RU2781603C2 - Способ обработки воды, содержащей ионы тяжелых металлов и серу - Google Patents

Способ обработки воды, содержащей ионы тяжелых металлов и серу Download PDF

Info

Publication number
RU2781603C2
RU2781603C2 RU2020129906A RU2020129906A RU2781603C2 RU 2781603 C2 RU2781603 C2 RU 2781603C2 RU 2020129906 A RU2020129906 A RU 2020129906A RU 2020129906 A RU2020129906 A RU 2020129906A RU 2781603 C2 RU2781603 C2 RU 2781603C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
carried out
metal ions
sulfur
acceleration
electrode
Prior art date
Application number
RU2020129906A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2020129906A (ru
RU2020129906A3 (ru
Inventor
Василий Александрович Низов
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"
Priority to RU2020129906A priority Critical patent/RU2781603C2/ru
Publication of RU2020129906A publication Critical patent/RU2020129906A/ru
Publication of RU2020129906A3 publication Critical patent/RU2020129906A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2781603C2 publication Critical patent/RU2781603C2/ru

Links

Images

Abstract

Изобретение относится к области обработки шахтных вод и их производных, содержащих ионы тяжелых металлов и сульфаты. Процесс удаления ионов металлов и серы из сульфатсодержащих сточных вод осуществляют в последовательных каскадах, образованных электрокоагулятором с разделенными электродными объемами фильтрующей перегородкой и центрифугой. Исходную воду подают в анодный приэлектродный объем, а вывод осуществляют из катодного приэлектродного объема при напряжении 5-20 В и катодной плотности тока 10-100 А/м2 с последующим осветлением в центробежном поле при соотношении ускорения к ускорению свободного падения а/g в пределах 5-15. Технический результат: высокая эффективность очистки. 3 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Description

