Способ очистки аммонийсодержащих сточных вод от тяжелых металлов

(19) ( 51)5 С 02 Р 1/62 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) НО ОПИСАНИЕ К АВТОРСКОМУ СВИД ЕТЕНИЯ ЛЪСТВУ 1(71) Челябинский филиал Всесоюзного науч- (57) Сущность изобретно-исследовательскОго института водоснаб- перемешивании и режения, канализации, гидротехнических ную воду пропускаютсооружений и инженерной гидрогеологии стружки и кокса при(56) Феофанов, В.А., Жданович Л.П., Луха- ной воды, Процесс внин Б,С., Донец О.В. Применение гальвано- з.п. ф-лы, 1 табл.коагуляторов для очистки сточных вод, - Цв.металлургия, 1986, М 6, с. 47-49. КИ АММОНИИСОДЕРОД ОТ ТЯЖЕЛЫХ МЕения: при постоянном гулировании рН сточчерез смесь железной соотношении площаезной стружки и кокса верхности железной м /л очищаемой сточдут при р Н 4,0-8,0, 1 зом обретение относится к способам очиомышленных сточных вод, в частно- очистке сточных вод, содержащих . от соединений тяжелых металлов, ер, меди, цинка, хрома, никеля, кадстки прсти, каммиакнаприммия.Целью способа является повышенйе степени очистки,Согласно изобретению в качестве гальванической пары используют смесь железной стружки и кокса при соотношении площадей их поверхностей (1-10);1, площади поверхности железной стружки в преде-. лах 3000-5000 см 2 на 1 л очищэемой воды и: процесс очистки ведут при рН 4,0-8,0.Способ осуществляют следующим обраСточные воды, содержащие аммиак и тяжелые металлы, подают в реактор, где находится смесь железной стружки и,кокса при соотношении площадей их поверхно- . стей (1-10):1 и площади поверхности железной стружки 3000-5000 см/л очищаемой сточной воды. Кокс вводят в реактор размельченным, в виде гранул диаметром 2-3 мм; Реактор постоянно вращают, в результате чего происходит перемешивание за грузки со сточной воды и насыщение 4 реакционной смесикислородом воздуха. С 0 При подаче сточной воды в реактор опреде- а ляют значение рН. В случае отклонения это- д го значения от 4,0-8,0 в воду добавляют щелочь или кислоту до создания необходимого значения рН. Размеры реактора рас- ф считывают таким образом, чтобы время прохождения сточной воды от ввода до выхода из реактора составляло приблизительно 20 мин. Очищенную воду из реактора подают в сборник, откуда направляют для повторного использования в производство или сбрасывают в канализационнуюсистему или водоем без угрозы их загрязнения. При осуществлении способа кокс загружают в реактор одноразово, пополнения его не10 20 25 30 40 45 50 55 требуется, так как в ходе процесса он нерасходуется. Железную стружку по мере еерасходования периодически погружается вреактор.Благоприятные условия протеканияпроцессов обеспечиваются, когда рН средынаходится в пределах 4,0-8,0, соотношение.площадей поверхностей железной стружкии кокса составляет (1-10):1, а площадь поверхности железной стружкинаходится впределах 3000-5000 см /л обрабатываемойводы.Результаты опытов по очистке аммонийсодержащих сточных вод от тяжелых металлов при различных исходных величинахрН приведены в примерах 1-5. Из получен.ных данных следует, что полное и быстроеизвлечение тяжелых металловиз сточныхвод осуществляется при значениях рН 4,08,0; при значениях рН4,0 и рН9,0 непроисходит разрушение аммиакатов тяжелых металлов и качествс очистки резко ухудшается,В экспериментах, описанных в примерах 6-9, исследовались оптимальные соотношения площадей поверхностей железнойстружки и кокса, Опытным путем получено,что эффективнеевсего очистка сточных водпроисходит при соотношении площадей поверхностей железной стружки и кокса (110):1, при соотношении г лощадейповерхностей меньше, чем 1;1 процесс очистки резко замедляется из-за малого количества образующихся разнообразныхсоединений железа, соответственно качество очистки ухудшается. Увеличение соотношения площадей выше 10:1 такжезамедляет процесс и снижает степень очистки воды, Это связано с уменьшением количества, образующихся при смешениижелезной стружки и кокса, короткозамкнутых гальванических элементов.