Очистка производственных сточных вод от ионов металлов

Очистка  производственных сточных вод  от ионов металлов
04.09.2018

Производственные сточные воды – опасные источники загрязнения окружающей среды, в особенности те, которые содержат вредные примеси черных и цветных металлов.

В результате многолетних исследований разработаны и используются на практике схемы канализации и очистки производственных сточных вод, предусматривающие раздельное отведение и обработку локальных потоков по содержащимся в них компонентам и по концентрациям загрязняющих примесей.

Для очистки этих потоков наиболее широко применяются технологические установки, основанные на химическом (реагентном) методе, с помощью которого переводят растворимые вещества в нерастворимые. Образующиеся осадки обезвоживаются и вывозятся на захоронение либо утилизацию. Метод реализован на большинстве предприятий в виде станций нейтрализации.

Преимущества метода:

·        широкий интервал начальных концентраций загрязняющих веществ,

·        надёжность,

·        универсальность.

Сложности:

·        невозможность достижения остаточных концентраций ионов металлов, удовлетворяющих современным требованиям к качеству очищенных сточных вод при сбросе в городской коллектор и водоём,

·        громоздкость оборудования,

·        значительный расход реагентов,

·        дополнительное (вторичное) загрязнение сточных вод,

·        невозможность возврата в оборотный цикл очищенной воды из-за повышенного солесодержания,

·        затруднённость извлечения из шлама черных и цветных металлов для утилизации,

·        потребность в значительных площадях для шламоотвалов.

Методы мембранного разделения, используемые в технологии выделения чёрных и цветных металлов из производственных сточных вод, условно делятся на микрофильтрацию, ультрафильтрацию, обратный осмос, диализ и электродиализ. Наибольшие успехи в отношении эффективности и технологичности выделения цветных металлов достигнуты при использовании обратного осмоса, ультрафильтрации и электродиализа.

Преимущества метода:

·        очистка сточных вод до значений предельно-допустимой концентрации (далее – ПДК) для водоёмов рыбохозяйственного назначения (ПДКрыбхоз),

·        возврат очищенной воды в производство.

Сложности:

·        высокая стоимость (капитальные и эксплуатационные расходы),

·        отсутствие селективности,

·        высокая чувствительность мембран к изменению состава сточных вод,

·        значительный процент сточных вод.

Сорбционные методы (наиболее распространённые) условно делятся на три разновидности: 1) сорбция на активированном угле (адсорбционный обмен); 2) сорбция на ионитах (ионный обмен); 3) комбинированный метод.

Адсорбционный метод – один из эффективных методов извлечения цветных металлов из производственных сточных вод. В качестве сорбентов используются активированные угли, синтетические сорбенты, отходы производства (зола, шлаки, опилки и др.), минеральные сорбенты – глины, силикагели, бентониты, вермикулит, алюмогели и гидроксиды металлов. Наиболее универсальными из адсорбентов являются активированные угли.

Преимущества метода:

·        очистка сточных вод до значений ПДКрыбхоз,

·        возможность возврата очищенной воды после корректировки рН.

Сложности:

·        высокая стоимость сорбентов,

·        низкая грязеёмкость фильтрующей загрузки,

·        сложность регенерации (рекуперации),

·        образование вторичных отходов, требующих дополнительной очистки и утилизации.

Так как ни один из перечисленных методов нельзя считать универсальным, т.е. эффективным и дешёвым, наиболее целесообразно применять их комбинацию.

Глубокая очистка производственных сточных вод (доочистка) достигается также окислением, переводом ионов металлов в нерастворимые соединения – гидроксиды. Для доочистки используют следующие окислители: газообразный и сжиженный хлор, диоксид хлора, хлорную известь, гипохлориты кальция и натрия, перманганат калия, бихромат калия, перекись водорода, кислород воздуха, пероксосерные кислоты, озон, пиролюзит и др.

Способность веществ проводить окисление определяется величиной окислительного потенциала (В), которая для озона равна 2,07, для перекиси водорода – 1,78, для перманганата калия – 1,7, для хлора (Сl2) – 1,36, диоксида хлора (ClО2) – 1,27. На скорость и глубину (полноту) окисления ионов металлов влияет показатель рН. Диапазон рН, в котором эффективен тот или иной окислитель и в котором образуются нерастворимые соединения загрязняющих веществ, индивидуален для каждого иона металла и должен учитываться при разработке технологической схемы и технологического процесса.

Озонирование воды относится к высокоэффективным современным методам водоочистки. При насыщении обрабатываемой воды озоном растворённые в ней примеси переходят в твёрдую физическую фазу и выпадают в осадок.

Озон – наиболее сильный окислитель. При растворении озона в воде (усиливается с понижением температуры) также идёт его разложение, протекающее с одновременным взаимодействием с загрязняющими веществами, имеющимися в воде.

