Способ очистки отработанной воды от ионов тяжелых металлов в производстве баллиститного пороха
Владельцы патента RU 2339584:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт полимерных материалов" (RU)
Федеральное казенное предприятие "Пермский пороховой завод" (RU)
Изобретение относится к области очистки отработанной производственной воды и защиты окружающей среды. Отработанную воду производства баллиститного пороха, загрязненную ионами тяжелых металлов, обрабатывают карбонатом натрия при рН 9-10, добавляют полиакриламид, нагревают паром в течение 25-35 минут. Образовавшиеся нерастворимые карбонаты тяжелых металлов отфильтровывают и осветленную воду пропускают через адсорбер, заполненный по секциям древесной стружкой, активированным углем, ионообменными смолами. Затем очищенную воду сбрасывают на очистные сооружения. В предпочтительном варианте осуществления способа в обрабатываемую воду добавляют 1%-ный раствор полиакриламида в количестве 0,015-0,030%. В качестве ионообменных смол используют катионит КУ-2-8 и анионит АН-31, а в качестве активированного угля используют уголь марок БАУ и АГ-3. Способ обеспечивает практически полную очистку отработанной производственной воды и безотходную, экологически чистую технологию. Осадок в целях защиты окружающей среды прожигают и вводят в цементно-гравийные смеси при ремонте дорог, полов и различных не несущих нагрузки конструкций. 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 табл.
Изобретение относится к области очистки отработанной производственной воды и защиты окружающей среды от промышленных выбросов.
Способ предназначен для очистки отработанной производственной воды от ионов тяжелых металлов в производстве баллиститного пороха.
В литературе приводится значительное количество публикаций по способам очистки производственной воды от тяжелых металлов в различных промышленных областях. Применяются методы реагентной обработки - «Способ очистки сточных вод от соединений тяжелых металлов» SU 1386584 А1 (Челябинский филиал ВОДГЕО), опубликованный 07.04.88 - обработка неорганическим коагулянтом в щелочной среде. В качестве неорганического коагулянта используют сточные воды гальванического производства, содержащие водорастворимые соли Fe, Zn, Cu и Ni с последующим введением полиакриламида. Указанные методы экономически невыгодны и требуют применения сложного в изготовлении и обслуживании оборудования.
РЖ Химия №6, 2006, 19H380-D1 (Separ and Purif. Technol, 2004, 39, №3, с.181-188) «Удаление никеля из сточных вод гальванических производств комбинацией ионного обмена и осаждения». Результаты проведенных опытов показали, что применение ионного обмена позволяет удалить 74,8% никеля из сточных вод. Добавление стадии осаждения позволяет удалить 94,2-98,3%. Последовательными стадиями являются установление рН 10,5, ионный обмен с использованием клиноптилолита, осаждение в течение 2-х часов. Недостатком данного способа является недостаточная эффективность очистки и использование дефицитного клиноптилолита, а также то, что процесс является периодичным. Недостатком следует считать и то, что осадок не выводится из технологического процесса, что приводит к снижению поглотительной способности клиноптилолита, и остается открытым вопрос о его дальнейшем использовании или сбросе осадка в окружающую среду.
Задачей данного изобретения является создание более эффективного, безотходного, экологически чистого способа очистки отработанной производственной воды от ионов тяжелых металлов в производстве баллиститного пороха.
Поставленная задача достигается за счет организации двухстадийного технологического процесса:
- отработанную производственную воду обрабатывают в присутствии полиакриламида при нагревании карбонатом натрия до рН 9-10 с целью получения нерастворимых карбонатов тяжелых металлов и отфильтровывают;
- осветленную воду пропускают через адсорбер, заполненный по секциям древесной стружкой, активированным углем, ионообменными смолами и направляют на очистные сооружения.
Отфильтрованный осадок прожигают в печах и утилизируют в цементно-гравийных смесях при ремонте полов в промышленных зданиях, дорог на территории предприятия и других не несущих нагрузки конструкциях, что исключает попадание его в окружающую среду.
На фиг.1 приведена «Принципиальная технологическая схема отработанной воды в производстве баллиститного пороха». Отработанную воду, загрязненную тяжелыми металлами, подают в бак-нейтрализатор (1), туда же подают карбонат натрия (кальцинированную соду) для связывания ионов тяжелых металлов в нерастворимые карбонаты и 1%-ный раствор полиакриламида в колиичестве 0,015-0,030% для ускорения осаждения осадка. Смесь подогревают с помощью подачи острого пара в бак в течение 25-35 минут. После этого раствор отстаивают, осветленную верхнюю часть насосом (2) подают в адсорбер (3). Вода, проходя через адсорбер, очищается от механических примесей (секция а, заполнение древесной стружкой), возможных остатков органических веществ (секция б, заполнение углем БАУ и АГ-3), остатков катионов растворимых солей и тяжелых металлов (секции в, г, заполнение катионитом КУ-2-8), остатков анионов растворенных солей тяжелых металлов (секция д, е, заполнение анионитом АН-31). Суспензию карбонатов тяжелых металлов из нижней части бака-нейтрализатора этим же насосом подают на нутч-фильтр (4), фильтрат с помощью вакуум-насоса (5) собирают в сборнике (6) и направляют в адсорбер (3). Осадок периодически выгружают в тару и направляют на прожигание от остатков нитроцеллюлозы на установку уничтожения спецтехнологических отходов (7) или любую другую печь. Полученный прожженный осадок отправляют на бетономешалку (8) для ввода в цементно-гравийные смеси.
