RU1781179C - Способ очистки аммонийсодержащих сточных вод от т желых металлов - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени : при посто нном перемешивании и регулировании рН сточную воду пропускают через смесь железной стружки и кокса при соотношении площадей поверхностей железной стружки и кокса

Description

Изобретение относитс  к способам очистки промышленных сточных вод, в частности , к очистке сточных вод, содержащих аммиак, от соединений т желых металлов, например, меди, цинка, хрома, никел , кадми .

Целью способа  вл етс  повышение 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 пределах 3000-5000 см2 на 1 л очищаемой воды и процесс очистки ведут при рН 4,0-8,0.

Способ осуществл ют следующим образом .

Сточные воды, содержащие аммиак и т желые металлы, подают в реактор, где находитс  смесь железной стружки и кокса при соотношении площадей их поверхностей (1-10):1 и площади поверхности железной стружки 3000-5000 см2/л очищаемой сточной воды. Кокс ввод т в реактор размельченным , в виде гранул диаметром 2-3 мм. Реактор посто нно вращают, в результате чего происходит перемешивание загрузки со сточной воды и насыщение реакционной смеси кислородом воздуха. При подаче сточной воды в реактор определ ют значение рН. В случае отклонени  этого значени  от 4,0-8,0 в воду добавл ют щелочь или кислоту до создани  необходимого значени  рН. Размеры реактора рассчитывают таким образом, чтобы врем  прохождени  сточной воды от ввода до выхода из реактора составл ло приблизительно 20 мин. Очищенную воду из реактора подают в сборник, откуда направл ют дл  повторного использовани  в производство или сбрасывают в канализационную систему или водоем без угрозы их загр знени . При осуществлении способа кокс загружают в реактор одноразово, пополнени  его не

у

fe

4 00

J Ю

требуетс , так как в ходе процесса он не расходуетс . Железную стружку по мере её расходовани  периодически погружаетс  в реактор.

Благопри тные услови  протекани  процессов обеспечиваютс , когда рН среды находитс  в пределах 4,0-8,0, соотношение площадей поверхностей железной стружки и кокса составл ет (1-10):1, а площадь поверхности железной стружки находитс  в пределах 3000-5000 см /л обрабатываемой воды.

Результаты опытов по очистке аммо- нийсодержащих сточных вод от т желых металлов при различных исходных величинах рН приведены в примерах 1-5. Из полученных данных следует, что полное и быстрое извлечение т желых металлов из сточных вод осуществл етс  при значени х рН 4,0- 8,0, при значени х рН 4,0 и рН 9,0 не происходит разрушение аммиакатов т желых металлов и качество очистки резко ухудшаетс .

В экспериментах, описанных в примерах 6-9, исследовались оптимальные соотношени  площадей поверхностей железной стружки и кокса. Опытным путем получено, что эффективнее всего очистка сточных вод происходит при соотношении площадей поверхностей железной стружки и кокса (1- 10):1, при соотношении глощадей поверхностей меньше, чем 1:1 процесс очистки резко замедл етс  из-за малого количества образующихс  разнообразных соединений железа, соответственно качество очистки ухудшаетс . Увеличение соотношени  площадей выше 10:1 также замедл ет процесс и снижает степень очистки воды. Это св зано с уменьшением количества , образующихс  при смешении железной стружки и кокса, короткозамкну- тых гальванических элементов.

Кроме того, опытным путем исследовалось вли ние на очистку аммонийсодержа- щих сточных вод от т желых металлов площади поверхности железной стружки на единицу обрабатываемой воды. Результаты опытов представлены в примерах 10-13. Экспериментально било определено, что наиболее эффективно процесс идет при площади железной стружки 3000-5000 см /л обрабатываемой воды. При площади поверхности железной стружки меньшей 3000 см2 процесс очистки резко замедл етс  из-за малого количества образующихс  разнообразных соеди ний железа. Увеличение площади поверхности железной стружки больше 5000 см2 не сказываетс  на улучшении процесса очистки, а приводит к увеличению объема реактора Это объ сн етс  тем, что часть поверхности стружки исключаетс  из процесса очистки.

Пример 1. Промышленную сточную воду производства печатных плат приборостроительного завода, содержащую ионы цинка, меди, хрома, никел , кадми  и аммони  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 находит0 с  смесь железной стружки и кокса, при соотношении площадей их поверхностей равном 4:1 и при площади поверхности железной стружки равной 4000 см на 1 л очищаемой сточной воды. Контактирование

5 воды со смесью стружки и кокса осуществл ют при непрерывном перемешивании в течение 20 мин. Полученную суспензию подвергают фазовому разделению в отстойнике . Очищенна  вода содержит ионы цин0 ка, никел  и кадми  в количестве 0,001; 0,001 и 0,002 мг/л соответственно. Ионов меди и хром в очищенной воде не обнаружено Очищенна  вода имеет рН 7,7. В процессе очистки увеличени  жесткости и

5 содержани  не происходит. Расход железной стружки на очистку 1 л сточной воды составил 155 мг.