Кроме того, опытным путем исследовалось влияние на очистку аммонийсодержащих сточных вод от тяжелых металловплощади поверхности железной стружки наединицу обрабатываемой воды, Результатыопытов представлены в примерах 10-13,Экспериментально было определено, чтонаиболее эффективно процесс идет приплощади железной стружки 3000-5000см /л обрабатываемой воды, При площадй2поверхности железной стружкл меньшей23000 см- процесс очистки резко замедляется из-за малого количества образующихсяразнообразных соеди ений железа, Увеличение площади поверхности железнойстружки больше 5000 см не сказывается на2улучшении процесса очистки, а приводит кувеличению обьема реактора, Это обьясняется тем, что часть поверхности стружки ис" ключается иэ процесса очистки,П р и м е р 1. Промышленную сточную . воду производства печатных плат приборостроительного завода, содержащую ионыцинка, меди, хрома, никеля, кадмия и аммония в количествах 16,45; 21,80; 19,14. 16,13;2,64 и 315,1 мг/л соответственно и имеющую рН 6,2, подают в реактор, где находится смесь железной стружки и кокса, при соотношении площадей их поверхностей равном 4:1 и при площади пове 2 охности железной стружки равной 4000 см на 1 л очищаемой сточной воды. Контактированиеводы со смесью стружки и кокса осуществляют при непрерывном перемешивании в течение 20 мин. Полученную суспензию подвергают фазовому разделению в отстойнике. Очищенная вода содержит ионы цинка, никеля и кадмия в количестве 0,001;0,001 и 0,002 мг/л соответственно, Ионов меди и хром в очищенной воде не обнаружено, Очищенная вода имеет рН 7,7. В процессе очистки увеличения жесткости и содержания не происходит. Расход железной стружки на очистку 1 л сточной водысоставил 155 мг.П р и м е р 2. Промышленную сточнуюводу производства печатных плат приборостроительного завода, содержащую ионы цинка, меди, хрома, никеля, кадмия и аммония в колиЧествах 15,50; 20,73; 18,05; 15,10;2,50 и 302,7 мг/л соответственно и имеющую рН 4,0, подвергают обработке аналогично примеру 1. Очищенная вода содержит ионы цинка, меди, хрома, никеля и кадмия в количествах 0,015; 0,010; 0,020; 0,15; 0,065 мг/л соответственно. Значение рН очищенной воды - 6,5. Увеличение жесткости и солесодержания не происходит, Расход железной стружки на очистку 1 л сточной воды составляет 180 мг,П р и м е р 3, Промышленную сточную воду, содержащую ионы цинка, меди, хрома,никеля, кадмия и аммония в количествах15,40; 20,65, 17,90; 15,05: 2,52 и 295,4 мг/л соответственно и имеющую рН 8,0 обрабатывают аналогично примеру 1. Содержание ионов цинка, меди, никеля и кадмия в очищенной воде составляет 0,010; 0,005; 0,010и 0,025 мг/л соответственно, Ионов хрома не обнаружено, Значение рН 7,9. Увеличения жесткости и солесодержания не происходит. Расход железной стружки 145 мг на 1 л очищаемой воды.П р и м е р 4, Промышленную сточную воду производства печатных плат, содержащую ионы цинка меди, хрома, никеля. кадмия и аммония в количестве 14,80; 20,15;17,93; 14,80; 2,46 и 288,7 мг/л соответственно и имеющую рН 3,0 обрабатывают аналогично примеру 1. Вода после обработки содержит большое количество ионов цинка, меди, хрома, никеля, кадмия - 1,440; 0,650;0,100; 0,850; 0,270 мг/л соответственно. Значение рН воды после обработки 5,4. Расход железной стружки 210 мг на 1 л обрабатываемой воды.П р и м е р 5. Сточную воду производства печатных плат, содержащую ионы цинка меди, хрома, никеля, кадмия и аммония в количестве 15,20; 20,47; 17,85; 15,10; 2,50 и 292,8 мг/л соответственно и имеющую рН 8,8 обрабатывают аналогично примеру 1,Вода после обработки содержит большое количество ионов цинка, меди, никеля и кадмия 0,220; 0,180; 0,210; 0,260 мг/л соответственна. В тоже время ионов хрома не обнаружено. Вода имеет щелочную реакцию - значение рН 8,6. Расход железной стружки на обработку 1 л воды 100 мг.П р и м е р 6, Сточную воду состава согласно примера 1 обрабатывают аналогично этому же примеру, Соотношение площадей поверхностей железной стружки и кокса в их смеси, находящейся в реакторе, равно 10:1. Очищенная вода содержит ионы цйнка, никеля и кадмия в количестве 0,020;0,018; 0,035 мг/л соответственно. Ионов меди и хрома не обнаружено, рН очищенной воды 7,5, Увеличение жесткости и солесодержания. воды в процессе ее обработки не происходит. Расход железной стружки на очистку 1 л сточной воды 150 мг.