Способ очистки гальваностоков от ионов тяжелых металлов

Способ очистки гальваностоков от ионов тяжелых металлов

Реферат

Изобретение относится к технологиям очистки сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов и сточных вод, содержащих органические вещества, и может быть использовано в металлургической, химической, пищевой и других отраслях промышленности для получения воды для технических нужд. Изобретение может быть использовано для очистки сточных вод гальванических производств от ионов тяжелых металлов (Cu, Zn, Fe, Ni, Cr) при их совместном присутствии.

Тяжелые металлы относятся к числу распространенных и весьма токсичных загрязняющих веществ. Они широко применяются в различных промышленных производствах, поэтому несмотря на очистные мероприятия содержание соединений тяжелых металлов в промышленных сточных водах довольно высокое. Их способность накапливаться в среде и в живых организмах, а также передаваться по пищевой цепи приводит к нарушению биохимических процессов в организме человека и неизменно делает их потенциально опасными.

Среди известных способов очистки сточных вод гальванических производств от ионов Cu²⁺, Zn²⁺, Fe²⁺, Ni²⁺ наиболее широкое применение находит флотационная очистка: в качестве осадителя и флотационного собирателя ионов тяжелых металлов применяется водный раствор 60%-ного хозяйственного мыла. Концентрация тяжелых металлов снижается до норм, установленных ГОСТом к технической воде (Скрылев Л.Д., Бабинец С.К., Костик В.В., Адрич А.Н., Сазонова В.Ф., Бельдей М.Г. Флотационная очистка сточных вод гальванических производств //РЖХ. - 1990. - №12). Недостатками этого способа является большой расход реагента, недостаточная очистка, большие энергозатраты.

Известен способ очистки сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов, нефтепродукты, красители. Для осуществления способа очистки загрязненные стоки обрабатывают кальцийсодержащим реагентом-осадителем в виде дефеката - отхода сахарного производства (Патент РФ №2416573). Недостатки - большие энергозатраты и недостаточная степень очистки от ионов тяжелых металлов.

Известен способ очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, согласно этому способу очистку от ионов Cu²⁺, Zn²⁺, Fe²⁺, Ni²⁺ осуществляют при комбинировании электрохимического и флотационного методов. В качестве реагента используют 2-5%-ные водные растворы натриевого мыла синтетических жирных кислот фракции выше C₂₁, спирты пиранового и диоксанового ряда (Патент РФ №2038328).

Недостатком указанного способа являются высокие энергозатраты, большой расход дорогих реагентов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов и органических веществ, включающий флотацию с использованием в качестве флотореагента солей синтетических жирных кислот с длиной углеводородного радикала более C₂₁ и пенообразователя, при этом предварительно сточные воды нейтрализуют до pH 7,5-8, а затем обрабатывают пенообразователем с последующей флотацией, при этом в качестве пенообразователя используют алкансульфонаты с длиной углеводородного радикала C₁₁-C₁₈ в смеси с натриевыми мылами жирных кислот, которые вводят в сточные воды в количестве 5-7,5 мг/л (Патент РФ №2098355).

Недостатки - сложность процесса, необходимость использования дорогих синтетических реагентов.

Задача изобретения - упрощение и повышение эффективности способа очистки гальваностоков от ионов тяжелых металлов с одновременной утилизацией жиросодержащих промышленных стоков пищевых производств.

Поставленная задача решается тем, что в способе очистки гальваностоков от ионов тяжелых металлов, включающем смешение гальваностоков, содержащих ионы тяжелых металлов с реагентом-осадителем, содержащим жирные кислоты, согласно изобретению, в качестве реагента-осадителя используют сточные воды рыбоперерабатывающих, а также мясоперерабатывающих пищевых производств с содержанием жира 200-700 мг/л, предварительно доведенные до pH 9,0 кальцинированной содой, смесь отстаивают для коагуляции до полного осаждения при комнатной температуре и механически отделяют осадок.

