СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ КАТИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ
METHOD OF PURIFYING WASTE WATER FROM HEAVY METAL CATIONS

Изобретение относится к способу очистки стоков гальванических производств. Основными токсичными отходами производства являются промывные воды смешанного состава, содержащие несколько видов тяжелых металлов. Увеличение эффективности очистки таких стоков - одна из самых актуальных задач настоящего времени. Анализ известных способов очистки сточных вод от катионов тяжелых металлов с использованием и без использования реагентов, как правило, не позволяет достичь конечного содержания примесей тяжелых металлов на уровне ПДК [Виноградов С.С. Экологически безопасное гальваническое производство / Под ред. Проф. В.Н. Кудрявцева. - Изд. 2-е перер. и доп., М.: “Глобус”, 2002. - с.169], если проводить очистку известными способами в одну стадию. Рекомендуемый способ может использоваться для очистки сточных вод, прошедших стадию механической очистки до значений ПДК.
Известен способ обработки сточных вод от органических примесей магнитным полем с использованием смеси перекиси водорода с сернокислым алюминием в количестве 0,03-0,05 г/л [Патент РФ №2006483 C1, C02F 1/58, авт. Харин И.К, 1994 г.]. Однако в данном способе обработки от органических примесей процесс осуществляется в аппарате с вращающимся магнитным полем с индукцией магнитного поля 1,2 Тл, создаваемой магнитомягкими магнитными элементами, что требует повышенных энергозатрат.
Существует способ очистки и обеззараживания жидких сред в электромагнитном импульсном поле низкой частоты 12,5 Гц, силой тока 500 А [Патент РФ №2131848, C1 C02F 1/48, авт. Артамонов О.В., Дубинин А.Ю., Журавлев С.Г. 1999 г.]. Недостатком данного способа является то, что указанный способ не обеспечивает очистку катионов тяжелых металлов, содержащихся в сточных водах. Кроме того, рабочий объем таких аппаратов не более 20 л при коэффициенте заполнения реактора магнитными элементами менее 10%.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по назначению и технической сущности является способ очистки сточных вод низкочастотным электромагнитным импульсным полем безреагентным методом [Заявка №93046795 С02F 1/46, C02F 1/48, авт. Журавлев С.Г., Вятчинина Т.А., Артамонов О.В., Сергеев В.В., Дубинин А.Ю. 1996 г.]. Он характеризуется качественной очисткой сточных вод предприятий химической промышленности. Недостатком данного способа является длительность процесса, а также то, что указанный способ не обеспечивает очистку от катионов тяжелых металлов, содержащихся в сточных водах до ПДК.
Задачей изобретения является разработка более эффективного способа очистки сточных вод от катионов тяжелых металлов с использованием энергии переменного электромагнитного поля. Поставленная задача решается тем, что сточные воды подвергают обработке в гетерогенной среде, создаваемой гидроксидом кальция, соответствующая ГОСТ-9179-77 не менее 12 ммоль/л, в электромагнитном аппарате (ЭМА) с использованием энергии переменного электромагнитного поля, создаваемого магнитными элементами, изготовленными из магнитотвердого материала, движущимися под воздействием этого поля. При включении индуктора в электрическую сеть рабочие элементы, подвергаются воздействию магнитного поля и приводятся в интенсивное хаотическое движение, передавая энергию воде и находящимся в ней катионам тяжелых металлов. Передача энергии в этом случае происходит за короткое время, что в обычных условиях затруднено. Тем самым увеличивается химическая активность обрабатываемых веществ с гидроксидом кальция. В результате этого процесса катионы тяжелых металлов переходят в осадок, удаляемый последующим фильтрованием. Данный способ приводит к повышению эффективности очистки и сокращению времени на очистку.
Для изучения процесса очистки использовали электромагнитный аппарат с частотой 50 Гц, индукцией переменного магнитного поля 0,3 Тл, напряженностью магнитного поля 450 А/см, создаваемого предварительно намагниченными магнитными элементами, изготовленными из магнитотвердого материала, движущимися под воздействием этого поля.
Пример 1.
