СПОСОБ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ КИСЛЫХ СУЛЬФАТСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД
METHOD OF ACID SULPHATE-CONTAINING EFFLUENTS NEUTRALISATION

Изобретение относится к области нейтрализации кислых производственных сточных вод, в частности к способам нейтрализации карьерных и подотвальных вод горнодобывающих предприятий.
Известно, что для нейтрализации сточных вод, содержащих сульфат-ионы, применяют любой щелочной реагент, но чаще всего известь, известковое молоко, карбонаты кальция и магния /Яковлев С.В., Карелин Я.А., Ласков Ю.М., Воронов Ю.В. Очистка производственных сточных вод. - М: Стройиздат, 1985. - 335 с. (см. с.104)/.
4
2
Образующийся в результате нейтрализации сульфат кальция (гипс) кристаллизуется из разбавленных растворов в виде CaSO·2НО. Растворимость этой соли в воде при температуре 0-40°С колеблется от 1,76 до 2,11 г/л. Существенным недостатком метода нейтрализации известью является образование пересыщенного раствора гипса, выделение которого может продолжаться несколько суток /Яковлев С.В., Карелин Я.А., Ласков Ю.М., Воронов Ю.В. Очистка производственных сточных вод. - М: Стройиздат, 1985. - 335 с. (см. с.104)/, а также большой объем осадка, представляющего собой взвесь коллоидных частиц. Осадок чрезвычайно трудно уплотняется и обезвоживается.
Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату к заявленному, является способ очистки сточных вод, предусматривающий совместное применение щелочных реагентов и флокулянтов. Использование этого метода объясняется не только относительно высокой скоростью образования осадка, но и, в отличие от коагулянтов, отсутствием заслоения обрабатываемой воды, поскольку весь флокулянт извлекается с осадком. Кроме того, простой и надежный седиментационный метод требует подбора флокулянта, наиболее подходящего для данного типа сточных вод /Аксенов В.И., Ладыгичев М.Г., Ничкова И.И. и др. Водное хозяйство промышленных предприятий. Справочное издание. Книга 1. - М.: Теплотехник. 2005, - 640 с. (см. с.322-323)/.
Указанная задача решается тем, что кислые сульфатсодержащие сточные воды нейтрализуют известковым молоком и осаждают образовавшиеся взвешенные частицы в присутствии флокулянта, причем согласно изобретению нейтрализацию проводят 5%-ным известковым молоком до рН 9,4-9,5, затем вводят анионный флокулянт концентрации 5-20 мг/л и пиритные отвальные хвосты горно-обогатительного производства в концентрации 2,5-10,0 г/л, содержащие железо и серу, после чего перемешиваю и отстаивают.
Выбор типа флокулянта при нейтрализации кислых сульфатсодержащих вод имеет принципиальное значение. Катионные флокулянты не образуют хлопьевидных агрегатов коллоидных частиц и практически не нарушают агрегатную устойчивость дисперсной системы. Анионные и неионогенные флокулянты существенно влияют на кинетику осаждения взвешенных частиц коллоидного размера, однако объем осадка при оптимальных концентрациях флокулянта составляет 20-30% от объема нейтрализуемой воды. Образующийся осадок имеет высокою влажность порядка 99,5%, рыхлую структуру, высокую подвижность, низкую плотность, вследствие чего плохо обезвоживается и уплотняется.
В практике водоочистки известны случаи применения реагентов, названных осадителями, которые имеют органическую и неорганическую природу. Назначение осадителей - изменить кинетику осаждения частиц осадка, т.е. ускорить процесс образования агрегатов, состоящих из мелких (коллоидных) частиц, увеличить скорость их осаждения, увеличить плотность образовавшихся осадков.
3
Вполне естественно использовать для этих целей отход производства, вовлекая в оборот вещества, загрязняющие окружающую среду. С этой целью использовали высокодисперсные отвальные хвосты из пиритного хвостохранилища горнодобывающих предприятий. Состав хвостов приведен в таблице 1, откуда следует, что в пиритных хвостах преобладает железо (38 %) и сера (36%). Пиритные хвосты обладают высокой насыщенной плотностью 2,5-2,7 г/м, благодаря чему ускоряют процесс осаждения частиц осадка, увеличивают его плотность, уменьшают его объем. Однако не только этим объясняется эффект действия осадителя.
Пиритные хвосты частично растворяются в воде, увеличивая концентрацию ионов двухвалентного железа. В присутствии в воде кислорода происходит окисление ионов железа до трехвалентного. В результате гидролиза образуется гидроксид трехвалентного железа, являющийся коагулянтом, который совместно с флокулянтом способствует агрегации извлекаемых частиц.
Примеры реализации способа:
Пример 1. Карьерные сточные воды с рН 3,8 нейтрализовали 5%-ным известковым молоком до рН 9,5, после чего добавляли флокулянты в рекомендуемой производителями концентрации в диапазоне 5-20 мг/л.
Марки испытываемых флокулянтов: слабоанионные - AN 905 SH, AN 910 SH; сильноанионные - AN 945 МРМ; слабокатионные - FO 4115 SH; сильнокатионные - Праестол 851 ВС; неионные - АН 912, FA 920, Праестол 2640, 2540.
Результаты опытов по определению объема осадка при нейтрализации сточных вод в присутствии флокулянтов представлены на фигуре 1.
Как видно из графика, оптимальным флокулянтом для данной нейтрализованной смеси вод является слобоанионный Floerger AN 905 SH (количество осадка, образующегося за 1 час 15%) при рекомендуемой рабочей концентрации 5 мг/л. Однако такой объем осадка слишком высок для дальнейшей утилизации осадка.
Катионоактивные флокулянты оказались наименее эффективными.
Пример 2. Карьерные сточные воды с рН 3,8 нейтрализовали 5%-ным известковым молоком до рН 9,5, после чего добавляли анионный флокулянт Floerger AN 905 SH в различной концентрации. Результаты приведены в таблице 2. Из приведенных результатов следует, что оптимальная концентрация составляет 5-8 мг/л, дальнейшее увеличение концентрации не приводит к уменьшению объема осадка.
Пример 3. Карьерные сточные воды с рН 3,8 нейтрализовали 5%-ным известковым молоком до рН 9,4, после чего добавляли флокулянт Floerger AN 905 SH в концентрации 5 мг/л и пиритные отвальные хвосты горно-обогатительного производства в концентрации 1-20 г/л, после чего воду с реагентами перемешивали и отстаивали. Результаты опытов по определению объема осадка при нейтрализации сточных вод представлены на фигуре 2.
Таким образом, экспериментально установлено, что преимуществом способа является уменьшение объема осадка, увеличение его плотности, а также использование многотоннажного отхода производства в качестве реагента-осадителя.
Таблица 1.
Химический состав отвальных хвостов горно-обогатительных комбинатов
Компонент
Содержание компонентов в отходе, %
Железо
38
Алюминий
3
Кремний
8
Цинк
4
Медь
0,86
Титан
0,31
Магний
1,7
Сера
35,93
Натрий
5,4
Кальций
2,8
ИТОГО
100
Таблица 2.
Объем осадка при нейтрализации сточных вод в зависимости от концентрации анионного флокулянта Floerger AN 905 SH
Концентрация флокулянта, мг/л
3
4
5
6
7
8
10
12
Объем осадка за 1 час, %
19,6
15,5
15,0
14,8
14,7
14,6
14,6
14,6