Установка для очистки сточных вод от тяжелых металлов ионообменными фильтрами

Изобретение относится к области очистки сточных вод и может быть использовано в черной и цветной металлургии, в химической и других отраслях промышленности. Установка для очистки сточных вод от тяжелых металлов ионообменными фильтрами включает анионообменный фильтр с сильноосновным анионитом в OH^--форме, смеситель и осветлитель воды, а также катионообменный фильтр с сильнокислотным или слабокислотным катионитом в Н⁺-форме, расположенный после осветлителя воды. Осветлитель воды выполнен с перегородками в виде коаксиально расположенных усеченных конусов, разделяющих внутреннее пространство на тонкие слои. Смеситель, в который сточная вода поступает после сильноосновного анионообменного фильтра, представляет собой цилиндрическую трубу с расположенными в ней винтовыми элементами в форме скрученных под углом плоских лево- и правозагнутых пластин, чередующихся по всей длине трубы. Изобретение позволяет улучшить экологическую обстановку, предотвратить проскок металлов и увеличить продолжительность работы катионообменного фильтра между регенерациями. 1 ил.

 

Настоящее изобретение относится к ионообменной обработке воды, в частности к установке для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов с помощью ионообменных фильтров. Изобретение может быть использовано в черной и цветной металлургии, в химической и других отраслях промышленности.

Известен способ очистки воды путем пропускания исходной воды через фильтр, заполненный анионитом в смешанной карбонатно-гидратной форме, отстаивания фильтрата, регенерации анионита раствором, содержащим карбонат и гидроксид-ионы, причем перед фильтрованием в исходную воду добавляют фосфорсодержащие комплексоны (а.с. № 1604746, кл. С02F 1/42 от 4.02.1994 г.).

Однако этот способ из-за фосфорсодержащих комплексонов экологически не безопасен.

Известна очистка воды с помощью ионообменной смеси, состоящей из нитрат-селективноного анионообменника, который содержит от 70 до 100 функциональных групп НСО₃ ^- или Cl, или SO₄ ^--- - форме и слабокислотного катионообменника в Н⁺-форме или сильнокислотного катионообменника в Н⁺или Na⁺-форме (ДЕ № 4116128, кл.С02F 1/42 от 19.11.1992 г.).

Однако таким образом нельзя очищать сточные воды, которые сильно загрязнены тяжелыми металлами.

Известен способ очистки воды от нерастворимых твердых частиц посредством сильноосновных макропористых анионообменных смол, а затем дополнительной обработки сильнокислотными катионообменными смолами (пат. ДЕ № 3531404, кл. C02F 1/42 от 25.08.1988 г.).

Однако этот способ используется только для очистки органических и коллоидно-дисперсных элементов, находящихся в воде.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является установка для обработки воды содо-известковым методом, включающая анионообменный блок для удаления нежелательных анионов и повышения рН раствора, реактор-осветлитель, который работает как водоумягчающее устройство, состоящее в основном из смесителя на 1-й стадии или реакционной зоны и осветлителя, который имеет зону флокуляции и зону осаждения. Поступающая вода с рН 6-8, подлежащая обработке, проходит в анионообменный блок для обмена анионов, а остальная поступающая вода проходит непосредственно в смеситель с рН 9-11,3. Предпочтительно 2-й поток воды, не проходящий через анионообменник, подать в смеситель, в котором потоки объединяются и обрабатываются. При этом ионы, придающие жесткость воде, выпадают в осадок с образованием умягченной воды с пониженной концентрацией ионов (пат. WO № 98/57892, кл. C02F 1/42 от 18.06.1998 г.).

Однако эта установка не обеспечивает полного удаления тяжелых металлов и не может предотвратить их проскок при залповом сбросе.

Задачей изобретения является улучшение экологической обстановки, предотвращение проскока металлов и практически полное их удаление, увеличение продолжительности работы фильтра между регенерациями.

Поставленная задача решается установкой для очистки сточных вод от тяжелых металлов ионообменными фильтрами, включающей анионитовый фильтр с сильноосновным анионитом, смесителем и осветлителем воды, причем катионитовый фильтр с сильнокислотным или слабокислотным катионитом в H⁺-форме расположен после осветлителя воды, выполненного с перегородками в виде коаксиально расположенных усеченных конусов, разделяющих внутреннее пространство на тонкие слои, а смеситель, в который сточная вода поступает после сильноосновного анионообменного фильтра, представляет собой цилиндрическую трубу с расположенными в ней винтовыми элементами в форме скрученных под углом плоских лево- и правозагнутых пластин, чередующихся по всей длине трубы, а анионитовый фильтр выполнен с сильноосновным анионитом в ОН^- -форме.

