Очистка сточных вод

Влажность осадка после отстойников 98-99,5%. Для снижения влажности осадка рекомендуется дополнительное отстаивание в шламоуплотнителе в течение 3-5 суток. Влажность осадка после шламоуплотнителя 95-97%. Осадок из шламоуплотнителя подается на узел обезвоживания (вакуум-фильтрация, фильтр-прессование, центрифугирование). Влажность осадка после вакуум-фильтра типа БОУ и БсхОУ составляет 80-85%, после центрифуги типа ОГШ - 72-79%, после фильтр-пресса типа ФПАКМ - 65-70%.

В отдельных случаях перед сбросом очищенных сточных вод в канализацию или при последующем их обессоливании методами ионного    обмена    или    электродиализа   требуется   снижение концентрации взвешенных веществ в очищенной воде. Осветление стока в данном случае осуществляется путем фильтрования через фильтры с песчаной или двухслойной загрузкой (песок, керамзит), а также через фильтры с плавающей загрузкой типа ФПЗ.

Очистка сточных вод методом ферритизации заключается в сорбции примесей (в т.ч. ионов тяжелых металлов) магнитными гидроокисями железа, образовании ферритов с последующей топохимической    реакцией    захвата    сорбированных    веществ кристаллической решеткой феррита. 

При добавлении щелочи к водному раствору железного купороса, начиная с рН 7,7, образуется хлопьевидный желтовато-белый осадок. Под воздействием воздуха он приобретает коричневатый оттенок, обусловленный возникновением аддукта Fe(OH)2-Fe(OH)3. Последний чрезвычайно активен, может превращаться в зависимости от состава раствора, рН и температуры в следующие соединения:

• парамагнитный метагидроксид FeO(OH) со структурой минерала гётита;
• ферромагнитный   метагидроксид   FeO(OH)   со   структурой минерала лепидокрокита;
• неферромагнитный метагидроксид FeO(OH);
• черно-коричневый магнетит Fe3O4;
• ферромагнитный ржаво-коричневый полигидрат Fе2О3x nH2О.

Названные соединения, формируясь индивидуально и в смеси, отражают многообразие, сложность реакций, лежащих в основе их образования. При низких концентрациях железа в широком диапазоне рН организуются соединения с выраженными магнитными свойствами. С увеличением концентрации железа возрастают требования к рН, при котором оптимально проходят процессы ферритообразования: возникновения зародышей магнетита - феррита железа.

Образование ферритов-сложный процесс, включающий реакции твердофазного координирования и кристаллографического структурирования. Возникающие при этом твердые комплексные соединения дополнительному клатратированию тяжелых металлов.

Образование ферритов-сложный процесс, включающий реакции твердофазного координирования и кристаллографического структурирования. Возникающие при этом твердые комплексные соединения дополнительному клатратированию тяжелых металлов.

Повышение температуры нивелирует влияние рН, в результате при температуре 80 °С область ферритообразования в районе повышенных концентраций железа (а также ионов тяжелых металлов) значительно расширяется. Необходимо отметить, что наблюдаемое расширение более заметно при пониженной рН, когда возрастает роль твердофазных превращений.

Очистку сточных вод от ионов тяжелых металлов методом ферритизации можно проводить двумя способами.

Первый способ заключается в добавлении в сборник со сточными водами железного купороса, едкого натра (в виде 40 % водного раствора) и азотнокислого натрия: при суммарной концентрации ионов тяжелых металлов 30 мг/л в стоки дозируются 450 г/м3 железного купороса (90 г-ион/м3 в пересчете на железо), 322 г/м3 раствора каустика и 45,6 г/м3 нитрата натрия. После этого сточная вода нагревается острым паром до 60 °С (100 кг пара на 1 м3 стоков) и выдерживается при барботировании воздухом в течение 1 часа (расход воздуха 100 м3/м3 стоков в час). Затем стоки сбрасываются в отстойник. Время выдержки в отстойнике 15-20 мин. После чего осветленная часть стоков направляется на фильтрацию и далее в хозяйственно-бытовую канализацию.

