СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ИОНОВ РТУТИ И ЦИНКА
METHOD PURIFYING WASTE WATER FROM MERCURY AND ZINC IONS

Изобретение относится к способам очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, в частности ртути и цинка. Сточные воды, одновременно содержащие ртуть и цинк, образуются в процессе производства химических источников тока на основе серебряно-цинковой электрохимической системы при амальгамировании цинковых электродов.
Известен способ очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, в частности от ртути, путем ее осаждения совместно с твердыми соединениями марганца, например сульфидом марганца (пат. РФ №2123478 кл. C02F 1/62, C01G 13/00, публ.19.11.1998 г.). Основными недостатками этого метода являются, во-первых, невозможность снижения концентрации ртути в очищаемой воде до уровня ПДК при однократном осаждении (применяется осаждение в несколько стадий), и, во-вторых, метод не предусматривает возможность очистки сточных вод от ионов цинка. Кроме того, в условиях РФ применение указанного метода очистки сточных вод экономически нецелесообразно из-за дефицитности и высокой стоимости соединений марганца. Регенерация же соединений марганца, содержащих ртуть и другие тяжелые металлы, значительно ухудшила бы и без того невысокие экономические показатели процесса.
Наиболее близким по технической сущности к настоящему предлагаемому изобретению является способ осаждения ртути сульфидом натрия совместно с хлоридом кальция и последующим отделением твердой фазы (авт.свид. СССР №343568 кл. C02F 1/00, публ. 1981 г.). Однако одновременная очистка сточной воды от ионов цинка в этом методе также не предусматривается.
2
-2
Известно, что при осаждении ртути в виде сульфида имеет место образование комплексных сульфидсодержащих ионов типа (HgS), обладающих повышенной растворимостью, что обуславливает увеличение содержания ртути в очищаемой сточной воде. Возможно также образование твердых фаз в виде гидрогеля, плохо отделяемого от жидкости, и удаление твердой фазы в этом случае производится посредством длительного отстаивания.
Техническими задачами, подлежащими решению в данном изобретении, являются:
1. Обеспечение возможности очистки сточной воды от ионов ртути и цинка при их совместном присутствии.
2. Снижение концентрации ртути и цинка в очищенной воде до уровня ПДК (ПДК для ртути 0,005 мг/л, для цинка 1,0 мг/л).
3. Одновременно должна быть обеспечена высокая экономическая эффективность метода.
2
-2
Для количественного удаления ртути и цинка из раствора при осаждении в виде сульфидов процесс должен проводиться в условиях, во-первых, исключающих выделение сероводорода, т.е. при pH>7,5…8,5, и, во-вторых, в условиях, когда образование ртутьсодержащих комплексных ионов типа (HgS) минимизировано или вовсе исключено. (Для цинка образование комплексных ионов подобного типа неизвестно.)
+2
-2
-52
+2
-2
-23
Произведения растворимости сульфидов ртути и цинка соответственно равны [Hg] [S]=1,6·10 и [Zn][S]=1,0·10.
-2
-2
2
Столь низкое значение произведения растворимости ZnS обеспечивает возможность получения количества ионов S в растворе, достаточной для осаждения ртути в виде HgS, но недостаточной для образования значительных концентраций комплексных ионов (HgS).
-2
+2
+2
-2
-2
+2
2
2
Необходимо иметь в виду, что превышение количества ионов S, стехиометрически необходимого для суммарного осаждения ионов Hg и Zn, недопустимо, поскольку в противном случае появляется опасность повышения концентрации ионов S, а следовательно, и ионов (HgS) в растворе. Поэтому для требуемой высокой степени осаждения сульфидов HgS и ZnS целесообразно вводить в раствор осадитель NaS в количестве, несколько меньшем, чем необходимо по стехиометрии, например 85…90% от требуемого, а после отделения твердой фазы, содержащей осажденные сульфиды HgS и ZnS, оставшиеся в растворе избыточные ионы Zn удалять из раствора иным методом. В то же время количество вводимого сульфида должно быть не меньше, чем было бы необходимо для осаждения только лишь ртути.
-2
2
Осаждение сульфидов должно проводиться при рН=7,5…8,5 с тем, чтобы минимизировать выделение сероводорода в окружающую воздушную среду. Это позволяет сохранить требуемое содержание ионов S в растворе и не создавать высоких и опасных для здоровья персонала концентраций HS в воздухе рабочей зоны, не допуская в то же время полного осаждения цинка.
+2
С другой стороны известно, что минимальное содержание ионов Zn в растворе достигается при рН=9,3, а концентрация ионов цинка, не превышающая ПДК, обеспечивается в достаточно широком интервале pH, а именно при рН=8,5…10,5.
+2
Таким образом, снижение концентрации ионов Zn до величины ПДК после отделения ртути и основного количества цинка может быть достигнуто повышением pH сточной воды до 8,5…10,5 путем дальнейшего подщелачивания с последующим отделением образовавшейся при этом твердой фазы.
Опытная проверка предложенного метода проведена на одной из поступивших на очистные сооружения партии сточной воды типичного состава, образовавшейся в течение одной смены работы цеха амальгамирования цинковых электродов.
Источник образования сточной воды - содержимое ванн улавливания после процесса амальгамирования, результат промывки оборудования и аппаратуры, а также влажной уборки рабочих мест, помещений и санитарно-гигиенических мероприятий персонала (мытье рук, смывка локальных загрязнений спецодежды и т.д.).
Общее количество поступившей сточной воды
Состав сточной воды по результатам анализа:
ртуть
1,24 мг/л
цинк
240 мг/л
кислота уксусная
рН=6,2
Ниже приведено описание основных технологических операций при опытной проверке предложенного процесса.
1. Фильтрование исходной сточной воды с целью отделения твердой фазы (взвешенных частиц металлического цинка и иных твердых частиц).
2. Подщелачивание сточной воды (фильтрата) 1,0 N раствором NaOH до рН=7,5…8.5.
2
2
2
2
3. Осаждение ртути и частичное осаждение цинка сульфидом натрия NaS. Для осаждения применялся раствор сульфида натрия, с концентрацией 150 г/л, в количестве 17,0 л, полученный путем растворения NaS·9HO. Количество добавленного NaS соответствовало 85% от требуемого стехиометрического количества.
4. Фильтрование образовавшейся суспензии.
5. Подщелачивание фильтрата до рН=8,5…10,5 посредством 1,0 N раствора NaOH.
6. Фильтрование образовавшейся суспензии.
7. Сброс очищенной сточной воды (фильтрата) в канализационную систему.
8. Сбор всех видов осадков для сдачи в установленном порядке в виде промышленных отходов.
Результаты анализа очищенной сточной воды:
Содержание ртути 0,0038 мг/л (ПДК=0,005 мг/л)
Содержание цинка 0,89 мг/л (ПДК=1,0 мг/л)
Таким образом, высокая эффективность предлагаемого метода подтверждена экспериментально. Одновременно показана экономическая эффективность процесса, поскольку количество образовавшихся осадков, подлежащих сдаче в виде высоко токсичных отходов, не превышает стехиометрического количества, а для осаждения применяются общедоступные недорогие реактивы - гидроксид и сульфид натрия.