П р и м е р 7. Сточную воду состава согласно примера 1 обрабатывают аналогично этому же примеру. Соотношение площадей поверхностей железной стружки и кокса в их смеси, находящейся в реакторе, равно 1:1. Вода после очистки содержит 0,025; 0,020; 0,015 и 0,050 мг/л ионов цинка, меди, никеля и кадмия соответственно. Ионов хрома не обнаружено; рН очищенной воды 7,3. Увеличение жесткости и солесодержания воды в процессе ее обработки на происходит. Расход железной стружки -145 мг на 1 л обрабатываемой воды,-П р и м е р 8. Сточную воду состава согласно примера 1 обрабатывают аналогично этому же примеру. Соотношение площадей поверхностей железной стружки и кокса в их смеси: находящейся в реакторе, равно 0,8:1. Обработанная вода имеет высокую концентрацию ионов цинка, меди хрома и кадмия - 0,100; 0,750; 0,550; 0,870 и 0,560 соответственно. рН очищенной воды -6,8. Расход железной стружки на обработку 1 л воды - 110 мг,П р и м е р 9. Сточную воду состава согласна примера 1 обрабатывают аналогично этому же примеру. Соотношенйе площадей поверхностей железной стружки и кокса в их смеси в реакторе равно 12:1. Вода после обработки содержит большое количе 5 ство ионов цинка, меди, хрома, никеля икадмия - 0;90; 0,100; 0,430, 9,730 и 0,620 мг/л соответственно. Значение рН воды после ее обработки составляет 7,0. Расход железной стружки - 105 мг на 1 л 10 обрабатываемой воды.П р и м е р 10. Сточную воду составасогласно примера 1 обрабатывают аналогично этому же примеру. Соотношение площадей поверхностей железной стружки и 15 кокса в их смеси в реакторе равно 4:1, аповерхность железной стружки при этом составила 3000 см на 1 л обрабатываемой2воды. Очищенная вода содержит ионы цинка; никеля и кадмия в концентрациях 0,002;20 0,002 и 0,005 мг/л соответственно, рН очи-щенной воды 7,4, Увеличения жесткости и солесодержания очищенной воды не происходит, Расход железной стружки - 130 мг на 1 л очищаемой воды.25 П р и м е р 11, Сточную воду состава. согласно примера 1 обрабатывают аналогично этому же примеру. Поверхность железной стружки при этом составляла 5000 см на 1 л обрабатываемой воды. Очищен ная вода содержит ионы цинка, никеля икадмия в количествах 0,005; 0,010 и 0,020 мг/л соответственно. Ионов меди и хрома не обнаружено, Значение рН очищенной воды 7,5. Расход железной стружки 160 мг на 35 1 л обрабатываемой воды. Увеличения жесткости и солесодержания очищенной воды не происходит.П р и м е р 12. Сточную воду составасогласно примера 1 обрабатывают анало гично этому же примеру. Поверхность железной стружки при этом составляла 20000 см на 1 л обрабатываемой воды. Вода после обработки содержит большое количество ионов цинка, меди, хрома, никеля и кадмия 45 0,125; 0,140; 0,210; 0,340 и 0,850 мг/л соответственно. Значение рН очищенной воды 6,6. Расход железной стружки на очистку 1 л сточной воды 90 мг. Увеличения жесткости и солесодержания воды в ходе обработки не 50 происходит.П р и м е р. 13. Сточную воду составасогласно примера 1 обрабатывают аналогично этому же примеру. Поверхность железной стружки при этом составляла - 6000 55 см на 1 л обрабатываемый воды. Очищенная вода содержит ионы цинка, хрома, йикеля и кадмия в количествах 0,006; 0,050;0,105 и 0,230 мг/л соответственно, Ионов меди в воде не обнаружено. Значение рН очищенной воды 7,1, Увеличения жесткостисточных вод.Контактирование воды со смесью стружки и кокса осуществляют при непрерывном перемешивании в течение 20 мин. Полученную суспензию подвергают фазовому разделению в отстойнике, Очищаемая 40 вода содержит ионыцинка, никеЛя и кадмия в количествах 0,001; 0,001 и 0,002 мг/лсоответственно. Ионов меди и хрома в очищенной воде не обнаружено, Очищенная вода имеет рН 7,5. В процессе очистки увеличенйя жесткости и содержания не происходит. Расход железной стружки-на очистку 1 л сточной воды составил 160 мг: Расходэлек 45 троэнергии на вращение реактора 0,05 Втм хч/л. Степень очистки от меди и хрома составила 100 ф, от.