СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ КОБАЛЬТА, МАРГАНЦА И БРОМА
METHOD OF PURIFYING WASTE WATER FROM COBALT, MANGANESE AND BROMINE

Изобретение относится к области очистки производственных сточных вод, содержащих кобальт, марганец и бром, образующихся, например, при производстве терефталевой кислоты.
3
В настоящее время в промышленности известны способы очистки воды от тяжелых металлов и других загрязнений, как правило, с использованием электрических разрядов и добавляемых в воду веществ. Одним из них является способ очистки с добавлением измельченного цеолита (Патент RU №2397959, МПК C02F 1/62, опубликован 27.08.2010), который может быть использован для очистки сточных вод в горно-обогатительной промышленности. В очищаемую воду добавляют известковое молоко, сульфат железа и цеолит, при этом цеолит добавляют первым, а известковое молоко и сульфат железа - после перемешивания цеолита с водой. Используют природный цеолит, измельченный до фракции не более 0,3 мм. Затем воду последовательно отстаивают, аэрируют, обрабатывают импульсными барьерными разрядами из расчета затрат электроэнергии не менее 50 Вт·ч/м воды и фильтруют. Предложенный способ обеспечивает существенное повышение степени очистки сточных вод от большого числа разновидностей тяжелых металлов.
Недостатками данного способа очистки являются большие затраты электроэнергии, а также необходимость в добавлении цеолита в очищаемую воду.
Известны также способы добавления металла в виде стружки или гранул в качестве катализатора для повышения эффективности процесса, что применяют в следующем способе очистки воды от физико-химических и микробиологических загрязнений и тяжелых металлов (Патент RU №2220110, МПК C02F 1/48, опубликован 27.12.2003). Этот способ включает обработку воды и содержащихся в ней загрязнений в гранулированном слое металла импульсными электрическими разрядами. Обработку воды производят последовательной подачей высоковольтных и сильноточных импульсов с противоположной полярностью при отношении энергий сильноточных импульсов к высоковольтным в диапазоне 0,1-10, причем напряжение высоковольтных импульсов составляет 800-1000 В, а сильноточных - 100-300 В, а сила тока импульсов составляет соответственно 150-300 и 500-1500 А. Технический результат состоит в снижении времени очистки и уменьшении энергетических затрат.
Недостатком данного метода очистки являются большие затраты электроэнергии.
3
Наиболее близким к заявляемому способу является способ очистки природных вод до питьевого качества и сточных вод до требований ПДК (Патент RU №2337070, МПК C02F 1/48, опубликован 27.10.2008). Способ включает обработку импульсными высоковольтными разрядами с одновременным насыщением воды диспергированным воздухом и последующую очистку на зернистых и сорбционных фильтрах в присутствии коагулянта. Разряд создают в водной среде в присутствии в зоне разряда гранул металла, образующего нерастворимые гидроксиды. Воду обрабатывают последовательностью импульсных разрядов с энергией импульса 0,3-0,7 кДж/дм частотой 0,5…2,0 Гц. Гранулы металла за счет гидравлических ударов образуют псевдоожиженный слой и равномерно распределяются в объеме очищаемой воды. Последующую очистку осуществляют в трехслойном зернистом фильтрующем материале, образующем в водной среде электрохимический источник тока. Сначала фильтруют по направлению движения воды через слой гранул электроотрицательного материала, затем через диэлектрический материал, а затем через слой гранул электроположительного углеродсодержащего материала со скоростью 5…10 м/ч. Природные и сточные воды могут быть очищены от железа, марганца, цинка, органических загрязнений, нефтепродуктов, бактерий, вирусов и других загрязняющих веществ. Изобретение обеспечивает сокращение времени обработки воды за счет совмещения во времени и пространстве отдельных этапов осуществления многостадийного процесса, уменьшение металлоемкости оборудования, реализующего способ, снижение энергозатрат.
Недостатком способа-прототипа является отсутствие очистки воды от брома и кобальта.
Задачей изобретения является очистка сточных вод от кобальта, марганца и брома до требований ПДК выпуска в водоемы хозяйственно-питьевого назначения, а также уменьшение энергозатрат.
Способ очистки сточных вод от кобальта, марганца и брома, включающий обработку сточных вод импульсными высоковольтными разрядами с одновременным насыщением воды воздухом и последующую очистку на зернистых фильтрах в присутствии коагулянта, согласно изобретению вместе с коагулянтом в обрабатываемую воду подают ксантогенатсодержащее вещество, образовавшийся осадок ксантогената кобальта извлекают осаждением, после чего воду пропускают в плазмохимическом реакторе, затем образовавшийся элементарный бром извлекают отдувкой в дегазаторе, процесс деманганации осуществляют фильтрованием в скором электрохимическом фильтре с загрузкой из природного кальцита, электрохимический фильтр промывают обратным током воды, из промывной воды осаждением извлекают гидроксиды марганца и влажный осадок, содержащий ксантогенаты кобальта, совместно с коагулянтом подают в реактор противотоком воздуху из дегазатора, содержащего элементарный бром, причем образовавшийся в реакторе осадок направляют на обезвоживание, а очищенную воду подают в резервуар чистой воды, обеззараживают ультрафиолетовым излучением, направляют в оборотную систему водоснабжения предприятия или на сброс.
Технологическая схема очистки сточных вод от кобальта, марганца и брома представлена на фигуре.