При этом гальваностоки смешивают со сточными водами рыбоперерабатывающих, а также мясоперерабатывающих пищевых производств в соотношении 1:1.

Технический результат заключается в упрощении и повышении эффективности способа очистки гальваностоков от ионов тяжелых металлов за счет использования в качестве реагента-осадителя жиросодержащих сточных вод рыбоперерабатывающих и мясоперерабатывающих пищевых производств с натуральными жирными кислотами; одновременно изобретение позволяет эффективно утилизировать промышленные стоки этих пищевых производств; степень очистки гальваностоков от ионов тяжелых металлов максимальна при концентрации жира в пищевых стоках 200-700 мг/л и составляет для ионов Cu²⁺, Zn²⁺, Fe²⁺, Ni²⁺ 99,1-100%, а для ионов Cr³⁺ - 97,6-99,1%. Очищенная вода может использоваться в качестве воды для технических нужд.

Созданный способ очистки гальваностоков от ионов тяжелых металлов экспериментально проверен на лабораторной базе заявителя.

Известно, что сточные воды предприятий рыбной, как и мясной промышленности, содержат повышенную концентрацию жира, липопротеидов, солей и твердых частиц.

Характеристика сточных вод предприятий рыбной промышленности отражена в таблице 1 (Канализация населенных мест и промышленных предприятий / Н.И. Лихачев, И.И. Ларин, С, А. Хаскин и др.; Под общ. ред. В.Н. Самохина. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1981. - 639 с). Из нее следует, что концентрация загрязнений, мг/л: взвешенных частиц - от 870 до 2900, жира - от 450 до 1800, ХПК - от 1550 до 3200, pH - от 6,3 до 7,7.

При смешивании стоков разной природы, а именно сточных вод рыбоперерабатывающих, как и мясоперерабатывающих пищевых производств с гальваностоками, происходит реакция обмена с ионами тяжелых металлов, при которой образующиеся соли высших карбоновых кислот выпадают в осадок:

Эффективность очистки предложенным способом отражена в таблице 2 и составляет для хрома до 99,2%, а для остальных металлов, до 99,3-100%. При этом очистка от органических веществ составляет 62% по ХПК (например, для исходных сточных вод рыбоперерабатывающего предприятия значение ХПК составило 1780 мгO₂/л, после очистки - 676 мгO₂/л). Очищенную воду фильтруют и направляют на повторное использование в гальванопроизводстве или сбрасывают в горколлектор. Отфильтрованный осадок удаляют.

При этом степень очистки также соответствует требованиям ГОСТ 9.314-90 (ГОСТ 9.314-90. Вода для гальванического производства и схемы промывок).

Общими признаками с прототипом являются:

- смешение гальваностоков, содержащих ионы тяжелых металлов с реагентом-осадителем, содержащим жирные кислоты.

Отличительными признаками являются:

- в качестве реагента-осадителя используют сточные воды рыбоперерабатывающих, а также мясоперерабатывающих пищевых производств с содержанием жира 200-700 мг/л, которые предварительно доводят до pH 9,0 кальцинированной содой,

- смесь отстаивают для коагуляции до полного осаждения при комнатной температуре

- отделяют осадок.

Способ осуществляется следующим образом.

Вначале создают реагент-осадитель. Для этого в сточные воды рыбоперерабатывающих или мясоперерабатывающих пищевых производств с содержанием жира 200-700 мг/л вносят кальцинированную соду в количестве 0,4 г/л до создания pH среды 9,0. Затем гальваностоки, как правило, имеющие pH 4,0-5,0, соединяют с реагентом-осадителем в соотношении 1:1. Полученную смесь перемешивают и отстаивают до образования устойчивого осадка. Затем осадок удаляют для дальнейшей утилизации. Надосадочная жидкость представляет собой очищенную воду.

Эта вода может быть подвергнута дополнительной очистке и реализована по назначению.

Способ иллюстрируется следующими примерами.