Изобретение относится к области очистки сточных вод. В частности, к способу обработки шахтных вод и их производных (подотвальных, карьерных, рудничных) путем удаления ионов тяжелых металлов и серы из сточных вод, содержащих сульфат.
Известен способ нейтрализации кислых сточных вод путем фильтрования через слой фильтрующего материала, содержащего двухкальциевые силикаты. В качестве такого материала используется пенобетон обычного твердения плотностью 500-800 кг/м3 и нейтрализацию ведут до рН 11-13 (Патент РФ №2283815 от 20.09.06).
Недостатками способа являются щелочное значение рН сточных вод после выхода из фильтрующей колонки и дороговизна материала.
Известен двухступенчатый процесс нейтрализации сточных вод, включающий в себя фильтрование сточных вод через мелкодисперсный феррохромовый шлак в течение 1 минуты на первой ступени, и нейтрализацию известковым молоком на второй ступени. На первой ступени рН увеличивается до значения 6-7, на второй ступени до 8,5-9,5 (Патент РФ №2207324 от 27.06.2003).
Обшим недостатком представленных является ограниченная возможность достижения очистки по сульфату, обусловленная пределом растворимости сульфата кальция на уровне 1300-1500 мг/дм3.
Способ удаления серных соединений и ионов тяжелых металлов из воды известен из WO 80/02281. Часть сточных вод, содержащих тяжелые металлы и сульфат, подвергают реакции с бактериями, восстанавливающими сульфат, и полученную жидкость, содержащую сульфид, соединяют с оставшейся частью сточных вод для осаждения образующихся нерастворимых сульфидов металла.
В соответствии с JP-A-60-34796 сточные воды, содержащие тяжелые металлы, подвергают реакции с сероводородом для получения нерастворимых сульфидов металлов. Полученную жидкость обрабатывают бактериями, восстанавливающими сульфат, для получения сероводорода, возвращаемого на предыдущую стадию для получения сульфидов металлов. Затем сульфиды металлов отделяют и бактериальный шлам возвращают на стадию бактериальной обработки.
Общим в этих известных способах является то, что нерастворимые сульфиды металлов отделяют после стадии биологического восстановления, что означает, что бактерии смешиваются со всеми образующимися сульфидами металлов; это затрудняет восстановление металлов и может замедлить бактериальный рост. Несмотря на то, что описанный способ обеспечивает эффективное удаление тяжелых металлов и серных соединений из сточных вод, содержащих небольшое или умеренное количество сульфата, его эффективность снижается при высоком уровне сульфата в сточных водах, например, 10 г/л или более, предположительно, из-за интоксикации бактерий, восстанавливающих сульфат. Более того, известный способ не обеспечивает селективного осаждения и повторного использования тяжелых металлов. Здесь необходимо добавить, что методы, основанные на использовании бактерий требуют выдерживания достаточно жестких температурных условий, что является значимым ограничением климатических условий.
Решаемой проблемой заявляемого способа, является достижение высокой эффективности очистки при значимо меньших ресурсных затратах в любых климатических условиях.
Сущность заявляемого технического решения состоит в том, что в способе удаления ионов металлов и серы из сульфатсодержащих сточных вод путем синтеза и последующего выделения сульфидов, отличающийся тем, что процесс осуществляют в последовательных каскадах, образованных электрокоагулятором с разделенными электродными объемами фильтрующей перегородкой и центрифугой при этом исходную воду подают в анодный приэлектродный объем, а вывод осуществляют из катодного приэлектродного объема при напряжении 5-20 В и катодной плотности тока 10-100 A/м2 с последующим осветлением в центробежном поле при соотношении ускорения к ускорению свободного падения а/g в пределах 5-15.
При этом способ отличается тем, что вывод из катодных приэлектродных объемов осуществляют через гидрозатвор.
Кроме того, используют центрифуги с боковой импульсной выгрузкой осадка, а в качестве анода используют титан с нанесенным оксидом рутения.
В предлагаемом способе используется объективное свойство системы - неизбежное присутствие значимой концентрации серы с нулевой валентностью. В режиме катодного восстановления наряду с образованием водорода идет восстановление нулевой серы в состояние S2- и последующее осаждение соединений меди, свинца, цинка, железа и других металлов в соответствие с их произведениями растворимостей. Отметим при этом, что в прикатодной области одновременно с образованием сульфидов достигается повышение рН системы до нейтральных значений. Последнее приводит к тому, что дополнительно осаждаются гидратные труднорастворимые соединения. Проведенными исследованиями показано, что в прианодном пространстве при этом значение рН остается на первозданном уровне, газовыделение практически отсутствует, а водный объем остается прозрачным. Напротив, в катодном приэлектродном пространстве отчетливо наблюдается выпадение твердой фазы и с некоторой задержкой времени эмиссия водорода. Из электролизера выходит агрегативно устойчивая суспензия, состав которой остаточная коллоидная сера, малорастворимые тонкодисперсные сульфиды и гидроксидоподобные осадки металлов в воде. Эффективное разделение такой системы наиболее полно достигается в центробежном поле с указанным превышением ускорения над ускорением свободного падения. Наиболее предпочтительным вариантом разделения фаз с высокой удельной нагрузкой следует признать использование центрифуг с вертикальным валом и боковой импульсной выгрузкой осадка. Использование нерастворимого анода обеспечивает самую высокую концентрацию ценных компонентов в твердой фазе.
Сущность способа поясняется примерами.
Пример 1. Моделирование процесса осуществляли с использованием лабораторного электрокоагулятора, схема которого представлена на чертеже (фиг. 1) лабораторной пробирочной центрифуги с регулируемым числом оборотов в пределах1500-4500об/мин. В качестве исходной воды использовались реальные шахтные воды самопроизвольного излива законсервированных шахт Левихи. Обработку вод осуществляли в свежем виде без консервации. Окислительные процессы за счет контакта с атмосферным воздухом исключали заполнением канистр под герметичную крышку и хранением при затемнении. В качестве анодного материала использовали алюминий. Катод-нержавеющая сталь Х18Н10Т В процессе электролиза отслеживали изменение силы тока при постоянном напряжении и изменение значения рН в приэлектродных объемах. В качестве фильтрующей ткани использовали вискозу.
Пример 2. В отличие от примера 1 в качестве анодного материала использовали сталь 3, эквивалентной площади.
Пример 3. В качестве анодного материала использовали пластину из стеклографита (имитация нерастворимого анода). Основное отличие моделирования в примере обнаружено в эмиссии кислорода с поверхности анода.
Результаты моделирования представлены в таблице
Состав воды Исходный Пример1 Пример2 Пример3
Значение рН 4,1 6,4 7,1 6,9
Сульфат-ион мг/дм3 7975 292 240 102,4
Сухой остаток мг/дм3 9642 439 712 236
Железо общее мг/дм3 373 1,47 0,271
Figure 00000001
Цинк мг/дм3 379 17,6 0,082 0,016
Медь мг\дм3 22,0 0,168 0,059 0,005
Алюминий мг/дм3 159,1 4,37 48,2 0,143
Марганец мг/дм3 20,1 15 0,098 0,246
Кальций мг/дм3 31,0 18,0 9,6 14
Магний мг/дм3 114,0 32 11,4 17
Характер изменения токовой нагрузки и изменения значения рН в катодном приэлектродном объеме представлены на чертеже (фиг. 2).
Таким образом заявляемое техническое решение позволяет без использования реагентов достичь нейтральных значений рН воды и высокой эффективности очистки от ионов тяжелых металлов. При этом твердая фаза, выделенная из воды может представлять товарный продукт- концентрат тяжелых металлов. Дифрактограмма продукта по примеру 3 представлена на чертеже с указанием концентраций компонентов в массовых % (Фиг. 3).