По второму способу очистка стоков проводится в две стадии. На первой стадии формируется железосодержащая суспензия таким образом, чтобы она обладала развитой поверхностью, высокой химической активностью и адсорбционной способностью. На приготовление 1 м3 железосодержащей суспензии необходимо 208,5 кг железного купороса, 60 кг едкого натра и 21,3 кг азотнокислого натрия. Время выдержки составляет 20 минут. Чем дольше суспензия выдерживается до прибавления её в очищаемые стоки, тем завершеннее, полнее реализуется способность её к ферритообразованию. На второй стадии сформированная суспензия дозируется в очищаемые сточные вод.

Аппаратурное оформление ферритной очистки отличается простотой, в основе его лежит принцип магнитного осаждения продуктов клатратирования загрязнений (в т.ч. ионов тяжелых металлов). Главным рабочим узлом установки ферритной очистки является резервуар-накопитель, снабженный мешалкой и магнитными клапанами для спуска обработанной воды.

Очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов

методом натрий-катионирования

На предприятиях металлоперерабатывающей промышленности в технологических процес­сах образуются сточные воды, загрязненные солями тяжелых металлов. Эти вещества являются токсичными для водных организмов и растений, а в более высоких концентрациях и для человека. Поэтому сточные во­ды, обладающие высокой токсичностью,не могут быть сброшены в открытые водоемы без соответствую­ще,обработки.Применение ионообменных смолпозволяет обеспечить не только глубо-кую очистку сточных вод, но и возвратить в производство ценные продукты.Примером может служить ионообменная технология очистки сточных вод,которая используется на целом ряде предприятий машиностроения и металлообработки. ислоты.

Технологическая схема ионообменного способа очистки сточных вод от солей тяжелых металлов может быть значительно упрощена за счет применения натрий-катионирования. В этом случае вода проходит через фильтр,заполненный катионитом в Na-форме.При этом все ионы металлов и ионы водорода, содержащиеся в стоках,обмениваются на ион натрия. Вода после натрий-катионитовых фильтров становится умягченной и нетоксичной.Такую воду можно не только использовать для охлаждения оборудования ипервичной промывки изделий, но и допустимо применять в качества питательной воды для котлоагрегатов среднего давления.

