаждения ионов в твердую фазу. Очищенную от сульфат-ионов воду после отделения твердой фазы с рН=12,7-12,8 подвергают барботажу воздухом или барботажу в присутствии CO₂ для нормализации водородного показателя, т.е. до рН=8,5.

Время обработки (время перемешивания) и расход гидроокиси алюминия обусловлены составом воды и концентрацией в ней сульфат-ионов.

Предложенный способ обеспечивает глубокую очистку сточных вод от сульфат-ионов до концентрации ниже 100 мг/дм³, регламентируемой ПДК для сброса воды в водные объекты рыбохозяйственного назначения, и не загрязняет очищенную воду дополнительными компонентами.

Проверка предлагаемого способа очистки сточных вод от сульфат-ионов проводилась на натуральной шахтной воде.

Пример 1.

Очистка осуществлялась на натуральной шахтной воде с рН=6,2 и концентрацией ионов, мг/дм:

Fe2+	Ca2+	Mg2+	Na+		Cl-	минерализация
30	320	250	1015	3000	450	5800

Величину рН сточной воды доводили до 12,2 и осветляли. Затем в осветленную воду дозировалась гидроокись алюминия аморфной структуры, извлеченной из кислого раствора алюминиевой соли в количестве 2,5 г/дм (в пересчете по сухому) с влажностью 85%. При этом водородный показатель очищаемой воды понижается до рН=11,0 и для перевода сульфат-ионов в твердую фазу осуществляется доведение рН воды до 12,7-12,9 с непрерывным перемешиванием в течение 60 минут. После этого остаточное содержание ионов составило 77 мг/дм (таблица, серия опытов 1).

Очищенная от сульфат-ионов вода подвергалась барботажу углекислым газом для нормализации водородного показателя.

Очищенная по предлагаемой технологии вода, за исключением ионов хлора и натрия, соответствует нормативным требованиям для сброса ее в водный объект рыбохозяйственного назначения.

Пример 2.

Очистка осуществлялась на шахтной воде с рН=5,0 и концентрацией ионов, мг/дм³:

Na+	Ca2+	Mg2+	Fe2+	Al3+	Mn2+		Cl-	минерализация
1384,5	460	1080	170	30	49,5	8360	360	≈12000

Величину рН в шахтной воде предварительно доводили до 12,4 для осаждения всех катионов, исключая ионы натрия и кальция, и для соответствующей подготовки солевой среды, необходимой для процесса образования сульфоалюмината кальция, обеспечивающего удаление ионов из жидкой фазы.

В результате в данной воде (высокоминерализованной) после достижения рН=12,4 образуется большой объем твердой фазы, которая отделяется от очищаемой воды путем ее гравитационного осаждения (осветления). Далее в осветленную воду дозируется гидроокись алюминия аморфной структуры в количестве 4,5 г/дм³ (в пересчете на сухое) с влажностью около 85% и осуществляется перемешивание в течение пяти минут, с завершением которого рН среды понижается до 8,2.

Для повышения водородного показателя до 12,9-13,0 в очищаемую воду дозируется повторно известковое молоко и осуществляется перемешивание, продолжительность которого не превышает 10-15 минут.

После завершения перемешивания концентрация ионов в очищаемой воде достигает 40 мг/дм³ (таблица, серия опытов 2). Очищенная по предлагаемой технологии вода подвергается осветлению, после которого водородный показатель снижается до 12,8-12,9. Для снижения рН до 7,0-8,5 очищенная вода подвергается барботажу воздухом или углекислым газом.

Таблица
Показатели реагентной очистки от сульфат-ионов сточной воды с высокой концентрацией Na2SO4 с применением гидроокиси алюминия аморфной структуры, извлеченной из кислого раствора алюминиевой соли
Серия опыта №	Концентрация ионов в исходной воде, мг/дм3	Расход реагента, мг/дм3	Удельный расход Al3+ мг на 1 мг	Величина рН	Время обработки после второго дозирования СаО, мин	в очищенной воде, мг/дм3
	Na+			Al(ОН)3			в пересчете на Al3+	первоначальное доведение	последующее доведение
всего	в т.ч. за счет ионов Na+
1	1015,0	3000	2118,0	2500	865	0,288	12,2	12,7-12,9	60	77
2	1384,5	8360	2889,5	4500	1557	0,186	12,4	12,9-13,0	10-15	40

Очищенная по предлагаемой технологии вода характеризуется отсутствием солей тяжелых металлов, низким содержанием солей жесткости (жесткость около 1 мг-экв/дм³), концентрацией сульфат-ионов 40 мг/дм³ и снижением общей минерализации до 4137 мг/дм³, т.е. в 2,9 раза меньше по сравнению с исходной водой.

Очищенная вода с применением реагента гидроокиси алюминия аморфной структуры, извлеченной из кислого раствора алюминиевой соли, при доведении рН до 12,2-12,4 и последующем увеличении рН до 12,7-13,0 позволяет очистить реагентным методом высокоминерализованную воду с высокой концентрацией ионов натрия в сульфатной форме до ПДК для сброса очищенной воды в водные объекты рыбохозяйственного назначения.

Кроме того, низкая жесткость очищенной воды (≈1 мг-экв/дм³) позволяет рекомендовать ее для использования в технологии жилищно-коммунального хозяйства вместо применяемой для этой цели воды из источников подземных или поверхностных водных объектов, что наряду с экологической эффективностью обеспечит дополнительно определенное повышение экономических показателей очистных сооружений.

Использование реагента гидроокиси алюминия аморфной структуры в указанных режимах обработки воды с первоначальным доведением рН перед введением реагента до 12,2-12,4 и дополнительным доведением рН до 12,7-13,0 после введения реагента на существующих и вновь проектируемых очистных сооружениях позволит реализовать очистку стоков с высокой концентрацией Na₂SO₄ до регламентируемого ПДК для сброса очищенной воды в водные объекты рыбохозяйственного назначения или для использования в технологии жилищно-коммунального хозяйства, что благоприятно отразится на экономических показателях очистных сооружений.

Источники информации

1. Саркисян Н.С. и др. "Очистка сточных вод от сульфат-ионов". Ж. "Цветные металлы", 1989 г., №11, с.51, 52.

2. Патент на изобретение РФ №2236384 "Способ очистки сточных вод от сульфат-ионов". Опубл. 20.09.2004, Бюл. №26

3. Справочник по растворимости солевых систем. Ленинград, Госхимиздат, 1954 г., том II, с.1268.

1. Способ очистки сточных вод от сульфат-ионов, основанный на нейтрализации сточной воды и введении реагента гидроокись алюминия аморфной структуры, извлеченной из кислого раствора алюминиевой соли, отличающийся тем, что перед введением гидроокиси алюминия величину рН сточной воды первоначально доводят до рН 12,2-12,4 и осветляют воду, а после введения в осветленную воду гидроокиси алюминия доводят рН воды до 12,7-13,0 при непрерывном перемешивании до завершения осаждения ионов в твердую фазу.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что очищенная от вода после отделения твердой фазы подвергается барботажу воздухом или барботажу CO₂.