CS269873B1

CS269873B1 - The way to prepare the suspension for iron removal and edmanganation of the science and equipment to convert it

Info

Publication number: CS269873B1
Application number: CS874019A
Authority: CS
Inventors: Artur Ing Csc Brodsky; Teofil Ing Csc Kulhavy; Jiri Doc Ing Csc Vlcek
Original assignee: Brodsky Artur; Kulhavy Teofil; Jiri Doc Ing Csc Vlcek
Priority date: 1987-06-02
Filing date: 1987-06-02
Publication date: 1990-05-14
Also published as: CS401987A1

Abstract

Způseb přípravy euepenze při odželeznování a odmanganování védy, při němž se suspenze tveří alkalizací a oxidací vzdušným kyslíkem za pemeci mechanického míchání. Veda obsahující dvojmocné ionty železa nebe manganu se mísí s alkalizačním činidlem. Pak se tato směs smísí ss vzduchem při gradientu míchání maximálně 500a“1 do dosazení stupně konverze nejméně 80%. Potom ee ke zpracovanému objemu přidá roztok pomocného flikulačnlhe činidla. Zařízení k převádění výěe popsaného způsobu přípravy suspenze při odželezneváni a edmanganevaní vody je tvořeno válcovou nádobou uzavřenou ve spodní části konickým dnem. Délka válcové části nádoby je rovna 2 až 3 násobkům průměru nádoby. V ose nádoby je umístěno jedno nebo více turbinových nebo lopatkových míchadel o průměru rovnému 0,28 až 0,40 násobku průměru nádoby. Pod nejspednějěí míchadlo je k jeho středu zaústěna tyubka (4) přívodu vzduchu a pod ní je do konického dna (2) zaústěna trubka (5) upravované vody, do níž je zaústěna trubka (7) přivedu ^lkalizačního činidla. V nejnižším místě konického dna (2) je umístěna edkalevací trubka (9). Válcová nádoba (l) je v horní části opatřena • přelivnou hranou (10) a ped ní je umístěna trubka (6) odvodu euepenze,do které je zavedena trubka (8) přívodu pomocného flokulantu. Zařízení a způsob najde použití všeobecně při úpravácho^Sech typů vod znečištěných Fe2+ nebo Mn ·A method for preparing a slurry for the deironing and demanganizing of sludge, in which a suspension is formed by alkalization and oxidation with atmospheric oxygen under mechanical stirring. Sludge containing divalent iron or manganese ions is mixed with an alkalizing agent. Then this mixture is mixed with air at a mixing gradient of maximum 500a"1 until a conversion degree of at least 80% is achieved. Then a solution of an auxiliary flocculating agent is added to the processed volume. The device for implementing the above-described method of preparing a suspension for deironing and demanganizing water is formed by a cylindrical container closed at the bottom by a conical bottom. The length of the cylindrical part of the container is equal to 2 to 3 times the diameter of the container. One or more turbine or blade stirrers with a diameter equal to 0.28 to 0.40 times the diameter of the container are placed in the axis of the container. An air supply tube (4) is connected to the center of the foremost stirrer, and below it a tube (5) of treated water is connected to the conical bottom (2), into which a tube (7) for supplying the alkalizing agent is connected. At the lowest point of the conical bottom (2) is placed softening pipe (9). The cylindrical container (1) is provided with an overflow edge (10) in the upper part and a pipe (6) for draining the effluent is placed in front of it, into which a pipe (8) for supplying the auxiliary flocculant is introduced. The device and method are generally used in the treatment of all types of water contaminated with Fe2+ or Mn.

Description

Vynález ee týká způsobu a zařízení přípravy suspenze při edželeznevání a odmanganování védy alkaližací a oxidací vzdušným kyslíkem na vícemocné hydratované oxidy železa a manganu za pomoci mechanického míchání.The invention relates to a method and device for preparing a suspension for the deironing and demanganizing of ore by alkalization and oxidation with atmospheric oxygen to polyvalent hydrated oxides of iron and manganese with the aid of mechanical stirring.