Ионообменный фильтр - аппарат цилиндрической формы, в верхней части которого расположен съемный фланец для загрузки и выгрузки ионообменных смол. Ионит (анионит или катионит) загружается в фильтр между двумя перфорированными (с отверстиями) тарелками. В ответном фланце находятся два штуцера для ввода и вывода сточных вод.

На чертеже представлена установка для очистки сточных вод от тяжелых металлов.

На этой установке

1 - анионообменный фильтр (анионит);

2 - ершовый смеситель;

3 - тонкослойный отстойник (осветлитель воды);

4 - катионообменный фильтр (катионит).

Проведение регенерационных процессов обоих фильтров стандартное и на схеме не показано.

Фильтрование через сильноосновную анионообменную смолу в ОН^--форме приводит к превращению всех солей в соответствующие основания. Степень этого превращения зависит от многих параметров, в том числе от скорости фильтрования. Слабоосновные аниониты в ОН^--форме не могут использоваться в предлагаемом способе, т.к. при рН>7 это неэффективно.

Для завершения реакции образования гидроокисей металлов фильтрат поступает в статический смеситель. Время пребывания в смесителе для стоков, содержащих тяжелые металлы, должно быть не менее 30 мин.

Несмотря на то что в смесителе отсутствуют какие-либо движущиеся части, подобная конструкция обеспечивает многократную перестройку поля скоростей потока.

Продолжительность отстаивания в типовом отстойнике для сточных вод, содержащих гидроокиси металлов, не менее 2-х часов. Уменьшение высоты слоя отстаивания позволяет снизить турбулентность потока, в результате чего снижается время отстаивания.

Осветленная вода поступает в ионообменный фильтр, заполненный катионитом в Н⁺-форме. При этом оставшиеся в растворе металлы сорбируются ионитом.

Пример конкретного выполнения
Состав сточных вод гальванического участка
Наименование катионов	Концентрация мг-экв/л	Наименование анионов	Концентрация мг-экв/л
Никель	1,0	Сульфаты	1,0
Медь	0,5	Хлориды	0,6
Цинк	0,4	Цианиды	0,3
Σ (K)	1,9	Σ (A)	1,9

рН сточных вод - 7,76.

В предлагаемой установке анионитный фильтр-1, катионитный

фильтр-1

Высота фильтра 1400 мм,

Диаметр фильтра 315 мм,

Объем анионита 50 л,

Объем катионита - 50 л.

Рабочая емкость анионита составляет примерно 800 г-экв/м³.

Рабочая емкость катионита составляет примерно 570 г-экв/м³.

При пропускании сточных вод через сильноосновный анионит в ОН^--форме образуются гидроокиси соответствующих металлов. Это можно схематично представить следующим уравнением:

2R₄NOH+Zn²⁺+2Cl^-→R₄NCl+Zn(OH)₂.

Образовавшиеся гидроокиси металлов удаляются из очищаемых стоков путем осаждения.

Наименование	рН начала образования гидроокиси	рН максимального выделения	рН растворения гидроокиси	Произведение растворимости
Гидроксид никеля (NiOH)2	6,0	9,25-10,0	-	2·10-15
Гидроксид меди Cu(OH)2	5,3	8,0-9,5	Более 9,0	2,·10-13
Гидроксид цинка Zn(OH)2	5,2	8,0-10,5	12,0-13,0	1,8·10-13
Остаточная концентрация ионов после осветления воды в отстойнике
Наименование	Концентрация мг-экв/л
Никель	0,05
Медь	0,15
Цинк	0,11

Осветленная вода при пропускании через катионитовый фильтр доочищается от ионов тяжелых металлов:

2RSO₃Н+Zn²⁺+ОН^-→(RSO₃)₂Zn+Н₂O.

Предлагаемая установка для очистки сточных вод от тяжелых металлов позволяет увеличить продолжительность работы между регенерациями катионитового фильтра примерно до 90 часов. Благодаря практически полной очистке сточных вод из-за предотвращения проскоков вредных веществ предлагаемая установка обеспечивает улучшение экологической обстановки на производстве.

Установка для очистки сточных вод от тяжелых металлов ионообменными фильтрами, включающая анионитовый фильтр с сильноосновным анионитом, смеситель и осветлитель воды, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит катионитовый фильтр с сильнокислотным или слабокислотным катионитами в H⁺-форме, расположенный после осветлителя воды, выполненного с перегородками в виде коаксиально расположенных усеченных конусов, разделяющих внутреннее пространство на тонкие слои, а смеситель, в который сточная вода поступает после сильноосновного анионообменного фильтра, представляет собой цилиндрическую трубу с расположенными в ней винтовыми элементами в форме скрученных под углом плоских лево- и правозагнутых пластин, чередующихся по всей длине трубы, причем анионитовый фильтр выполнен с сильноосновным анионитом в OH^--форме.