Claims (4)

1. Способ удаления ионов металлов и серы из сульфатсодержащих сточных вод путем синтеза и последующего выделения сульфидов, отличающийся тем, что процесс осуществляют в последовательных каскадах, образованных электрокоагулятором с разделенными электродными объемами фильтрующей перегородкой и центрифугой, при этом исходную воду подают в анодный приэлектродный объем, а вывод осуществляют из катодного приэлектродного объема при напряжении 5-20 В и катодной плотности тока 10-100 А/м2 с последующим осветлением в центробежном поле при соотношении ускорения к ускорению свободного падения а/g в пределах 5-15.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вывод из катодных приэлектродных объемов осуществляют через гидрозатвор.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют центрифуги с боковой импульсной выгрузкой осадка.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве анода используют титан с нанесенным оксидом рутения.
RU2020129906A 2020-09-10 Способ обработки воды, содержащей ионы тяжелых металлов и серу RU2781603C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020129906A RU2781603C2 (ru) 2020-09-10 Способ обработки воды, содержащей ионы тяжелых металлов и серу

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020129906A RU2781603C2 (ru) 2020-09-10 Способ обработки воды, содержащей ионы тяжелых металлов и серу

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2020129906A RU2020129906A (ru) 2022-03-10
RU2020129906A3 RU2020129906A3 (ru) 2022-03-18
RU2781603C2 true RU2781603C2 (ru) 2022-10-14

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1139770A1 (ru) * 1982-05-24 1985-02-15 Институт химии Дальневосточного научного центра АН СССР Анод дл электролиза морской воды
SU1189811A1 (ru) * 1984-02-03 1985-11-07 Украинский Ордена Дружбы Народов Институт Инженеров Водного Хозяйства Электрокоагул тор дл очистки сточных вод
WO1997029055A1 (en) * 1996-02-06 1997-08-14 Thiopaq Sulfur Systems B.V. Process for the treatment of water containing heavy metal ions
RU2404134C2 (ru) * 2006-07-28 2010-11-20 Учреждение Российской академии наук Институт проблем комплексного освоения недр Российской академии наук (УРАН ИПКОН РАН) Способ очистки промышленных сточных вод и устройство для его осуществления
KR101333686B1 (ko) * 2011-11-25 2013-11-27 한국지질자원연구원 산성광산배수 처리시스템
GB2530164B (en) * 2014-12-09 2016-08-03 Michael David Joslin Christopher Method and apparatus for electrocoagulation
CA2992099A1 (en) * 2017-01-27 2018-07-27 Uti Limited Partnership Electrocoagulation using oscillating electrodes