Při upravování vod znečištěných ionty ?e a Mn nebo i dalšími složkami, které jsou v nižším oxidačním stupni v podmínkách přírodních nebe odpadních vod rezpuotné, se postupuje obvykle tak, že se tyto látky po přídavku alkklizačního činidla zoxidují otgkem se vzdušným kyslíkem a vyloučená sraženina se dovede do stavu aeparevatelnéhe od vodní fáze některým z níže uvedených způsobů. K oxidaci se běžně používá náplňových kolon nebo rozstřikovacích trysek a nebo zařízení k barbotáži zaváděním vzduchu do vody přes fritový element k dosažení co nejtěsnějšího styku obou fází. Vylučovaná tuhá fáze však spolu o nečistotami z vody v krátké době ucpává průchody zařízení, funkce se zhoršuje až k úplnému zastavení. Zařízení je nutno pravidelně odstavovat k čištění. Při vysokém obsahu těchto látek v upravované vodě jeou uvedená zařízení nepoužitelná. Jiný typ použivatelného zařízení jsou vrtulové aerátory. Vrtule umístěná nízko pod hladínoauupravováné vody vytváří prudkým otáčením vítr, ve kterém dochází k Intenzivnímu styku ee vzduchem. Toto zařízení má dobrou účinnost provzdušnění jen při vyšších otáčkách vrtule, avšak odpovídající gradient rychlosti míchání je příliš vysoký pro optimální tvorbu částic vznikající suspenze, nehledá k tomu, že nelze operativně přisunovat potřebná množství vzdušného kyslíku při obvyklém kolísání obsahu dvejmocných iontů železa nebo manganu v upravované vědí a nebo při kolísavém průtoku.When treating water contaminated with ions of ?e and Mn or other components that are soluble in a lower oxidation state in natural or wastewater conditions, the procedure is usually as follows: after adding an alkalizing agent, these substances are oxidized by reaction with atmospheric oxygen and the precipitate is brought to a state that can be evaporated from the water phase by one of the methods listed below. For oxidation, packed columns or spray nozzles or devices for bubbling are commonly used by introducing air into the water through a frit element to achieve the closest possible contact between the two phases. However, the solid phase that is excreted, together with impurities from the water, clogs the passages of the device in a short time, and the function deteriorates to the point of complete stoppage. The device must be regularly shut down for cleaning. If the content of these substances in the treated water is high, the devices listed are unusable. Another type of usable device is propeller aerators. The propeller, located low below the surface of the treated water, creates a wind by rotating rapidly, in which intensive contact with air occurs. This device has good aeration efficiency only at higher propeller speeds, but the corresponding mixing speed gradient is too high for optimal particle formation of the resulting suspension, which means that it is not possible to operationally introduce the necessary amounts of air oxygen during the usual fluctuations in the content of divalent iron or manganese ions in the treated water or during fluctuating flow rates.

V chemických výrobách jsou znány reaktory pro heterogenní reakce látek v kapalné fázi, využívající dispergačních míchadel k rozptýlení plynného činidla do reakčního prostoru k dosažení velkého fázového rozhraní. Je znám reaktor e dispergačním míchadlem pro vsádkové stripování těkavých monomerů z latexu vodní parou nebo inertním plynem. Konstrukce tohoto reaktoru je zaměřena na dosahování maximálního stupně disperze plynné fáze v kapalné, čehož se dosahuje vysokou frekvencí otáčení dispérgačníhe míchadla. Pro edželeznevání a odmanganování upravovaných vod je však tato koncepce nevyhovující, protože vysoký počet otáček míchadla vyžaduje jednak velký příkon energie k pohonu míchadla, neúměrný relativně malému množství přiváděného do vzduchu k oxidaci složek v upravované vodě a jednak míchadlo při vyšších otáčkách vytváří vysoký gradient rychlosti e velkými střižnými silami vůči vznikající tuhé fázi. To má negativní vliv na následující separaci, protože vlečková tříSt obtížně sedimentu je.In chemical production, reactors for heterogeneous reactions of substances in the liquid phase are known, using dispersing stirrers to disperse a gaseous agent into the reaction space to achieve a large phase interface. A reactor with a dispersing stirrer is known for batch stripping of volatile monomers from latex with steam or inert gas. The design of this reactor is aimed at achieving the maximum degree of dispersion of the gas phase in the liquid, which is achieved by a high frequency of rotation of the dispersing stirrer. However, this concept is unsuitable for the removal of iron and manganese from treated water, because the high number of revolutions of the stirrer requires, on the one hand, a large energy input to drive the stirrer, disproportionate to the relatively small amount fed into the air to oxidize the components in the treated water, and, on the other hand, the stirrer at higher revolutions creates a high velocity gradient with large shear forces against the resulting solid phase. This has a negative effect on the subsequent separation, because the tailings are difficult to sediment.