цинка и никеля по 99;99, а от кадмия 99,94,П р и м е р 15. Промышленнуюсточную воду состава согласно примера 14 подают в реактор, где находится железный лом и гранулы кокса при соотношении площадей их поверхностей равном 4:1 и при площади - поверхности железного лома равной 40000 см на 1 л очищэемой сточной воды; 50 55 и солесодержания воды в ходе обработки не происходит. Расход железной стружки 180 мг на 1 л очищаемой воды,Были проведены сопоставительйые эксперименты, при этом использовали одну и 5 ту же промышленную воду, имеющую рН 5,5 соотношение площадей поверхности железной стружки (или лома) и КокСа равнялось 4-1, площадь поверхности железной стружки (лома) соответствовала 4000 см на 10 литр очищэемой сточной воды. Результаты опытов представлены в примерах 14 и 15, а также в таблице сравнительных данных.П р и м е р 14. Промышленную сточную воду производства печатных плат. приборо строительного завода; содержащую ионы цинка, меди, хрома, никеля, кадмия и аммония в количествах 17,20; 26,85; 20,18; 14,50;2,25; 327,30 мг/л соответственно, и имеющую рН 5,5 подают в реактор, где находится 20 .смесь железной струйкии коксапрй-соотношении площадей йх поверхностей равном 4;1 и при площади поверхности железной стружки равной 4000 см на 1 л очищаемой сточной воды, 25Используемая стружка имела среднюю толщину 0,40 мм и площадь поверхности 1 г стружки 6,92 см 2. Гранулы кокса имели средний диаметр 2,50 мм площадь поверхности 1 г - 19,20 см. Для обеспечения вы шеуказанныхусловий вреактор необходимо было и редварител ьно загрузить 578,0 г железной стружки и 52,1 г гранул кокса в расчете на 1 л очищаемых В качестве лома используют куски железа, имеющие неопределенную, самую разнообразную форму: бруски, стержни и т.д, Средняя площадь поверхности 1 грамма железного лома составила 0,96 см, Гранулы кокса имели характеристики согласно примера 14,Для обеспечения площади поверхности железного лома равной 4000 см 2 на 1 л очищаемой сточной воды необходимо было в реактор предварительно загрузить его в количестве 4062,5 г.Контактирование воды с железным ломом и коксом осуществляют при непрерывном перемешивании в течение 20 мин. Полученную суспензию подвергают фазово-. му разделению в отстойнике, Обработанная вода имеет высокую концентрацию ионов цинка, меди, хрома, никеля и кадмия, 1,750;1,340; 0,405; 2,900; 0,488 мг/л соответственно. рН обработанной таким образом воды 6,3. Расход железного лома на обработку 1 л сточной воды составил 180 мг, Расход электроэнергии на вращение реактора - 023 Вт ч/лСтепень очистки от цинка, меди, хрома, никеля и кадмия составила 90,0. 956,1; 98,0;800 и 85,1 ф соответственно.Следует отметить, что использование железного лома привело к быстрому выходу из строя электродвигателя и корпуса реактора вследствие больших ударных нагрузок вызываемых вращением аппарата,Сравнительные экспериментальные данные по очистке аммония сточных вод от тяжелых металлов по заявляемому способу с использованием железной стружки и железного лома приведены в таблице.При использовании железного лома (по известному способу) в гальванической паре с коксом требуется загрузка более чем в 7 раз превышающая потребность в стружке, при этом расход электроэнергии на вращение реактора также возрастает приблизительно в 4,6 раза, ухудшаются условия работы реактора в следствие больших ударных нагрузок, а кроме всего не достигается необходимая степень очистки сточной воды (см.таблицу). При использовании железного лома резко уменьшается количество короткоэамкнутых гальванических элементов, сокращается количество обрэзующихся разнообразных активных соединений железа, значительная часть поверхности лома исключается иэ процесса очистки,Формул а и зоб рете ни я 1. Способ очистки аммонийсадержащих сточных вод от тяжелых металлов с использованием гальванической пары железо- кокс, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью1781179 10 Составитель Ю.федькушовТехред М.Моргентал Корректор Л,Лукач Редакт е акаэ 4250 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 повышения степени очистки, используют соотношение площадей поверхностей железа и кокса (1-10):1 при величине площади поверхности железа 3000-5000 см на литрг обрабатываемых сточных вод, причем процесс очистки осуществляют при рН 4,0-8,0.2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что железо используют в виде стружки.