Пример 2. Промышленную сточную воду производства печатных плат приборо0 строительного завода, содержащую ионы цинка, меди, хрома, никел , кадми  и аммони  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 анало5 гично примеру 1. Очищенна  вода содержит ионы цинка, меди, хрома, никел  и кадми  в количествах 0,015; 0,010; 0,020; 0,15; 0,065 мг/л соответственно. Значение рН очищенной воды - 6,5. Увеличение жесткости и со0 лесодержани  не происходит. Расход железной стружки на очистку 1 л сточной воды составл ет 180 мг.

Пример 3. Промышленную сточную воду, содержащую ионы цинка, меди, хрома,

5 никел , кадми  и аммони  в количествах 15,40; 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, никел  и кадми  в очи0 щенной воде составл ет 0,010; 0,005; 0,010 и 0,025 мг/л соответственно. Ионов хрома не обнаружено. Значение рН 7,9. Увеличени  жесткости и солесодержани  не происходит . Расход железной стружки 145 мг на

5 1 л очищаемой воды.

Пример 4. Промышленную сточную воду производства печатных плат, содержащую ионы цинка меди, хрома, никел , кадми  и аммони  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, никел , кадми  - 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.

Пример 5. Сточную воду производства печатных плат, содержащую ионы цинка меди, хрома, никел , кадми  и аммони  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, никел  и кадми  0,220; 0,180; 0,210; 0,260 мг/л соответственно . В тоже врем  ионов хрома не обнаружено. Вода имеет щелочную реакцию - значение рН 8,6. Расход железной стружки на обработку 1 л воды 100 мг.

Пример 6. Сточную воду состава согласно примера 1 обрабатывают аналогично этому же примеру. Соотношение площадей поверхностей железной стружки и кокса в их смеси, наход щейс  в реакторе, равно 10:1. Очищенна  вода содержит ионы цинка, никел  и кадми  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 солесо- держани  воды в процессе ее обработки не происходит. Расход железной стружки на очистку 1 л сточной воды 150 мг.

Пример 7. Сточную воду состава согласно примера 1 обрабатывают аналогично этому же примеру. Соотношение площадей поверхностей железной стружки и кокса в их смеси, наход щейс  в реакторе, равно 1:1. Вода после очистки содержит 0,025; 0,020; 0.015 и 0,050 мгУл ионов цинка, меди, никел  и кадми  соответственно. VloHOB хрома не обнаружено. рН очищенной воды 7,3. Увеличение жесткости и солесо- держани  воды в процессе ее обработки не происходит. Расход железной стружки-145 мг на 1 л обрабатываемой воды.

Пример 8. Сточную воду состава согласно примера 1 обрабатывают аналогично этому же примеру. Соотношение площадей поверхностей железной стружки и кокса в их смеси: наход щейс  в реакторе, равно 0,8:1. Обработанна  воца имеет высокую концентрацию ионов цинка, меди хрома и кадми  - 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- 110мг.

Пример 9. Сточную воду состава согласно примера 1 обрабатывают аналогично этому же примеру. Соотношение 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, никел  и кадми  - 0,90; 0,100; 0,430; 9,730 и 0,620 мг/л соответственно. Значение рН воды после ее обработки составл ет 7,0. Расход железной стружки - 105 мг на 1 л

0 обрабатываемой воды.

Пример 10. Сточную воду состава согласно примера 1 обрабатывают аналогично этому же примеру. Соотношение площадей поверхностей железной стружки и

5 кокса в их смеси в реакторе равно 4:1, а поверхность железной стружки при этом составила 3000 см2 на 1 л обрабатываемой воды. Очищенна  вода содержит ионы цинка , никел  и кадми  в концентраци х 0,002;

0 0,002 и 0,005 мг/л соответственно . рН очищенной воды 7,4. Увеличени  жесткости и солесодержани  очищенной воды не происходит . Расход железной стружки - 130 мг на 1 л очищаемой воды.

5 Пример 11. Сточную воду состава согласно примера 1 обрабатывают аналогично этому же примеру. Поверхность железной стружки при этом составл ла 5000 см на 1 л обрабатываемой воды. Очищен0 на  вода содержит ионы цинка, никел  и кадми  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

5 1 л обрабатываемой воды, Увеличени  жесткости и солесодержани  очищенной воды не происходит.

Пример 12. Сточную воду состава согласно примера 1 обрабатывают анало0 гично этому же примеру. Поверхность железной стружки при этом составл ла 20000 см2 на 1 л обрабатываемой воды. Вода после обработки содержит большое количество ионов цинка, меди, хрома, никел  и кадми 

5 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. Увеличени  жесткости и солесодержани  воды в ходе обработки не

0 происходит.