Uvedené nedostatky řeSí způsob a zařízení přípravy suspenze při odželezňování a odmanganování vody alkalizací a oxidací vzdušným kyslíkem na vícemocné hydratované oxidy železa a manganu za pomoci mechanického míchání podle vynálezu, jehož podstatou je, že voda obsahující dvojmocné ionty železa nebe manganu se smísí a alkalizačním činidlem, například s hydroxidem vápenatým nebo sodným. Tato směs se mísí maximálně 500 s^-1 do dosažení stupně konverze nejméně 80 Potom se ko zpracovanému objemu přidá roztek pomocného flokulačního prostředku.The above-mentioned shortcomings are solved by a method and device for preparing a suspension for deironing and demanganizing water by alkalization and oxidation with atmospheric oxygen to polyvalent hydrated iron and manganese oxides using mechanical mixing according to the invention, the essence of which is that water containing divalent iron or manganese ions is mixed with an alkalizing agent, for example with calcium or sodium hydroxide. This mixture is mixed for a maximum of 500 s ^-1 until a conversion degree of at least 80 is achieved. Then, a solution of an auxiliary flocculation agent is added to the processed volume.

Podstatou zařízení k provádění způsobu podle vynálezu je, že sestává z válcové nádoby s kónickým dnem, u které je délka válcové části rovna 2 až 3 náaobku průměru. V ose nádoby je umístěno jedno nebo více turbinových nebe lopatkových míchadel. Průměr každého míchadla je roven 0,28 až 0,40 násobku průměru nádoby. Pod nejapodnější míchadlo je k jeho středu zaústěna trubka přívodu vzduchu. Pod zaústěnou trubkou přívodu vzduchu je v kónickém dně zaústěna trubka přívodu alkalizačníhe činidla. Kónické dno je v nejnižším místě opatřeno odaklovací trubkou. Horní část nádoby je opatřena předivnou hranou odvedu suspenze, do které je zavedena trubka přívodu pomocného flokulantu.The essence of the device for carrying out the method according to the invention is that it consists of a cylindrical container with a conical bottom, in which the length of the cylindrical part is equal to 2 to 3 times the diameter. One or more turbine or paddle stirrers are placed in the axis of the container. The diameter of each stirrer is equal to 0.28 to 0.40 times the diameter of the container. An air supply pipe is opened to its center under the lowest stirrer. An alkalizing agent supply pipe is opened in the conical bottom under the opened air supply pipe. The conical bottom is provided with a descaler pipe at the lowest point. The upper part of the container is provided with a threaded edge for draining the suspension, into which the auxiliary flocculant supply pipe is introduced.

Zařízení je tvořeno válcovou nádobou 1, uzavřenou kónickým dnem 2, u které je délka válcové nádoby rovna 2 až 3 násobkům průměru nádoby 1 a v ose nádoby je umístěno jedno nebo více turbinových nebo lopatkových míchadel 2» přiíemž průměr každého míchadla je roven 0,28 až 0,4 násobku průměru nádoby 1, .The device consists of a cylindrical container 1, closed by a conical bottom 2, in which the length of the cylindrical container is equal to 2 to 3 times the diameter of the container 1 and one or more turbine or blade stirrers 2 are placed in the axis of the container, with the diameter of each stirrer being equal to 0.28 to 0.4 times the diameter of the container 1.