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1139770A1 (ru) * 1982-05-24 1985-02-15 Институт химии Дальневосточного научного центра АН СССР Анод дл электролиза морской воды
SU1189811A1 (ru) * 1984-02-03 1985-11-07 Украинский Ордена Дружбы Народов Институт Инженеров Водного Хозяйства Электрокоагул тор дл очистки сточных вод
WO1997029055A1 (en) * 1996-02-06 1997-08-14 Thiopaq Sulfur Systems B.V. Process for the treatment of water containing heavy metal ions
RU2404134C2 (ru) * 2006-07-28 2010-11-20 Учреждение Российской академии наук Институт проблем комплексного освоения недр Российской академии наук (УРАН ИПКОН РАН) Способ очистки промышленных сточных вод и устройство для его осуществления
KR101333686B1 (ko) * 2011-11-25 2013-11-27 한국지질자원연구원 산성광산배수 처리시스템
GB2530164B (en) * 2014-12-09 2016-08-03 Michael David Joslin Christopher Method and apparatus for electrocoagulation
CA2992099A1 (en) * 2017-01-27 2018-07-27 Uti Limited Partnership Electrocoagulation using oscillating electrodes

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Л.П. Сидорова "Методы очистки промышленных и сточных вод" часть II, учебное электронное текстовое издание, ФГАОУ ВПО УрФУ, 2015, с.61, https://study.urfu.ru/Aid/Publication/12543/1/Sidorova_2.pdf. А.В. Богатырева "Разработки технологии очистки сточных вод гальванического производства предприятий металлообработки", бакалаврская работа, ФГАОУ ВО "Сибирский Федеральный Университет", Красноярск, 2016, с.15. https://elib.sfu-kras.ru/bitstream/handle/2311/30860/bogatyreva_a.v.pdf?sequence. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4147626A (en) Treatment of mercury contaminated aqueous media
US20100065502A1 (en) Method and Apparatus for Removing Metal From Waste Water
US2997430A (en) Method of purifying sewage-water
US3635764A (en) Combined wastewater treatment and power generation
US6627085B2 (en) Treatment of brine to remove metals and silicon therefrom
CN101970072A (zh) 活性金属盐凝聚剂及其制造方法
CN107935255A (zh) 一种近零排放的脱硫废水的处理方法
RU2781603C2 (ru) Способ обработки воды, содержащей ионы тяжелых металлов и серу
US3793174A (en) Method of treating waste water containing ligninsulfonate
US20170158535A1 (en) Process for recovering elemental selenium from wastewater
US6254783B1 (en) Treatment of contaminated waste water
RU2108301C1 (ru) Способ очистки кислых сточных вод от ионов тяжелых металлов
RU2363665C1 (ru) Способ очистки сточных вод от цветных и тяжелых металлов
CN105923707B (zh) 一种脱硫废水震动膜处理方法及装置
SU1611886A1 (ru) Способ очистки сточных вод
US2130789A (en) Purification of liquids
CN114735723B (zh) 一种钾碱粗盐水精制工艺
RU2814353C1 (ru) Способ очистки оборотной воды флотации с уменьшением содержания в ней ионов кремния и кальция
RU2767893C1 (ru) Способ обезвреживания сбросных растворов
RU2400437C1 (ru) Способ очистки фильтрата полигона твердых бытовых отходов
WO1994011308A1 (en) Method and device for purification of aqueous solutions by electroflotation
Słowik et al. Reduction of chloride emission by thickening of metallurgical wastewater
JP6901807B1 (ja) セレン酸イオンを含む水の処理方法
SU456793A1 (ru) Способ очистки сточных вод
SU343568A1 (ru) Способ очистки ртутьсодержащих сточныхВОд