СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ЦВЕТНЫХ И ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ
METHOD OF REMOVAL OF NON-FERROUS AND HEAVY METALS FROM SEWAGE

2+
2+
2+
3+
Изобретение относится к способам очистки сточных вод от ионов цветных и тяжелых металлов, в частности от никеля (Ni), меди (Сu), цинка (Zn), хрома (Сr), и может быть использовано на предприятиях электронной и химической промышленности, черной и цветной металлургии, тяжелого машиностроения как для очистки общего стока, так и для локальной очистки.
Известен способ очистки сточных вод от тяжелых металлов с использованием в качестве реагента хлорид-ионов и гидроксида натрия с последующим электрофлотационным извлечением образовавшихся соединений (авторское свидетельство №1675217, кл. C02F 1/465, 1991). Недостатком данного способа является невысокая степень очистки от 97,4 до 98,8%.
4
3-
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки сточных вод от цветных и тяжелых металлов в присутствии иона растворимой соли щелочного металла, включающий электрофлотацию с нерастворимыми анодами, заключающийся в том, что с целью повышения степени очистки в очищаемую воду с рН=9-10,0 вводят ортофосфат-ионы РO  в виде растворимой соли ортофосфата натрия при массовом соотношении извлекаемого металла к введенному ортофосфат-иону 1:(0,5-1,0) (патент РФ №2122525, кл C02F 1/62, 1/465, 1998).
К недостатку относится невысокая скорость процесса очистки, составляющая 7 минут. Этот способ выбран за прототип.
Задачей данного изобретения является разработка способа очистки сточных вод от цветных и тяжелых металлов, позволяющего повысить скорость электрофлотационного процесса очистки при сохранении высокой степени очистки за счет образования агломератов взвешенных частиц гидроксифосфата металла с малой плотностью и большой площадью поверхности.
2+
2+
2+
3+
3-
2
4
Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом способе в сточную воду с pH 9,0-10,0, содержащую ион никеля Ni меди Cu, цинка Zn или хрома Сr вводят ортофосфат-ионы РO  в виде растворимой соли ортофосфата натрия при массовом соотношении извлекаемого металла к введенному ортофосфат-иону 1:(0,5-1,0). Затем дополнительно вводят раствор органического флокулянта полиакриламида гранулированного сульфатного ПАА-ГС при массовом соотношении извлекаемого металла к введенному флокулянту по основному веществу 1:(0,005-0,0075) с последующим электрофлотационным извлечением сфлокулированных взвешенных частиц гидроксифосфата металла при плотности тока 7,5-8,5 мА/см.
Метод электрофлотации основан на адгезии взвешенных частиц нерастворимых соединений высокодисперсными пузырьками газов водорода и кислорода, образующихся при электролизе воды. Газовые пузырьки, всплывая в объеме воды, взаимодействуют с взвешенными частицами, в результате этого происходит их взаимное слипание.
Плотность образующихся агрегатов взвешенных частиц с прилипшими к ним пузырьками газов меньше плотности воды, что обуславливает их транспорт на поверхность воды и накопление там в виде пенопродукта, который периодически удаляется механическим способом.
Использование нерастворимых анодов из титана с депассивирующим активным покрытием из смеси оксидов титана и рутения обеспечивает высокое качество очистки и не приводит к вторичному загрязнению очищаемых стоков продуктами разрушения анодов.
В присутствии органического флокулянта полиакриламида гранулированного сульфатного ПАА-ГС происходит увеличение размеров взвешенных частиц за счет их слипания и образования агломератов. Это способствует повышению эффективности захвата агломератов газовыми пузырьками и образованию устойчивых комплексов агломераты частиц - пузырьки газов, что приводит к увеличению скорости электрофлотационного процесса очистки.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
2+
Пример 1. В 1 л очищаемой воды, содержащей 50 мг-ион никеля Ni добавляют раствор щелочи NaOH до значения pH 9,0-10,0, далее вводят 25 мг-ион ортофосфата
4
3-
2
РO , при этом соотношение иона никеля к введенному ортофосфат-иону составляет 1:(0,5-1,0). Раствор перемешивают в течение 0,5 мин. В результате образуются взвешенные частицы гидроксифосфата никеля. Затем в раствор вводят раствор органического флокулянта ПАА-ГС в количестве 0,25 мг флокулянта по основному веществу, при этом соотношение иона никеля к введенному флокулянту составляет 1:0,005. Раствор перемешивают в течение 0,5 мин и подают в электрофлотационный аппарат для отделения агломератов взвешенных частиц гидроксифосфата никеля от очищаемой воды при плотности тока 8,5 мА/см. Процесс электрофлотации ведут в течение 4 мин.