При использовании для очистки сточных вод натрий-катионирования значительно упрощается аппаратурное оформление, а также сни­жаются затраты на регенерацию фильтров. Как показали исследования, наиболее целесообразно применение натрий-катионирования при очист­ке стоков, загрязненных преимущественно одним компонентом. В этом случае одновременно решаются задачи использования очищенной воды и утилизации ценного компонента.Сточные воды заводов обработки цветных металлов представ­ляют собойсложную солевую систему следующего состава, мг/л: серная кислота – 290–780, медь – 60–350, цинк – 22–190,кальций – 40–100.В целях определения возможности использования метода натрий-катионирования для кондиционирования сточных вод такого сложного состава были изучены равновесные и кинетические закономерности сорбции ионов меди,цинка и кальция на катионите КУ-2 в натриевой форма. Было найдено, что скорость сорбции ионов тяжелых метал-лов на катионите в Na-форме практически не отличается от скорос­ти ионо-обмена на катионите в Н-форме. На основании полу­ченных изотерм сорбции были рассчитаны константы обмена для меди, цинка и кальция. Для условий обмена ионов натрия на ионы Cu, Zn и Ca из растворов с рН = 5÷7, которые концентрации индивидуаль­ных компо-нентов соответствовали составу сточных вод, значения кон­стант обмена оказались равными KCu/ Na = 16,3;КZn/Na= 14,4; KCa/Na = 19,1. Из приведенных данных следует, что наименее сорбируемым в системе является ион цинка. Вместе с тем исследования показали, что при сорбции ионов тяжелыхметаллов из кислых раство­ров с величиной рН = 2÷3 катионитом КУ-2 вNa-форме наименее сорбируемым оказывается ион водорода.Так как карбоксильные катионитытипа КБ-4П, имеющие в своем составекарбонильные функциональные группы(-СООН), энергично поглощают ионыводо­рода, эта смола была испытана вкачестве ионообменного материала дляфильтров второй ступени очистки сточных вод заводов обработки цветныхметаллов (ЗОЦМ). На первой стадииобработки стоков производится ихфильтрация через катионит КУ-2 в на-триевой форме. При этом ионы метал-лов обмени­ваются на ионы натрия, а ионводорода сорбируется лишь частично.Нейтрализация воды за счет сорбцииионов водорода из раствора осуществляется при фильтрации стоков черезкатионит КБ-4П в Na-фор­ме.Такая схема очистки позволяет нетолько надежно проводить кондиционирование сточной воды, но и экономить реагенты на стадии реге­нерациикатионита. При последовательнойфильтрации кислых сточных вод черезсульфостирольный и карбоксильныйкатиониты на первом происходит сорбция тяжелых цветных металлов, а на втором – обмен ионов натрия на водород. Так как катионит КБ-4П может работать только в натриевой форме, для его регенерации и перевода в натриевую фор­му необходимо последовательное применение серной кислоты и щелочи. При двухступенчатой очисткекислых стоков с использованием иони-тов КУ-2 и КБ-4П в Na-форме кислотадля регенерации не требуется, так какна стадии сорбции катионит КБ-4Ппереходит в Н-форму.Большая часть выполненных к на-стоящему времени теоретических иприкладных работ для описания ионообменных равновесий базируется восновном на информации, полученнойпри исследовании процесса об­менаводорода на ионы щелочных и щелоч-но-земельных металлов на сульфости-рольных катионитах. Имеющиеся ли-тературные данные не позволяютпредставить закономерности обменаионов тяжелых металлов на этих катионитах в натриевой форме, что необходимо для расчета ионо­обменныхпромышленных установок. В связи сэтим в каждом конкретном случае,особенно при использовании ионитовдля очистки промышленных растворовсложного солевого состава, необходи-мо проводить подбор и детальноеизучение условий и закономерностейпроцесса сорбции.Применение натрий-катионирования для кондиционирования сточныхвод, возвращаемых в оборотную сис-тему, приводит, как показали исследования,к накоплению в воде солейнатрия.Известно, что присутствие в водекроме сорбируемого компонен­та дру-гих конкурирующих ионов в значитель-ной степени влияет на емкость ионитапо основному элементу. Характер из-менения емкости ка­тионита в процессеводооборота очищаемой в

 

1. Методы очистки  сточных вод от тяжелых металлов  

 

Реагентный метод      

 Наибольшее распространение  в практике очистки сточных  вод от ионов тяжелых  металлов (ИТМ) получил реагентный метод. Этот метод включает в себя процессы нейтрализации, окислительно-восстановительные реакции, осаждение и обезвоживание образующегося осадка, и позволяет довольно полно удалять из стоков ИТМ.

При этом методе ионы тяжелых металлов переводятся, как правило, в гидроксидные соединения путем повышения рН усредненных стоков до рН их гидратообразования с последующим осаждением, фильтрацией. В необходимых случаях до достижения рН очищенных стоков регламентируемого для сброса.  

 

Особенности очистки СВ от катионов меди  

Произведение растворимости гидроокиси меди равно 5,0 х 10-20, в то время, когда растворимость основного карбоната меди практически равна нулю. Поэтому медь выгодно осаждать в виде основного карбоната: 

Для этого в растворе нейтрализующего реагента необходимо иметь одновременно как гидроксильные ионы (ОН)-, так и карбонатные (СО32-). Таким образом, для осаждения из растворов ионов меди нерационально применение только едких щелочей и извести высшего сорта, так же только соды, мела, мрамора, доломита и известняка, дающих в раствор в основном карбонат – ионы.

В связи с изложенным, лучшим реагентом для очистки сточных вод от катионов меди является недожженная известь III-его сорта, содержащая СаСО3. 