Технологическая схема включает в себя накопитель-усреднитель сточных вод 1, насосную станцию 2, смеситель 3, отстойник 4, плазмохимический реактор 5, дегазатор 6, скорый электрохимический фильтр 7, резервуар чистой воды 8, установку для обеззараживания ультрафиолетовым облучением 9. Для обработки и утилизации осадка имеется реактор 10 и шламовые площадки 11 с дренажным насосом 12. Для подачи реагентов в обрабатываемую воду существует реагентное хозяйство 13, а для промывки скорого фильтра - промывной насос 14. В схеме также имеется компрессор 15 для отдувки брома, отстойник промывных вод 16 для их очистки, источник питания плазмохимического реактора 17 и блок реагентного хозяйства 18 для подачи реагентов в реактор обработки осадка.
Очистка сточных вод производится следующим образом. Сточные воды из накопителя-усреднителя 1 с помощью насосной станции 2 подаются в смеситель 3, в который подается ксантогенатсодержащее вещество и коагулянт с помощью реагентного хозяйства 13. Образовавшийся осадок ксантогената кобальта извлекается в отстойнике 4. Для ускорения осаждения применяется коагулянт. Далее вода подается в плазмохимический реактор 5, в котором за счет периодической последовательности высоковольтных искровых разрядов происходит образование комплекса окислителей (озона, пероксида водорода, атомарного кислорода), которые окисляют бромиды до элементарного брома. Бром отделяют в дегазаторе 6 отдувкой. Извлечение марганца происходит фильтрованием в скором электрохимическом фильтре 7 с загрузкой из природного кальцита. Для увеличения эффекта очистки воды от марганца плазмохимический реактор 5 загружают железной стружкой, которая растворяется под действием искровых разрядов. Ионы железа являются катализаторами процесса деманганации в электрохимическом фильтре 7. Очищенная вода накапливается в резервуаре 8 и после обеззараживания ультрафиолетовым излучением в установке для обеззараживания 9 направляется в оборотную систему водоснабжения предприятия или на сброс.
Скорый фильтр 7 промывается обратным током воды, забираемой промывным насосом 14 из резервуара 8. Промывная вода отстаивается в отстойнике промывных вод 16 и возвращается в голову сооружений.
Осадок из отстойника 16, содержащий гидроксиды марганца, осадок из отстойника 4, содержащий ксантогенат кобальта, и коагулянт из реагентного хозяйства 18 подаются в верхнюю часть реактора 10. В нижнюю часть реактора подают воздух из дегазатора 6, содержащий элементарный бром. Пульпа и воздух движутся противотоком. В результате реакции реагентов образуются бромиды марганца и кобальта, которые осаждаются совместно с другими осадками. Коагулянт ускоряет процесс осаждения. Осадок из реактора 10 размещается на шламовой площадке 11. Дренажная вода отводится дренажным насосом 12 в голову сооружений.
х-п
Пример 1. Проводили опыты по очистке натурной сточной воды производства терефталевой кислоты от кобальта путем смешения с ксантогенатом натрия в концентрации 60 мг/л. В качестве коагулянта использовали сернокислый алюминий в концентрации 40 мг/л. После перемешивания реагентов со сточной водой проводили отстаивание в течение 2 часов. Результаты опытов и предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ при сбросе очищенных вод в водоемы хозяйственно-питьевого назначения (ПДК) представлены в таблице 1.
Таблица 1
Загрязняющее вещество
Концентрация, мг/л
Эффект, %
ПДК<sub>х-п</sub>, мг/л
Исходная
После отстаивания
Кобальт
12,6
0,1
99,2
0,1
11,5
0,09
99,2
0,1
9,4
0,08
99,1
0,1
Среднее значение
11,2
0,09
99,2
0,1
Пример 2. Производили опыты по очистке натурной сточной воды производства терефталевой кислоты после извлечения кобальта (по примеру 1). Воду подавали в плазмохимический реактор со скоростью 20 м/ч. В плазмохимический реактор подавали импульсы напряжением 110 кВ и частотой 1 Гц. Разрядный промежуток наполовину загружали железной стружкой, которая под действием плазмы разряда растворялась с образованием гидроксида трехвалентного железа. В зоне разряда образовывались окислительные частицы, приводящие к окислению бромидов до элементарного брома, который извлекали отдувкой. Результаты анализов сточной воды на выходе из дегазатора приведены в таблице 2.
Таблица 2
Загрязняющее вещество
Концентрация, мг/л
Эффект, %
ПДК<sub>х-п</sub>, мг/л
Исходная
После дегазации
Бром
36
0,2
99,4
0,2
29
0,18
99,3
0,2
18
0,15
99,1
0.2
Среднее значение
27,6
0,18
99,3
0,2
Пример 3. Проводили опыты по доочистке натурной сточной воды производства терефталевой кислоты после извлечения кобальта и брома (по примерам 1 и 2). Воду фильтровали в скором электрохимическом фильтре с загрузкой из природного кальцита с электродами из электроположительных и электроотрицательных материалов. Скорость фильтрования - 10 м/ч. Результаты опытов представлены в таблице 3.
Таблица 3
Загрязняющеевещество
Концентрация, мг/л
Эффект, %
ПДК<sub>х-п</sub>, мг/л
Исходная
После фильтрования
Марганец
8,7
0,09
98,9
0,1
8,1
0,08
99
0,1
6,4
0,06
99
0,1
Среднее значение
7,7
0,08
99
0,1
х-п
Из приведенных результатов следует, что при последовательной очистке воды от кобальта, брома, марганца сточные воды очищены от этих загрязняющих веществ до ПДК, что позволяет их сброс в водные объекты либо использование в оборотной системе водоснабжения предприятия.