Pod nejspodnější míchadlo 3 je k jeho středu zaústěna trubka £ přívodu vzduchu a pod trubkou přívodu vzduchu je do konického dna 2 zaústěna trubka 2 přívodu upravované vody. Do trubky 5. je zaústěna trubka 7 přívodu alkalizačníhe činidla, přičemž v nejnižším místě kónického dna 2 je umístěna odkalovací trubka 9. Válcová nádoba 1 je v horní části opatřenaBelow the lowest agitator 3, an air supply pipe £ is connected to its center, and below the air supply pipe, a treated water supply pipe 2 is connected to the conical bottom 2. A pipe 7 for the supply of the alkalizing agent is connected to the pipe 5, while a sludge discharge pipe 9 is located at the lowest point of the conical bottom 2. The cylindrical container 1 is provided in the upper part with

CS 269 873 Bl přelivnou hranou 10 a pod přelivnou hranou 10 je umístěna trubka £ od bodu suspenze, do které je zavedena trubka 8 přívodu pomocného flokulantu.CS 269 873 B1 overflow edge 10 and below the overflow edge 10 there is placed a pipe £ from the suspension point, into which a pipe 8 for supplying the auxiliary flocculant is introduced.

Upravovaná voda se do válcové nádoby 1 přivádí trubkou 2 přívodu upravované vody. Do přiváděné upravované vody se přidává alkalizační činidlo, například hydroxid sodný nebo vápenatý, které se přivádí trubkou 7 přívodu alkalizačního činidla. Vzduch potřebný k oxidaci iontů Pe²⁺ nebo Mn²⁺ obsažených v upravované vodě se přivádí trubkou £ přívodu vzduchu za současného míchání obsahu nádoby míchadly J. V upravované vodě dochází k postupné oxidaci iontů Pe²⁺ nebo Mn²⁺ a zároveň k vylučování nízkerozpustných hydroxidů těchto kovů ve formě jemné disperze. Upravovaná veda. opouStí válcovou nádobull přes přelivnou hranu 10 a je odváděna ze zařízení trubkou £ odvodu suspenze. Do trubky 6 odvodu suspenze je přiváděn pomocný flekulant trubkou 8 přívodu pomocného flekuluntu, který zajistí požadované dotvoření suspenze do dobře sedimentujíoí formy.The treated water is fed into the cylindrical vessel 1 through the treated water inlet pipe 2. An alkalizing agent, for example sodium or calcium hydroxide, is added to the fed treated water, which is fed through the alkalizing agent inlet pipe 7. The air required for the oxidation of the Pe ²⁺ or Mn ²⁺ ions contained in the treated water is fed through the air inlet pipe £ while the contents of the vessel are stirred by the stirrers J. In the treated water, the Pe ²⁺ or Mn ²⁺ ions are gradually oxidized and at the same time the poorly soluble hydroxides of these metals are precipitated in the form of a fine dispersion. The treated water leaves the cylindrical vessel through the overflow edge 10 and is discharged from the device through the suspension discharge pipe £. An auxiliary flocculent is fed into the suspension discharge pipe 6 through the auxiliary flocculent inlet pipe 8, which ensures the desired completion of the suspension into a well-sedimenting form.

