RU2128147C1

RU2128147C1 - Method of removing hardness ions from water

Info

Publication number: RU2128147C1
Application number: RU97121254A
Authority: RU
Inventors: А.К. Самсонов; О.П. Чернова
Original assignee: Государственное монтажное пуско-наладочное предприятие "Экология"
Priority date: 1997-12-23
Filing date: 1997-12-23
Publication date: 1999-03-27

Abstract

FIELD: water treatment. SUBSTANCE: invention relates to waste waters, return waters, car washes, and breakthrough waters in metallurgical and chemical industries. Preliminarily, phosphate-containing reagent in quantity 120% of its stoichiometrically required quantity is added to waste water with high hardness salts' concentration. Water is then fed into purification apparatus where, in contact with mixture constituted by iron-coke galvanic couple and air oxygen at stirring, calcium, magnesium, and iron phosphates are precipitated and iron hydroxide sorbent is simultaneously formed. Purified solution containing suspended impurities is further filtered. EFFECT: simplified procedure and reduced cost. 1 tbl, 4 ex

Description

Изобретение относится к очистке воды от ионов жесткости и может быть использовано для очистки сточных, оборотных вод металлургических, машиностроительных и др. производств, а также вод автомоек. The invention relates to the purification of water from stiffness ions and can be used for the treatment of wastewater, recycled water from metallurgical, engineering and other industries, as well as water from car washes.

Известны реагентные способы очистки воды от ионов жесткости (умягчение воды), заключающиеся в обработке воды содой, известью, фосфатами и др. реагентами [1]. Known reagent methods for purifying water from hardness ions (water softening), which consist in treating water with soda, lime, phosphates and other reagents [1].

Недостатком данного способа является большое количество применяемой аппаратуры: смесители, камеры проведения реакции и коагуляции осадка, аппараты для фильтрования воды. Кроме того, добавление очищаемых реагентов, хотя и снижает общую минерализацию воды, приводит к накоплению избыточных не подвергающихся осаждению ионов, что создает необходимость ведения дополнительного этапа очистки воды методом ионного обмена. The disadvantage of this method is the large number of equipment used: mixers, reaction chambers and coagulation sediment, apparatus for filtering water. In addition, the addition of purified reagents, although it reduces the total mineralization of water, leads to the accumulation of excess non-precipitated ions, which creates the need for an additional stage of water purification by ion exchange.

Известны способы очистки воды от ионов жесткости электрохимическим способом, где очистку воды ведут при последовательной обработке ее в анодной и катодной камерах диафрагменного электролизера с добавлением туда медного купороса и порошка металлического железа в присутствии магнитного поля [2]. Known methods of purifying water from stiffness ions by the electrochemical method, where water is purified by sequentially treating it in the anode and cathode chambers of a diaphragm electrolyzer with copper sulfate and metallic iron powder added in the presence of a magnetic field [2].

Недостатком указанного способа является высокий расход электроэнергии и, следовательно, высокая стоимость процесса. The disadvantage of this method is the high energy consumption and, therefore, the high cost of the process.

Наиболее близким к заявленному изобретению является способ очистки сточных вод от ионов жесткости и ионов цветных металлов, который заключается в контакте очищаемой воды с кислородом воздуха и компонентами гальванопары железо-кокс при перемешивании. После протекания процесса очистки в статическом режиме в течениe 24 ч количество кальция в воде снижается на 50-60% [3] . Closest to the claimed invention is a method of treating wastewater from stiffness ions and non-ferrous metal ions, which consists in contacting the water to be purified with atmospheric oxygen and iron-coke galvanic couple components with stirring. After the purification process proceeds in a static mode for 24 hours, the amount of calcium in water decreases by 50-60% [3].

Недостатком способа является низкая степень извлечения кальция из воды и длительное время обработки, тем более, что при переходе от статического к динамическому режиму параметры очистки будут значительно снижаться. The disadvantage of this method is the low degree of extraction of calcium from water and a long processing time, especially since when switching from static to dynamic mode, the cleaning parameters will significantly decrease.

Задачей предлагаемого изобретения является увеличение эффективности процесса очистки воды: повышение степени очистки и интенсификации процесса. The objective of the invention is to increase the efficiency of the water treatment process: increasing the degree of purification and intensification of the process.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе, где очистку воды от ионов жесткости и цветных металлов ведут в поле гальванопары железо-кокс, контактирующeй с водой и кислородом воздуха, но в очищаемую воду предварительно вводят фосфатсодержащий реагент. The problem is achieved in that in the known method, where water is purified from stiffness ions and non-ferrous metals, iron-coke is contacted in the galvanic couple field, which is in contact with water and oxygen, but a phosphate-containing reagent is preliminarily introduced into the water to be purified.

Суть происходящих процессов заключается в следующем: при контакте очищаемого раствора с компонентами гальванопары, имеющими различные электрохимические потенциалы, при перемешивании образуется короткозамкнутая гальваническая пара, где железо подвергается анодному растворению и переходит в раствор в виде иона Fe (II), далее при взаимодействии с кислородом воздуха Fe (II) окисляется до Fe (III). Параллельно этому на катоде идет образование гидроксогрупп и образуется оксигидрат железа (III), который выполняет роль сорбента примесей. The essence of the processes is as follows: upon contact of the solution to be cleaned with galvanic couple components having different electrochemical potentials, a short-circuited galvanic pair is formed with stirring, where iron undergoes anodic dissolution and passes into the solution in the form of an Fe (II) ion, then when interacting with atmospheric oxygen Fe (II) is oxidized to Fe (III). In parallel with this, hydroxo groups are formed at the cathode and iron (III) oxyhydrate is formed, which acts as an impurity sorbent.