Очищенную воду анализируют на содержание никеля методом атомно-адсорбционной спектроскопии.
Аналогичные опыты проводят при времени процесса очистки 5 и 6 мин. При этом соотношение иона никеля к введенному флокулянту составляет 1:0,0025, 1:0,005, 1:0,0075 и 1:0,01. Данные приведены в табл.1.
Как видно из приведенных данных, при времени электрофлотации 5 мин наибольшая степень извлечения наблюдается при массовом соотношении извлекаемого металла к введенному органическому флокулянту полиакриламиду гранулированному сульфатному (по основному веществу) 1:(0,005-0,0075). При увеличении соотношения более 0,0075 происходит стабилизация агрегативной устойчивости дисперсной системы, что приводит к ухудшению степени очистки.
2
2
Пример 2. Исходный раствор того же состава, как в примере 1, очищают по такой же схеме, но электрофлотацию проводят при плотности тока 7,5 мА/см. Как видно из приведенных данных, при времени электрофлотации 5 мин наибольшая степень извлечения наблюдается при массовом соотношении извлекаемого металла к введенному органическому флокулянту полиакриламиду гранулированному сульфатному (по основному веществу) 1:(0,005-0,0075). При этих условиях степень извлечения взвешенных частиц как и при плотности тока 8,5 мА/см не изменяется.
2
2
Пример 3. Исходный раствор того же состава, как в примере 1, очищают по такой же схеме, но электрофлотацию проводят при плотности тока 6 мА/см. Как показано в табл.1, в этом случае электрофлотационная очистка менее эффективна во всем диапазоне исследованных массовых соотношениях извлекаемого иона металла к введенному флокулянту в пересчете на основное вещество, чем при использовании плотности тока 7,5 и 8,5 мА/см из-за недостаточного газонаполнения раствора, что в свою очередь не приводит к улучшению условий электрофлотации.
2
2
Пример 4. Исходный раствор того же состава, как в примере 1, очищают по такой же схеме, но электрофлотацию проводят при плотности тока 10 мА/см. Как показано в табл.1, в этом случае электрофлотационная очистка существенно менее эффективна во всем диапазоне исследованных массовых соотношениях извлекаемого иона металла к введенному флокулянту в пересчете на основное вещество, чем при использовании плотности тока 7,5 и 8,5 мА/см из-за появления в растворе турбулентных потоков в жидкости в результате слишком бурного выделения газовых пузырьков.
Для сравнения эффективности известного и предлагаемого способов проводилась очистка сточных вод с использованием одной и той же системы электродов, конструкции электрофлотатора, исходной концентрации ионов металлов и ортофосфат-ионов, pH среды. Полученные результаты представлены в табл.2.
2
В предлагаемом способе при сохранении высокой степени очистки достигается высокая скорость электрофлотационного процесса очистки - 5 минут, что на 2 минуты меньше, чем в известном способе, и плотность тока - 7,5-8,5 мА/см, что на
2
1,5-2,5 мА/см меньше, чем в известном способе.
Технико-экономическая эффективность от применения предлагаемого способа обусловлена следующими факторами: повышение скорости процесса при сохранении высокой степени очистки сточных вод от тяжелых и цветных металлов при их сбросе в рыбохозяйственные водоемы; повышение производительности, сокращение продолжительности процесса, снижение удельных энергозатрат.
Таблица 2
Способ очистки
Время процесса очистки, мин
Степень очистки от металлов, %
Плотность тока, мА/см<sup>2</sup>
Сr<sup>3+</sup>
Ni<sup>2+</sup>
Zn<sup>2+</sup>
Сu<sup>2+</sup>
Известный
7
99,98
99,98
99,98
99,98
10
Предлагаемый
5
99,98
99,98
99,998
99,98
8,5
Предлагаемый
5
99,98
99,98
99,998
99,98
7,5