В примерах 1, 2 использовался реагент-осадитель на основе сточных вод рыбообрабатывающего предприятия, в примерах 3, 4, 5 использовался реагент-осадитель на основе сточных вод мясокомбината. В приведенных примерах для приготовления реагента-осадителя использованы сточные воды с различным содержанием жира и промышленные гальваностоки с различным содержанием ионов токсичных тяжелых металлов.

В таблице 2 представлены результаты очистки гальваностоков с различным содержанием ионов тяжелых металлов и с различным содержанием жира в реагенте-осадителе.

Пример 1

В механическую мешалку подают 1,5 л сточных вод рыбоперерабатывающего предприятия с содержанием жира, а именно 150,0 мг/л, (то есть менее 200 мг/л), добавляют к ним кальцинированную соду в количестве 0,4 г/л до pH 9, перемешивают 1-2 мин. Затем к полученному раствору добавляют гальваностоки с pH 4,5 объемом 1,5 л с концентрацией тяжелых металлов: Zn²⁺ - 12,9 мг/л, Cu²⁺ - 32,0 мг/л, Fe²⁺ - 23,4 мг/л, Ni²⁺ - 34,3 мг/л, ионы хрома - Cr⁺³ не содержатся. После перемешивания в течение 1-2 минут образующуюся суспензию отстаивают в течение 60 мин, затем взвеси и осадок отфильтровывают.

Для контроля качества очистки фильтрат анализировали в отношении содержания ионов металлов. Степень очистки составляет: для Zn²⁺ - 99,2%, Cu²⁺ - 99,9%, Fe²⁺ - 99,6%, Ni²⁺ - 100%.

Пример 2

Опыт проводят в условиях, аналогичных примеру 1, но с более высокой концентрацией тяжелых металлов в гальваностоках: Zn²⁺ - 16,8 мг/л, Cu²⁺ - 30,2 мг/л, Fe²⁺ - 87,9 мг/л, Ni²⁺ - 38,5 мг/л, Cr³⁺ - 45,7 мг/л, pH 4,9, и более высокой концентрацией жира в пищевых стоках - 220 мг/л. В результате степень очистки составила для Zn²⁺ - 100%, Cu²⁺ - 99,7%, Fe²⁺ - 100%, Ni²⁺ - 100%, Cr⁺³ - 97,6%. По сравнению с примером 1 увеличилась степень очистки для всех ионов металлов, для ионов хрома степень очистки составила 97,6%.

Пример 3

Опыт проводят в условиях, аналогичных примеру 1, но с еще более высокой концентрацией тяжелых металлов в гальваностоках: Zn²⁺ - 90,9 мг/л, Cu²⁺ - 163,6 мг/л, Fe²⁺ - 108,9 мг/л, Ni²⁺ - 101,3 мг/л, Cr³⁺ - 45,0 мг/л, pH 5,0 и сточными водами мясокомбината с более высокой концентрацией жира - 610 мг/л. В результате степень очистки составила для Zn²⁺ - 99,0%, Cu²⁺ - 99,9%, Fe²⁺ - 99,9%, Ni²⁺ - 99,0%, Cr⁺³ - 98,9%. Немного увеличилась степень очистки только от ионов хрома.

Пример 4

Опыт проводят в условиях, аналогичных примеру 1, с концентрацией тяжелых металлов в гальваностоках, как в примере 3: Zn²⁺ - 90,9 мг/л, Cu²⁺ - 163,6 мг/л, Fe²⁺ - 108,9 мг/л, Ni²⁺ - 101,3 мг/л, Cr³⁺ - 45,0 мг/л, pH 5,0 и сточными водами мясокомбината, но с более высокой концентрацией жира - 700 мг/л. В результате степень очистки составила для Zn²⁺ - 99,3%, Cu²⁺ - 99,8%, Fe²⁺ - 99,9%, Ni²⁺ - 99,1%, Cr⁺³ - 99,1%. Степень очистки от ионов всех металлов практически не изменилась при повышении жира в реагенте-осадителе.