Пример 13. Сточную воду состава согласно примера 1 обрабатывают аналогично этому же примеру. Поверхность железной стружки при этом составл ла - 6000..

5 см2 на 1 л обрабатываемый воды . Очищенна  вода содержит ионы цинка, хрома, никел  и кадми  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. Увеличени  жесткости

и солесодержанй  воды в ходе обработки не происходит. Расход железной стружки 180 мг на 1 л очищаемой воды.

Были проведены сопоставительные эксперименты , при этом использовали одну и туже промышленную воду, имеющую рН 5,5 соотношение площадей поверхности железной стружки {или лома) и кокса равн лось 4-1, площадь поверхности железной стружки (лома) соответствовала 4000 см2 на литр очищаемой сточной воды. Результаты опытов представлены в примерах 14 и 15, а также в таблице сравнительных данных.

Пример 14. Промышленную сточную воду производства печатных плат приборо- строительного Завода, содержащую ионы цинка, меди, хрома, никел , кадми  и аммони  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 находитс  смесь железной стружки и кокса при соотношении площадей их поверхностей равном 4:1 и при площади поверхности железной стружки равной 4000 см2 на 1 л очищаемой сточной воды,

Используема  стружка имела среднюю толщину 0,40 мм и площадь поверхности 1 г стружки 6,92 см2. Гранулы кокса имели средний диаметр 2,50 мм площадь поверхности 1 г - 19,20 см2. Дл  обеспечени  вы- шеуказанных условий в реактор необходимо было предварительно загрузить 578,0 г железной стружки и 52,1 г гранул кокса в расчете на 1 л очищаемых сточных вод.

Контактирование воды со смесью стружки и кокса осуществл ют при непре- рывнбм перемешивании в течение 20 мин. Полученную суспензию подвергают фазовому разделению в отстойнике. Очищаема  вода содержит ионы цинка, никел  и кадми  в количествах 0,001; 0,001 и 0,002 мг/л соответственно . Ионов меди и хрома в очищенной воде не обнаружено. Очищенна  вода имеет рН 7,5. В процессе очистки увеличе- нй  жесткости и содержани  не происходит. Расход железной стружки на очистку 1 л сточной воды составил 160 мг.. Расход электроэнергии на вращение реактора 0,05 Вт хч/л. Степень очистки от меди и хрома соста- вила 100%, от цинка и никел  по 99,99%, а от кадми  99,94%.

Пример 15. Промышленную сточную воду состава согласно примера 14 подают в реактор, где находитс  железный лом и гра- нулы кокса при соотношении площадей их поверхностей равном 4:1 и при площади поверхности железного лома равной 40000 см2 на 1 л очищаемой сточной воды.

В качестве лома используют куски железа , имеющие неопределенную, самую разнообразную форму: бруски, стержни и т.д. Средн   площадь поверхности 1 грамма железного лома составила 0,96 см . Гранулы кокса имели характеристики согласно примера 14.

Дл  обеспечени  площади поверхности железного лома равной 4000 см2 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 осуществл ют при непрерывном перемешивании в течение 20 мин. Полученную суспензию подвергают фазовому разделению в отстойнике. Обработанна  вода имеет высокую концентрацию ионов цинка, меди, хрома, никел  и кадми , 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 - 0,23 Вт-ч/л.

Степень очистки от цинка, меди, хрома, никел  и кадми  составила 90,0. 956,1; 98,0; 80,0 и 85,1 % соответственно.

Следует отметить, что использование железного лома привело к быстрому выходу из стро  электродвигател  и корпуса реактора вследствие больших ударных нагрузок вызываемых вращением аппарата.

Сравнительные экспериментальные данные по очистке аммони  сточных вод от т желых металлов по за вл емому способу с использованием железной стружки и железного лома приведены в таблице.

При использовании железного лома (по известному способу) в гальванической паре с коксом требуетс  загрузка более чем в 7 раз превышающа  потребность в стружке, при этом расход электроэнергии на вращение реактора также возрастает приблизительно в 4,6 раза, ухудшаютс  услови  работы реактора в следствие больших ударных нагрузок, а кроме всего не достигаетс  необходима  степень очистки сточной воды (см.таблицу). При использовании железного лома резко уменьшаетс  количество корот- козамкнутых гальванических элементов, сокращаетс  количество образующихс  разнообразных активных соединений железа , значительна  часть поверхности лома исключаетс  из процесса очистки.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и  

1. Способ очистки аммонийсодержащих сточных вод от т желых металлов с использованием гальванической пары железо- кокс, отличающийс  тем, что, с целью

повышени  степени очистки, используют соотношение площадей поверхностей железа и кокса (1-10):1 при величине площади поверхности железа 3000-5000 см на литр

обрабатываемых сточных вод, причем процесс очистки осуществл ют при рН 4.0-8,0. 2. Способ по п.1,отличающийс  тем, что железо используют в виде стружки.