Сточная вода объемом 300 см, содержащая смесь катионов никеля, железа, меди, а также свинца в различных концентрациях (табл.1) подвергалась обработке гидроксидом кальция, соответствующая ГОСТ-9179-77 в количестве 12 ммоль/л в аппаратах: с механической мешалкой (МП) (скорость вращения 1000 об/мин) и в электромагнитном аппарате (ЭМА) с использованием энергии электромагнитного поля с частотой 50 Гц, индукцией переменного магнитного поля 0,3 Тл, напряженностью магнитного поля 450 А/см, создаваемого магнитными элементами, изготовленными из магнитотвердого материала, при коэффициенте заполнения реактора магнитными элементами 20%. Остаточные концентрации катионов металлов после очистки представлены в таблице 1. Пример 2.
Сточные воды, объемом 300 см, содержащая катионы никеля, железа, цинка и смесь катионов Ni:Fe подвергалась обработке в электромагнитном аппарате (ЭМА) с использованием энергии электромагнитного поля с частотой 50 Гц, индукцией переменного магнитного поля 0,3 Тл, напряженностью магнитного поля 450 А/см, с содержанием гидроксида кальция в количестве 0, 3, 5, 10, 16 ммоль/л, а также в электромагнитном аппарате (ЭМА) с использованием энергии электромагнитного поля с частотой 50 Гц, индукцией переменного магнитного поля 0,3 Тл, напряженностью магнитного поля 450 А/см, без использования гидроксида кальция, при коэффициенте заполнения реактора магнитными элементами от 10-50%. Остаточные концентрации катионов металлов после очистки представлены в таблице 2.
Проведенные исследования показали, что при очистке сточных вод, содержащих катионы тяжелых металлов в гетерогенной среде с использованием гашеной извести и, энергии переменного электромагнитного поля и магнитных рабочих элементов, движущихся под действием этого поля в электромагнитном аппарате, заявленным способом удается добиться высокой степени очистки воды от токсичных ионов.
Проведение предложенного способа очистки обеспечивает непрерывность процесса при высокой производительности, упрощается технологическая схема очистки сточной воды с возможностью ее автоматизации, сокращение времени на очистку.
Таблица 1
№ опыта
Катионы
Время опыта, мин
ПДК хоз-пит (СанПиН 2.1.4.559-96), мг/л
Остаточные концентрации катионов, мг/л
Исходная
После МП
После ЭМА
1
Fe<sup>+3</sup>
3
0,3
5,8
4,3
0,01
Ni<sup>+2</sup>
од
9,7
4,8
0,7
Cu<sup>+2</sup>
1
4,4
3,2
0,07
2
Fe<sup>+3</sup>
8
0,3
5,8
2,1
0
Ni<sup>+2</sup>
од
9,7
5,1
0,01
Cu<sup>+2</sup>
1
4,4
2,4
0,01
3
Pb<sup>+2</sup>
5
0,03
4,5
2,19
0,05
7
2,8
1,33
0,03
Таблица 2
Номер опыта
Наименование катиона
Сод. гидроксида кальция, ммоль/л
Продолжительность опыта, мин
Объем заполнения магнитными элементами, %
Исходная конц. катиона, мг/л
Остаточная концентрация катионов, в ЭМА с сод. гидроксида кальция
ПДК хоз-пит (СанПиН 2.1.4.559-96),мг/л
1
0
7
7,8
0,1
3
7
30
8,4
3,4
5
5
1,5
10
5
0,01
16
9
0,01
2
Fe<sup>+5</sup>
0
5
5,1
0,3
3
5
50
6,3
1,2
5
8
0,01
10
8
0
16
8
0
3
Zn<sup>+2</sup>
0
6
0,85
5
3
6
10
1,2
0,5
5
6
0,1
10
6
0,05
16
7
0
4
Ni<sup>+2</sup>
0
7
0,97:10,5
0,1:0,3
Fe<sup>+3</sup>
3
7
30
1,5:14.3
0,9:2,7
5
7
0.15:0.01
10
7
0.01:0
16
7
0.01:0