При добавлении фосфатсодержащих реагентов к очищаемому раствору в количестве 120% от стехиометрии по отношении к ионам жесткости происходит образование малорастворимых фосфатов кальция и магния в области pH 7-8. When phosphate-containing reagents are added to the solution to be purified in an amount of 120% of stoichiometry with respect to hardness ions, poorly soluble calcium and magnesium phosphates are formed in the pH range of 7-8.

Макропримеси свежеобразованных фосфатов кальция и магния сорбируются на гальваногенерированном оксигидрате железа (III). Macroimpurities of freshly formed calcium and magnesium phosphates are sorbed on galvanized iron (III) oxyhydrate.

Избыточные фосфат-ионы реагента образуют с ионами железа труднорастворимые фосфаты железа, которые, осаждаясь, также являются сорбентами примесей. Excess phosphate ions of the reagent form sparingly soluble iron phosphates with iron ions, which, when precipitated, are also sorbents of impurities.

Таким образом, механизм очистки воды от ионов жесткости состоит в образовании малорастворимых фосфатов кальция, магния и железа, которые в поле гальванопары железо-кокс сорбируются на гальваногенерированном оксигидрате железа (III). Процесс очистки занимает 15-20 мин. Thus, the mechanism of water purification from hardness ions consists in the formation of sparingly soluble phosphates of calcium, magnesium and iron, which are sorbed on the galvanic couple iron-coke on galvanic-generated iron (III) oxyhydrate. The cleaning process takes 15-20 minutes.

Вода после очистки подвергается отстаиванию и фильтрованию от механических примесей. After cleaning, the water is subjected to sedimentation and filtration from mechanical impurities.

Пример 1. Очистку проводили вo вращающемся лабораторном аппарате барабанного типа, расположенном горизонтально и снабженном на внутренней поверхности валками для обеспечения перемешивания. Общий объем аппарата составляет 4 дм³, рабочий объем - 1,2 дм³, скорость вращения барабана - 10 об/мин. Перед работой аппарат заполняли на 40-50% от его объема смесью железо-кокс в весовом соотношении 4:1. Очистку воды от солей жесткости (модельный раствор) проводили в статическом режиме, перед подачей воды в аппарат в нее дозировали ортофосфорную кислоту из расчета стехиометрического соотношения фосфат: кальций = 2:1. Подача кислорода воздуха осуществлялась непосредственно в реагируемую массу в аппарате, температура - 20^oC.Example 1. The cleaning was carried out in a rotating laboratory apparatus of the drum type, located horizontally and equipped with rolls on the inner surface to ensure mixing. The total volume of the apparatus is 4 dm ³ , the working volume is 1.2 dm ³ , the rotation speed of the drum is 10 rpm. Before work, the apparatus was filled to 40-50% of its volume with a mixture of iron-coke in a weight ratio of 4: 1. Purification of water from hardness salts (model solution) was carried out in a static mode, before the water was supplied to the apparatus, phosphoric acid was dosed into it based on the stoichiometric ratio phosphate: calcium = 2: 1. The supply of oxygen was carried out directly into the reacted mass in the apparatus, the temperature was 20 ^o C.

Результаты по очистке воды приведены в таблице. The results of water treatment are shown in the table.

Пример 2. Процесс проводили как в примере 1, но с использованием в качестве фосфатсодержащего реагента триполифосфата натрия. Example 2. The process was carried out as in example 1, but using sodium tripolyphosphate as the phosphate-containing reagent.

Пример 3. Процесс проводили как в примере 1, но для очистки от ионов жесткости использовали сточные воды с повышенным содержанием кальция и магния - элюаты от ионообменной очистки. Example 3. The process was carried out as in example 1, but wastewater with a high content of calcium and magnesium — eluates from ion exchange purification — was used to purify stiffness ions.

Пример 4. Процесс проводили как в примере 2, но для очистки использовали сточные воды с высоким содержанием ионов жесткости. Example 4. The process was carried out as in example 2, but wastewater with a high content of hardness ions was used for purification.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить степень очистки воды от солей жесткости и интенсифицировать процесс очистки за счет изменения химизма очистки и сокращения времени осаждения. Thus, the proposed method allows to increase the degree of purification of water from hardness salts and to intensify the purification process by changing the chemistry of purification and reducing the deposition time.

Способ прост в применении, не требует значительных затрат и установки дополнительного оборудования. The method is easy to use, does not require significant costs and installation of additional equipment.

Источники информации
1. Очистка промышленных сточных вод. /В.Е. Терновцев, В.М. Пухачев. -Киев, Будивельник; 1986-120с.Sources of information
1. Industrial wastewater treatment. / B.E. Ternovtsev, V.M. Pukhachev. -Kiev, Budivelnik; 1986-120s.

2. А.с. СССР N 1658116, кл. C 02 F 1/46. 2. A.S. USSR N 1658116, class C 02 F 1/46.

3. Л. П. Соколова и др. Исследование механизма извлечения компонентов кислых сточных вод в процессе гальванокоагуляционной очистки. Журнал прикл. Химии, 1991, N 3, с. 551-555. 3. L. P. Sokolova et al. Investigation of the mechanism for extracting acidic wastewater components during galvanic coagulation treatment. Magazine Chemistry, 1991, N 3, p. 551-555.

Claims

A method of purifying water from stiffness ions using an iron-coke galvanic couple in contact with water and oxygen, characterized in that, in order to increase the degree of purification and intensification of the processes, a phosphate-containing reagent is preliminarily introduced into the water.