Примеры результатов экспериментальной проверки в опытных условиях приведены в таблицах 1, 2.
| Таблица 1 | ||||
| Результаты очистки отработанной воды от тяжелых металлов с применением соды и 1% ПАА | ||||
| Условия очистки | Доза реагента 1%-ный р-р ПАА, % | Концентрация тяжелых металлов в воде, мг/л | Эффективность очистки, | |
| До очистки | После очистки | % | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 1. Обработка содой и ПАА рН 10,27 | 0,010 | 4,02 | 2,58 | 64,2 |
| 2. Обработка содой и ПАА рН 10,27 | 0,025 | 6,56 | 0,3 | 95,4 |
| 3. Обработка содой и ПАА рН 10,27 | 0,050 | 6,56 | 1,63 | 75,16 |
Из табл.1 следует, что оптимальный эффект очистки 95,4% достигается при рН 10,27 и расходе 1% ПАА 0,025%, при этом концентрация тяжелых металлов в очищаемой воде уменьшается с 6,56 до 0,3 мг/л. Исходя из полученных результатов, необходимо в обрабатываемую воду добавлять 1% раствор полиакриламида в количестве 0,015-0,030%.
| Таблица 2 | ||||||
| Данные по очистке отработанной воды от Cu и Pb, образующейся при изготовлении полуфабрикатов | ||||||
| Метод обработки отработанной воды | Концентрация в воде, мг/л | Эффект очистки, % | ||||
| До очистки | После очистки | Pb2+ | Cu2+ | |||
| Pb2+ | Cu2+ | Pb2+ | Cu2+ | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| 1. Исходная отработанная вода рН 4 после кипячения с содой до рН 6,32 | 2400 | 542,6 | 10,9 | 85,9 | 99,55 | 84 |
| 2. Вода после обработки содой до рН 9,97 | 10,9 | 85,9 | 2,5 | 12,2 | 77,06 | 85,79 |
| 3. Вода после обработки содой рН 10,0 | 10,9 | 85,9 | 4,5 | 7,3 | 58,71 | 91,5 |
| 4. Вода после обработки 1% ПАА и Na2CO3 при pH 10,0, t=30°C | 2400 | 542,62 | 3 | 107,14 | 99,8 | 80,43 |
| 5. Доочистка на КУ-2-8 | 3 | 107,14 | н/о | 0,12 | 100 | 99,8 |
| 6. Доочистка на АН-31 | 3 | 0,12 | н/о | н/о | 100 | 100 |
Из табл.2 следует, что на первой стадии очистки - только обработкой карбонатом натрия - не удается получить стабильных результатов и требуемой эффективности. На второй стадии - прохождение воды через ионообменные смолы - достигается полное извлечение остатков ионов растворимых солей тяжелых металлов. Применение двухстадийной очистки позволяет значительно повысить эффективность очистки и увеличить срок службы ионообменных смол в адсорбере.
| Таблица 3 | ||||||
| Результаты испытания образцов «строительных» материалов | ||||||
| № п/п | Состав, % (г) | Вода, мл | Способ ввода осадка | Предел прочности, кг/см2 | ||
| Цемент | Речной песок | Осадок, сверх 100% | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| 1 | 67,39 | 32,61 | 0 | 25 | Контрольный; смесь цемента и песка смешана с водой и отверждалась в течение 5 суток в специальных формах | 109 |
| 2 | 67,39 | 32,61 | 0,3 | 25 | В смесь цемента и песка вводился прожженный осадок, смесь перемешивалась, затем в полученную смесь вводилась вода. Отверждение проводилось в течение 5 суток в специальных формах с получением образцов d=15 мм и h=20 мм | 106 |
| 3 | 67,39 | 32,61 | 2,0 | 25 | 70,5 | |
| 4 | 67,39 | 32,61 | 3,5 | 25 | 15,9 |
В таблице 3 и на фигуре 2 представлена зависимость предела прочности строительных материалов от содержания прожженного осадка, откуда видно, что количество вводимого прожженного осадка должно быть в пределах 0,1-0,5%, что не сказывается существенно на прочностных характеристиках строительных материалов. Однако целесообразно осадок применять в не несущих нагрузки конструкциях. Это диктуется требованиями защиты окружающей среды: осадок не сбрасывается на почву, а закрывается в нерастворимых бетонных материалах.
1. Способ очистки отработанной воды от ионов тяжелых металлов в производстве баллиститного пороха, заключающийся в том, что отработанную производственную воду обрабатывают карбонатом натрия до рН 9-10, добавляют полиакриламид, нагревают паром в течение 25-35 мин, отфильтровывают от образовавшихся нерастворимых карбонатов тяжелых металлов и осветленную воду пропускают через адсорбер, заполненный по секциям древесной стружкой, активированным углем, ионообменными смолами, после чего очищенную воду сбрасывают на очистные сооружения.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в обрабатываемую воду добавляют 1%-ный раствор полиакриламида в количестве 0,015-0,030%.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве ионообменных смол используют катионит КУ-2-8 и анионит АН-31.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве активированного угля используют уголь марок БАУ и АГ-3.