Výhodou popsaného způsobu a zařízení přípravy sespenze při odželeznování a odmanganování vody alkalizací a oxidací vzdušným kyslíkem na vícemocné hydratované oxidy železa a manganu za pomoci mechanického míchání podle vynálezu je, že umožňuje kontinuální přípravu suspenze z vylučovaných hydratovaných oxidů železa a manganu v optimální formě. Z hlediska následné separace sedimentu upravované vody je možno přizpůsobovat množství vzduchu k oxidaci redukujících látek přesně obsahu i při značném jeho kolísání a proměnlivém množství vody, a te bez nebezpečí poruch, způsobených sníženou průchodností rozdělovacího systému plynné fáze do kapalné. Systém umožňuje řízení oxidačních reakcí tak, aby oxidace proběhla zhruba účinností 80 až 90 % na výstupu ze zařízení a aby pro zbývající neoxidované ionty byla zásoba rozpuštěného kyslíku v takovém množství, aby konverze mohla být dokončena v rámci separační fáze.The advantage of the described method and device for preparing a suspension during the deironing and demanganizing of water by alkalization and oxidation with air oxygen to polyvalent hydrated iron and manganese oxides with the help of mechanical mixing according to the invention is that it allows continuous preparation of a suspension from the precipitated hydrated iron and manganese oxides in an optimal form. From the point of view of the subsequent separation of the sediment of the treated water, it is possible to adjust the amount of air for the oxidation of reducing substances to the exact content even with significant fluctuations in its content and a variable amount of water, and now without the risk of malfunctions caused by reduced permeability of the gas-to-liquid phase distribution system. The system allows controlling oxidation reactions so that oxidation occurs with an efficiency of approximately 80 to 90% at the outlet of the device and so that the supply of dissolved oxygen for the remaining unoxidized ions is in such an amount that the conversion can be completed within the separation phase.

U vod s vysokým obsahem dvojmocných. iontů, železa, zejména manganu, lze s výhodou použít kaskádového zapojení více oxidačních prostorů za sebou. Dosáhne se tím úspory investičních i provozních nákladů. V těchto případech se údaje o stupni konverze a hodnotě pH vztahují k údajům z výstupu z posledního oxidačního prostoru. Způsob přípravy suspenze je vysvětlen na následujících případech.In waters with a high content of divalent ions, iron, especially manganese, it is advantageous to use a cascade connection of several oxidation chambers one after the other. This will save investment and operating costs. In these cases, the data on the degree of conversion and pH value refer to the data from the output of the last oxidation chamber. The method of preparing the suspension is explained in the following cases.

Příklad 1Example 1

Odpadní důlní voda s obsahem 30 mg . 1^-3, Pe²⁺ a 2 mg . 1^ Mn²⁺ a s pH 6,5 byla upravena v jednostupňovém oxidačním reaktoru o objemu 0,08 m^, který byl konstruován jako válec o průměru 0,37 m, výše kapaliny 0,74 m, s průměrem míchadla 0,12 m. Míchadlo bylo umístěno ve vzdálenosti 0,14 m od spodní hrany válcové části reaktoru. Intenzita provzdušnění byla 0,1 m^ vzduchu na 1 m^ vody, doba zdržení v reaktoru byla 9 minut. Alkalizace byla provedena vápnem dávkou 1,9 mol . m^ do vody vstupující do reaktoru. K vytvořené bbspenzi byl na výstupu z reaktoru dávkován pomocný flekulant na bázi polyakrylamidu v množství 0,13 g . m“\ Po odseparování tuhé fáze obsahovala upravená veda za reaktorem 3,0 mg . I^-1 Pe²⁺ a 0,4 mg . 1^-^ Mn²⁺ a pH o hodnotě 8,5.Waste mine water containing 30 mg . 1 ^-3, Pe ²⁺ and 2 mg . 1^ Mn ²⁺ and with pH 6.5 was treated in a single-stage oxidation reactor with a volume of 0.08 m^, which was constructed as a cylinder with a diameter of 0.37 m, a liquid height of 0.74 m, with a stirrer diameter of 0.12 m. The stirrer was placed at a distance of 0.14 m from the lower edge of the cylindrical part of the reactor. The aeration intensity was 0.1 m^ of air per 1 m^ of water, the residence time in the reactor was 9 minutes. Alkalization was carried out with lime at a dose of 1.9 mol . m^ to the water entering the reactor. An auxiliary flocculant based on polyacrylamide was dosed to the formed suspension at the outlet of the reactor in an amount of 0.13 g . m“\ After separation of the solid phase, the treated effluent after the reactor contained 3.0 mg. I ^-1 Pe ²⁺ and 0.4 mg. 1 ^- ^ Mn ²⁺ and a pH of 8.5.

