СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ
METHOD OF PURIFYING WASTE WATER FROM HEAVY METALS

Изобретение относится к процессам водоочистки и может быть использовано для высокой степени очистки сточных вод на предприятиях по добыче (шахтах, карьерах) и переработке тяжелых металлов, в том числе радиоактивных.
21
Известен способ очистки кислых сточных вод от ионов тяжелых металлов (патент РФ №2108301, МПК 6 C02F 1/62, опубл. 1998.04.10), включающий двухстадийное осаждение тяжелых металлов с использованием известкового молока на первой стадии и карбоната натрия - на второй стадии. Причем на первой стадии осаждения сточные воды обрабатывают известковым молоком до рН 4,8-5,4 и полученную суспензию дополнительно обрабатывают карбонатом натрия до рН 6,0-6,5 с последующим выделением осадка, а на второй стадии рН осветленных стоков с остаточным содержанием примесей доводят до уровня 7,5-8,0, после чего суспензию кондиционируют флотореагентом с последующим выделением осадка флотацией. В качестве флотореагента используют натриевые соли синтетических жирных кислот с длиной углеводородного радикала выше C.
Недостатком данного способа является сравнительно низкая конечная степень очистки сточных вод от тяжелых металлов (от меди, цинка и железа) и ограниченное число разновидностей тяжелых металлов, выделяемых из очищаемой воды.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является выбранный за прототип способ очистки сточных вод (патент РФ №2145942, МПК7 C02F 1/52, C02F 1/54, опубл. 2000.02.27), включающий обработку воды коагулянтом, осаждение осадка и его флотацию. При этом первую стадию очистки ведут с использованием извести и гидролизирующейся соли железа или алюминия, ПАВ, а вторая стадия ведется с последовательным вводом тонкодисперсной минеральной взвеси, коагулянта и ПАВ при оптимальных значениях рН. Минеральную взвесь вводят в количестве 40-500 мг/л, время отстаивания осадка перед флотацией в первый и второй стадиях составляет 1-120 с. В качестве минеральной взвеси (крупностью меньше 100 мкм) используется любое минеральное вещество с развитой поверхностью, например апатит-нефелиновая руда, вермикулитовый концентрат после обжига, цеолит, шунгизит, зола тепловых электростанций, любой органический сорбент.
Основным недостатком этого способа является сравнительно низкая конечная степень очистки сточных вод от тяжелых металлов: железа, меди, никеля и кобальта и ограниченные возможности очистки от других тяжелых металлов.
Основным техническим результатом предложенного способа является существенное повышение степени очистки сточных вод от большого числа разновидностей тяжелых металлов (в таблице колонка 2), в том числе от таких вредных для здоровья человека и других живых организмов, как уран, свинец и молибден. Следует заметить, что молибден трудно удаляется большинством существующих способов очистки, так как большинство его солей растворимы в воде и водных растворах.
3
Указанный технический результат достигается тем, что в способе очистки сточных вод от тяжелых металлов, по которому в очищаемую воду добавляют известковое молоко, сульфат железа и цеолит, согласно предложенному решению цеолит добавляют первым, а известковое молоко и сульфат железа - после перемешивания цеолита с водой, затем воду последовательно отстаивают, осветленную воду аэрируют, обрабатывают импульсными барьерными разрядами из расчета затрат электроэнергии не менее 50 Вт·ч/м воды и фильтруют, причем используют природный цеолит, измельченный до фракции не более 0,3 мм.
Для обоснования сущности предложенного способа и выявления его преимуществ выполнен большой объем экспериментальных работ, при которых изучался предлагаемый способ, его прототип и проводились опыты по изучению влияния на очистку воды в предлагаемом способе крупности частиц цеолита. Основные результаты приведены в таблице. Показатели сточной воды действующего горно-обогатительного комбината (ГОК), на которой проводились все опыты, приведены в колонке 3. Показатели очистки сточных вод от тяжелых металлов заявляемым способом - в колонке 4; заявляемым способом, но при наличии частиц цеолита крупностью до 0,4 мм - в колонке 5 и способом-прототипом - в колонке 6.
Пример выполнения предлагаемого способа.
3
3
3
3
3
3
3
В емкость объемом 200 м заливают 180 м промышленной сточной воды Приаргунского горно-обогатительного комбината. Сведения о ее составе приведены в колонке 3 таблицы. В эту воду добавляют природный цеолит с крупностью частиц не более 0,3 мм из расчета 150 г/м воды. Для перемешивания в очищаемую воду в течение 15 мин подают сжатый воздух в количестве 2,5 м на 1 м воды. Затем, продолжая перемешивание, подают известковое молоко в виде суспензии 150 г/м (по СаО) и раствор сульфата железа 35 г/м (по безводной соли). После этого воду отстаивают в течение 6 ч. Осветленную воду аэрируют из расчета 10 м воздуха на 1 м воды. Аэрированную воду обрабатывают импульсными барьерными разрядами из расчета затрат электроэнергии не менее 50 Вт·ч/м воды. После обработки воды импульсными барьерными разрядами ее фильтруют (результаты приведены в колонке 4 таблицы).
Из материалов по исследованию влияния крупности частиц цеолита в колонке 5 таблицы приведены результаты использования природного цеолита, измельченного до фракции не более 0,4 мм, то есть больше, чем в заявляемом способе, всего на 0,1 мм. Сравнение данных колонок 4 и 5 показывает, что использование цеолита, измельченного до фракции более 0,3 мм, существенно снижает степень очистки сточных вод от тяжелых металлов, в том числе от свинца, урана и молибдена.
3
В колонке 6 приведены данные исследований прототипа, полученные нами при очистке сточных вод действующего ГОК в соответствии с примером 1, приведенном в описании прототипа. В емкость (объем 20 м) опытно-промышленной установки заливают 18 м промышленной сточной воды. Сведения о ее составе приведены в таблице (колонка 3). В начале осуществляют первую стадию очистки воды: при перемешивании в нее добавляют известковое молоко (50 мг/л) и соли железа (железный купорос, 25 мг/л по железу), а затем ПАВ из расчета 70 мг/л. После этого вода, прошедшая первую стадию очистки, проходит вторую стадию очистки, при которой в нее последовательно вводят цеолит с размером частиц менее 100 мкм (200 мг/л), железный купорос (40 мг/л) и ПАВ (100 мг/л).
№ п/п
Тяжелые металлы
Исходная вода, мг/л
Очищенная вода, мг/л
Во сколько раз заявляемый способ превосходит прототип?
Заявляемый способ с частицами цеолита до 0,3 мм
Заявляемый способ, но с частицами цеолита до 0,4 мм
Способ-прототип
1
2
3
4
5
6
7
1
Cu
0,02
0,004
0,007
0,007
1,75
2
Zn
0,29
0,11
0,23
0,24
2,2
3
Fe
1,97
0,05
0,23
0,3
6,0
4
Ni
0,02
0,006
0,008
0,01
1,67
5
Co
0,05
0,01
0,02
0,01
0
6
Pb
0.27
0,015
0,019
0,024
1,6
7
Mn
0,57
0,04
0,08
0,10
2,5
8
U
1,173
0,057
0,11
0,16
2,8
9
Mo
1,04
0,22
0,29
0,78
3,6
10
Cr
0,5
0,1
0,15
0,15
1,5
Из данных колонки 7 видно, что по степени очистки заявляемый способ превосходит способ-прототип в 1,5-6,0 раз. Из десяти тяжелых металлов только по кобальту степень очистки осталась на прежнем уровне. По молибдену увеличилась в 3,6 раза, по свинцу - в 1,6 раза, а по урану - в 2,8 раза.