 

Особенности очистки СВ от катионов цинка 

При осаждении цинка из сульфатных растворов едкой щелочью и известью образуются в основном осадки в виде основных солей цинка: ZnSO4 . nZn(ОН)2, причем число n возрастает с увеличением рН. Так, при рН 7 осаждается основной сульфат цинка, соответствующий формуле ZnSO4 . 3Zn(ОН)2, а повышение рН до 8,8 приводит к образованию осадка, состав которого выражается формулой - ZnSO4 . 5Zn(ОН)2.

При осаждении цинка из сульфатных растворов недожженной известью III-его сорта, содержащей СаСО3 состав основных карбонатов в осадке зависит от условий реакции – температуры, исходной концентрации цинка и известкового раствора, величины рН раствора и т.п. По литературным данным, при рН = 7-9,5 образуется основной карбонат цинка состава 2 ZnСO3 . 3 Zn(ОН)2. 

Основное достоинство реагентного метода – возможность применения его для обезвреживания кислотно-щелочных сточных вод различных объемов с различной концентрацией ионов тяжелых металлов.  

Его недостатки:

-         значительное повышение солесодержания очищенных от ИТМ стоков за счет внесения реагентов, что вызывает необходимость дополнительной доочистки;

-         большой расход реагентов;

-          получение трудно обезвоживаемого и неутилизируемого осадка;

-          большие трудозатраты по эксплуатации;

-          необходимость организации и содержания реагентного хозяйства со специальным коррозионноустойчивым оборудованием и дозирующими устройствами и т.п.

Особо следует отметить, что при реагентных методах очистки и выполнении технологических регламентов остаточные концентрации основных ионов тяжелых и цветных металлов в очищенных стоках достигают следующих минимальных величин, мг/л:

Fe(OH)2   - 0,3-1,0

Zn(OH)2 - 0,05

Cu(OH)2 -0,1-0,15,

и представлены, в основном, в виде их гидроксидов, легко диссоциируемых и растворимых в слабокислых водных растворах.   

 

Ионнообменный метод      

Ионообменный метод очистки воды применяют для обессоливания и очистки воды от ионов металлов и других примесей. Сущность ионного обмена заключается в способности ионообменных материалов забирать из растворов электролита ионы в обмен на эквивалентное количество ионов ионита. 

Очистку воды осуществляют ионитами — синтетическими ионообменными смолами, изготовленными в виде гранул размером 0,2...2 мм. Иониты изготовляют из нерастворимых в воде полимерных веществ, имеющих на своей поверхности подвижный ион (катион или анион), который при определенных условиях вступает в реакцию обмена с ионами того же знака, содержащимися в воде. Различают сильно- и слабокислотные катиониты (в Н+- или Na+- форме) и сильно- и слабоосновные аниониты (в ОН- или солевой форме), а также иониты смешанного действия. Основополагающим фактором кинетики процесса является скорость ионообмена между ионами воды и омываемой частицей смолы. На наружной поверхности омываемой частицы образуется неподвижная водяная пленка, толщина которой зависит от скорости потока очищаемой воды и размеров зерна смолы. Ион, который стремится попасть внутрь частицы смолы, в функциональную группу, должен диффундировать из воды через пленку, пройти через граничную поверхность частицы и внутри смолы в растворе набухания устремиться к ассоциации с функциональной группой. Диффузия ионов через пленку является важнейшим этапом процесса. 

Избирательное поглощение молекул поверхностью твердого адсорбента происходит вследствие воздействия на них неуравновешенных поверхностных сил адсорбента. 

Ионообменные смолы имеют возможность регенерации. После истощения рабочей обменной емкости ионита он теряет способность обмениваться ионами и его необходимо регенерировать. Регенерация производится насыщенными растворами, выбор которых зависит от типа ионообменной смолы. Процессы восстановления, как правило, протекают в автоматическом режиме. На регенерацию обычно затрачивают около 2 часов, из них на взрыхление - 10 – 15 мин, на фильтрование регенерирующего раствора - 25 – 40 мин, на отмывку - 30 - 60 мин. Ионообменную очистку реализуют последовательным фильтрованием воды через катиониты и аниониты.