Пример 5

Опыт проводят в условиях, аналогичных примеру 1, но с концентрацией тяжелых металлов в гальваностоках: Zn²⁺ - 52,5 мг/л, Cu²⁺ - 261,3 мг/л, Fe²⁺ - 80,7 мг/л, Ni²⁺ - 170,3 мг/л, Cr³⁺ - 98,2 мг/л, pH 5,0 и сточными водами мясокомбината с еще более высокой концентрацией жира в пищевых стоках - 1430 мг/л. В результате степень очистки составила для Zn²⁺ - 94,3%, Cu²⁺ - 91,4%, Fe²⁺ - 95,0%, Ni²⁺ - 98,8%, Cr⁺³ - 99,2%.

Степень очистки осталась прежней только для ионов хрома - 99,2%, а для других металлов уменьшилась (91,4-98,8%). Следовательно, повышение концентрации жира в реагенте-осадителе ведет к уменьшению степени очистки гальваностоков.

На основании результатов исследований, приведенных в таблице 2, следует вывод, что при концентрации жира в пищевых стоках 200-700 мг/л степень очистки максимальна и составляет 99,1-100%, для ионов хрома - 97,6-99,1%.

Таблица 1
Характеристика сточных вод предприятий рыбной промышленности
Показатели	Значение показателей для предприятий
Рыбообрабатывающий комбинат	Рыбоконсервный завод	Рыбокоптильный завод	Кулинарный завод	Рыбомучной завод
Концентрация загрязнений, мг/л:
Взвешенные частицы	870	1250	1080	600	2900
жиры	450	800	350	600	1800
ХПК	1550	1900	1700	2100	3200
pH	7	7	7,7	7	6,3
Таблица 2
Содержание ионов тяжелых металлов в исходных гальваностоках и после очистки методом коагуляции 60 мин в зависимости от концентрации жира в сточных водах пищевого предприятия
Вид предприятия	Содержние жира, мг/л	Проба воды	Содержание ионов металлов, мг/л
Zn2+	Cu2+	Fe2+	Ni2+	Cr3+
Рыбоперерабатывающий	Пример 1 150	Исходные гальваностоки	12,9	32,0	23,4	34,3	-
После очистки	0,1	0,03	0,1	н/о	-
Степень очистки, %	99,2	99,9	99,6	100	-
Пример 2 220	Исходные гальваностоки	16,8	30,2	87,9	38,5	45,7
После очистки	н/о	0,1	н/о	н/о	1,1
Степень очистки, %	100	99,7	100	100	97,6
Мясоперерабатывающий (мясокомбинат)	Пример 3 610	Исходные гальваностоки	90,9	163,6	108,9	101,3	45,0
После очистки	0,5	0,1	0,1	1,0	0,5
Степень очистки, %	99,4	99,9	99,9	99,0	98,9
Пример 4 700	Исходные гальваностоки	90,9	163,6	108,9	101,3	45,0
После очистки	0,6	0,3	0,1	0,9	0,4
Степень очистки, %	99,3	99,8	99,9	99,1	99,1
Пример 5 1430	Исходные гальваностоки	52,5	261,3	80,7	170,3	98,2
После очистки	3,0	22,5	4,0	2,0	0,8
Степень очистки, %	94,3	91,4	95,0	98,8	99,2

1. Способ очистки гальваностоков от ионов тяжелых металлов, включающий смешение гальваностоков, содержащих ионы тяжелых металлов, с реагентом-осадителем, содержащим жирные кислоты, отличающийся тем, что в качестве реагента-осадителя используют сточные воды рыбоперерабатывающих, а также мясоперерабатывающих пищевых производств с содержанием жира 200-700 мг/л, предварительно доведенные до pH 9,0 кальцинированной содой, смесь отстаивают для коагуляции до полного осаждения при комнатной температуре и отделяют осадок.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что гальваностоки смешивают со сточными водами рыбоперерабатывающих, а также мясоперерабатывающих пищевых производств в соотношении 1:1.