Реакции расщепления озона в водной среде связаны с его взаимодействием с молекулами воды и гидрооксид-ионами. В результате этих реакций идёт выделение молекул двухатомного кислорода, обладающего также высокими окислительными свойствами, и образование ионов водорода и гидроксида, а также перекиси водорода. При диссоциации перекись водорода образует ионы водорода и частицы свободных радикалов, ускоряющие процесс разложения озона, а также приводящие к началу цепных реакций разложения примесей. К таким частицам относятся радикалы супер-кислорода, состоящие из двух атомов и имеющие отрицательный заряд. Таким образом, процессы, протекающие при растворении озона в водной среде, проходят одновременно по нескольким механизмам. По выводам практиков, одна половина озона существует в виде молекул, а вторая распадается с образованием гидроксильных радикалов.

Взаимодействие загрязняющих веществ с озоном происходит за счёт прямой реакции с молекулами озона или же с радикалами, появляющимися в процессе его распада. Более активно озон взаимодействует с анионами, чем с нейтральными и катионными веществами. Озон активно окисляет металлы, образуя оксиды и гидрооксиды, эффективен в широком диапазоне рН, при этом требуемая продолжительность контакта всего 15–30 мин, что значительно ниже, чем необходимое время контакта с другими окислителями.

Специалистами АО «Сорбент» разработана, смонтирована и опробована установка доочистки производственных сточных вод, на которую поступают сточные воды после реагентной очистки с концентрацией загрязняющих веществ (ионов металлов) в сточных водах 0,1–10 мг/л.

В процессе очистки сточная вода проходит последовательно озонирование, реакционную камеру, фильтр 1 (сорбционный), фильтр 2 (тонкой очистки). Предусмотрена реагентая обработка очищаемой воды перед фильтром тонкой очистки.

Озон производится генератором из окружающего воздуха, эжектированием подаётся в очищаемую воду, окисляет загрязняющие вещества, переводит их в нерастворимые формы.

Далее вода поступает в реакционную камеру, в которой обеспечивается контакт с озоном не менее 15 минут, заканчиваются реакции окисления и обеспечивается удаление из воды избыточного количества воздуха и озона через деструктор озона с каталитической загрузкой. Реакционная камера заполнена пиролюзитом – природным материалом, который состоит в основном из диоксида марганца и широко используется для окисления металлов. Кроме окислительной способности пиролюзит обладает сорбционными свойствами.

Из реакционной камеры вода подаётся на фильтр 1, где происходит удаление нерастворимых соединений металлов (гидроксидов, оксидов, комплексных соединений) и остаточного озона. Фильтр заполнен активированным углем.

Активированный уголь – адсорбент, вещество с высоко развитой пористой структурой, которое получают из различных углеродсодержащих материалов органического происхождения, таких как древесный уголь, каменноугольный кокс, нефтяной кокс, скорлупа кокоса, грецкого ореха, косточки абрикоса, маслины и др. Активизированный углерод удаляет загрязняющие вещества из воды адсорбцией (ионы металлов и их соединения) и каталитическим окислением (озон). Возможно применение химически модифицированного активированного угля для селективной сорбции ионов металлов и их соединений. При очистке сточных вод от соединений чёрных и цветных металлов наиболее высокую сорбционную ёмкость имеют угли древесные (БАУ ГОСТ 6217), угли из скорлупы кокосовых орехов (КАУСОРБ ТУ 2162-210-05795731-2006 ТУ 2162-268-05795731-2006), угли из каменного угля (АГ-3 ГОСТ 20469; СОРБЕР ТУ 2162-256-05795731-2006).

Фильтр 2 (тонкой очистки) предназначен для очистки сточных вод от остаточных загрязнений. При необходимости перед фильтром 2 возможна реагентная обработка воды коагулянтами и флокулянтами.

В фильтре 2 использована тонкодисперсная фильтрующая загрузка высокой степени однородности. При технологическом опробовании фильтрующей загрузки основными параметрами являются: механическая прочность, химическая стойкость, низкое гидравлическое сопротивление слоя, коэффициент формы, коэффициент однородности, пористости. Именно эти показатели определяют основные технологические показатели работы фильтра – грязеёмкость, фракционный состав задерживаемых загрязняющих веществ, рейтинг задержания частиц, эффективность фильтрования, продолжительность фильтроцикла. Финишная очистка на фильтре 2 обеспечивает очистку сточных вод от «следов» остаточных загрязнений – нерастворимых тонкодисперсных соединений металлов.

Предусмотрена реагентная промывка реакционной камеры и водная противоточная промывка фильтров.

В целом предложенная технологическая схема доочистки производственных сточных вод, содержащих ионы чёрных и цветных металлов с концентрацией до 10 мг/л, обеспечивает на выходе соответствие сточных вод показателям ПДКрыбхоз. Необходимо также отметить широкий диапазон рН для работы, простоту эксплуатации, универсальность; возможность полной автоматизации технологического процесса; возврат очищенной сточной воды для повторного использования. При использовании специальных сорбентов возможно селективное извлечение загрязняющих веществ в целях их повторного использования и утилизации. По сравнению с другими методами (мембранными, сорбционными) технологическая схема не требует высоких капитальных и эксплуатационных затрат.

Наталия Алексеевна Фрейман, 
главный инженер департамента систем водоочистки


 

Я даю свое согласие на обработку персональных данных и cookies в соответствии с политикой конфиденциальности