СПОСОБ ОЧИСТКИ КИСЛЫХ СТОЧНЫХ ВОД ОТ СУЛЬФАТОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ
METHOD OF PURIFYING ACIDIC WASTE WATER FROM HEAVY METAL SULPHATES

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для очистки кислых сточных вод, образующихся при сернокислотном травлении стальных изделий, а также в гальваническом производстве.
Известен способ очистки кислых сточных вод от ионов тяжелых металлов, включающий двухстадийное осаждение с использованием известкового молока на первой стадии до pH 6,5-7 с последующей обработкой образованной суспензии карбонатом натрия до pH 9,0-9,5 [патент РФ №2010013].
Хотя данный способ позволяет очищать сточные воды от тяжелых металлов до значений ПДК, его существенным недостатком является высокое остаточное солесодержание в очищенной воде. Это связано с тем, что выпадающий на первой стадии очистки в осадок сульфат кальция имеет высокую растворимость в воде до 2,5 г/л и при обработке карбонатом натрия образовавшейся суспензии гидроксидов металлов и сульфата кальция получаются труднорастворимый карбонат кальция и хорошо растворимый сульфат натрия. Причем количество последнего в растворе резко возрастает с повышением расхода соды. Поэтому в зависимости от количества задаваемой соды остаточное солесодержание очищенного раствора составляет 3,5-6 г/л и более. При таких параметрах очищенной воды возврат ее в водооборотный цикл производства практически невозможен.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к предлагаемому изобретению является способ очистки кислых сточных вод от тяжелых металлов двухстадийным осаждением при обработке кислых стоков на первой стадии известковым молоком до pH 8,5-8,9 и на второй стадии после отделения выпавшего осадка добавлением в оставшийся раствор гидрофосфата натрия при pH 7,2 [авт. св-во СССР №981248].
Поскольку осадок, содержащий сульфат кальция, сразу отделяется от раствора, то его обратный переход в очищенную воду невозможен и конечное солесодержание снижается до 2,3 г/л за счет образования сульфата натрия. Однако на второй стадии очистки образуются труднофильтруемые коллоидные системы кислых фосфатов и полифосфатов тяжелых металлов и их удаление до ПДК не достигается. Для осаждения указанных соединений необходимо добавлять в систему различные коагулянты, давать избыток гидрофосфата натрия, а также вести процесс при повышенной температуре. В итоге конечное солесодержание в очищенном растворе дополнительно увеличивается.
Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении эффективности очистки за счет снижения солесодержания очищенной воды.
Это достигается тем, что в способе очистки сточных вод, включающем двухстадийное осаждение, на первой стадии сточные воды обрабатывают известковым молоком до pH 7,5-8,0, затем после отделения выпавшего осадка в осветленную воду вводят карбонат бария и выдерживают полученную суспензию при перемешивании до превращения его в сульфат бария. В отличие от прототипа использование карбоната бария позволяет резко снизить остаточное солесодержание очищенной воды за счет протекания обменной реакции:
4(раствор)
3(твердый осадок)
4(твердый осадок)
3(твердый осадок)
CaSO+BaCO=BaSO+CaCO
В заявленном способе очистку сточных вод осуществляют в две стадии. В начале сточные воды обрабатывают известковым молоком до pH 7,5-8,0, затем после отделения выпавшего осадка в осветленную воду вводят карбонат бария и выдерживают полученную суспензию при перемешивании до превращения его в сульфат бария. После завершения обменной реакции осадок сульфата бария отделяют от воды и используют, например, как утяжелитель буровых растворов. Очищенная вода содержит тяжелые металлы в количестве ниже ПДК при общем солесодержании менее 0,2 г/л.
2+
2+
2+
2
3
Пример конкретного выполнения способа. Для очистки были использованы три вида 0,1 М водных раствора сульфата железа (II), сульфата цинка и сульфата меди, содержащих соответственно Fe=5,58 г/л, Zn=6,54 г/л и Cu=6,35 г/л. Эксперименты проводили при температуре 22±1°C, для каждого опыта брали 500 мл раствора. Очистку каждого раствора проводили трижды: первый опыт в соответствии с требованиями патента РФ №2010013, второй и третий опыты по предлагаемому способу. Количество вводимого известкового молока (в пересчете на оксид кальция) на первой стадии очистки для всех опытов по прототипу составляло 2,75 г CaO, а по предлагаемому способу 2,85 г CaO. В опытах по прототипу на второй стадии добавляли по 25 мл 10% NaCO, перемешивали раствор в течение 15 мин и отфильтровывали. По предлагаемому способу перед второй стадией очистки осадок отфильтровывали, и в фильтрат добавляли по 1,65 г карбоната бария, и суспензию выдерживали при перемешивании 8 часов. После завершения второй стадии очистки растворы отфильтровывали от осадка и анализировали на содержание очищаемого металла, мг/л (первая строка табл.), общее остаточное содержание солей, г/л (сухой остаток - вторая строка табл.) и конечное значение pH (третья строка табл.). Результаты анализов представлены в табл.
Способ очистки по патенту РФ №2010031
Предлагаемый способ очистки
FeSO<sub>4</sub>
ZnSO<sub>4</sub>
CuSO<sub>4</sub>
FeSO<sub>4</sub>
ZnSO<sub>4</sub>
CuSO<sub>4</sub>
опыт1
опыт 1
опыт 1
опыт 2
опыт 3
опыт2
опыт 3
опыт2
опыт 3
0,15
0,08
0,02
0,006
0,005
0,02
0,02
0,01
0,01
5,10
5,15
5,05
0,15
0,16
0,13
0,12
0,17
0,16
9,0
9,2
9,1
7,8
8,0
8,0
7,9
7,9
7,8
Значительная разница в содержании общего железа для предлагаемого способа очистки, по сравнению с прототипом, объясняется тем, что при длительном перемешивании суспензии с карбонатом кальция железо (II) окисляется до железа (III) за счет контакта с воздухом.
Использование предлагаемого способа позволяет очищать кислые сточные воды от сульфатов тяжелых металлов ниже значений ПДК и резко снизить остаточное солесодержание в очищенной воде ниже 0,2 г/л, что позволяет возвращать очищенную воду в производственный цикл.