Příklad 2Example 2

Odpadní důlní voda obsahovala 50 až 70 mg . I⁴* iontů Pe a pH rovné 6,5. Tato voda byla upravena v jednestupňovém reaktoru é objemu 19,3 m^, který byl konstruován jako válec o průměru 2,31 m s výškou kapaliny 4,62 m s průměrem míchadla 0,77. Míchadlo bylo umístěno ve vzdálenosti 1-1 m od spodní hrany válcové části reaktoru. Intenzita provzdušnění byla 4 minuty a dávka vápna přidávaná k surové vodě na vstupu do reaktoru byla 2,2 mol . m~\ K vytvořená suspenzi byl na výstupu z reaktoru dávkován pomocný flekulant na bázi polyakrylamiůu, v mnežstí 0,2 g . m“\ Po odseparování tuhé fáze obsahovala upravená veda za reaktorem 3,4 mgPe²⁺ na litr při hodnotě pH 8,9.The mine waste water contained 50 to 70 mg. I ⁴ * of Pe ions and a pH of 6.5. This water was treated in a single-stage reactor with a volume of 19.3 m^, which was constructed as a cylinder with a diameter of 2.31 m, a liquid height of 4.62 m and a stirrer diameter of 0.77. The stirrer was placed at a distance of 1-1 m from the lower edge of the cylindrical part of the reactor. The aeration intensity was 4 minutes and the dose of lime added to the raw water at the reactor inlet was 2.2 mol. m~\ An auxiliary flocculant based on polyacrylamide was dosed to the formed suspension at the reactor outlet, in an amount of 0.2 g. m“\ After separation of the solid phase, the treated water after the reactor contained 3.4 mgPe ²⁺ per liter at a pH of 8.9.

Vynález najde použití všeobecně při úpravách všech typů ve znečistěných Pe²⁺ a Mn²⁺.The invention finds general application in the treatment of all types of contaminated Pe ²⁺ and Mn ²⁺ .

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

1. A method for preparing a suspension for the deironing and demanganizing of water by alkalization and oxidation with atmospheric oxygen with the formation of multivalent hydrated oxides of iron and manganese with the aid of mechanical stirring, characterized in that the water contains divalent iron ions or

CS 269 873 Bl manganese is mixed with an alkalizing agent, for example with calcium or sodium hydroxide, so that the pH value of the resulting suspension is within the range of values 7.5 to 10 and this mixture is mixed with air at a mixing gradient of maximum 500 s ^-1 until a conversion degree of at least 30% is achieved, then a solution of an auxiliary flocculating agent is added to the processed volume in an amount of 0.1 to 1.0 mg . 1 ~\ for example of the polyacrylamide type.

2. Device for carrying out this method according to item 1, characterized in that it consists of a cylindrical container (1), closed in the upper part by a conical bottom (2), wherein the length of the cylindrical part of the container (1) is equal to 2 to 3 times the diameter of the container (1) and one to three turbine or blade stirrers (3) are placed in the axis of the container (1), wherein the diameter of each stirrer (3) is equal to 0.28 to 0.40 times the diameter of the container (1) and under the lowermost stirrer (3) a pipe (4) is opened to its center for supplying air and under the pipe (4) for supplying air a pipe (5) for supplying treated water is opened to the conical bottom (2) and a pipe (7) for supplying alkalizing agent is opened to the bottom (5), wherein a sludge discharge pipe (9) is placed at the lowest point of the conical bottom (2), wherein the cylindrical container (1) is provided with an overflow edge (10) in the upper part and a suspension discharge pipe (6) is located below the overflow edge (10), into which a pipe (8) for supplying the auxiliary flocculant is introduced.