Способ очистки сточных вод и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области очистки промышленных сточных вод, в частности сточных вод предприятий цветной металлургии. Способ очистки сточной воды включает ее пропускание с предварительно введенным воздухом через загрузку из смеси металлической стружки и кокса при их перемешивании, при этом очистка осуществляется в две стадии с загрузкой кокс-железо на первой стадии и с полислойным покрытием гальванопары из алюминия-графита или пиролюзита - перфорированной пластины из нержавеющей стали - на второй стадии в присутствии восстановителя и отделением твердой фазы в отстойнике с гофрированными пластинами. Устройство для очистки сточной воды, включающее емкость с гальванопарой, патрубками подвода сточной и отвода обработанной воды, перемешивающим устройством и патрубком удаления шламов, снабжено камерой подачи диспергированного воздуха, емкость разделена на ряд камер с циркуляционными перегородками между ними с высотой выше или ниже уровня потока воды, а перемешивающее устройство выполнено в виде мешалок с лопастями с горизонтальной и вертикальной осями вращения, встроенных в камеры. Изобретение позволяет повысить эффективность очистки сточных вод от ионов цветных металлов, грубодисперсных примесей, увеличить производительность процесса. 2 с. и 7 з. п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к техническим средствам для решения природоохранных и экологических проблем, в частности к электрохимическому оборудованию для очистки сточных вод. Изобретение может быть использовано для очистки хромсодержащих сточных вод при организации оборотного водоснабжения, для очистки промывных вод гальванических производств от тяжелых металлов и ряда органических веществ, очистки маслоокалиносодержащих сточных вод, мышьяксодержащих растворов, для очистки стоков предприятий горной, металлургической, химической и других отраслей промышленности [1, 2].

Известны способы очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов и хрома путем их двухстадийной гальванохимической обработки с отделением осадка после каждой стадий [3, 4]. Причем на разных стадиях гальванохимической обработки используют гальванические пары разного состава. Процессы ведут в отдельных аппаратах для каждой стадии обработки. Известно устройство, выполненное в виде ванны, состоящей из двух отсеков, разделенных перфорированной перегородкой, обтянутой водопроницаемой тканью, не доходящей до низа перегородки, снабжено приспособлением для ввода сточных вод в виде перфорированного трубопровода, расположенного в верхней части первого по ходу движения воды отсека, в котором расположен кокс, а второй отсек заполнен железной стружкой и снабжен валом с лопатками, расположенными под углом 30-45^o к торцовой поверхности корпуса и совершающими колебательные движения [5]. Ограниченная площадь контакта гальванопары (только через щель в первом отсеке) не позволяет создать оптимального соотношения железо:кокс для эффективной очистки. Поэтому трудно представить возможность восстановления хрома катодно-поляризованным коксом. Количество воздуха, которое поступает с раствором через перфорированный распределительный трубопровод, является недостаточным для процесса, так как не будет происходить восстановления кислородом гидроксильных ионов и последующего образования гидроксидов металлов. В любой конструкции гальванокоагулятора кокс практически не расходуется и его потеря связана с измельчением и нет необходимости предусматривать специальные ограничения расхода кокса разовой загрузкой. Перемешивание железной стружки путем колебательных движений вала с лопатками вдоль продольной оси ванны не создает условия для встречного потока очищенных растворов и железной стружки.

Известно устройство для гальванокоагуляционной очистки сточных вод, выбранное в качестве прототипа, содержащее корпус в виде неподвижной емкости, нижняя часть которой имеет форму многогранника, а верхняя прямоугольного параллепипеда, привод, загрузочное и разгрузочное устройства [6]. Приводимое во вращение от привода перемешивающее устройство в виде комплектов лопастей на держателях перемещением твердого (металлической стружки, кокса) обеспечивает контакт электродов гальванопары между собой, сточной водой и кислородом воздуха, в результате происходит растворение металла, а также очистка пассивированной поверхности металлической стружки.

Для устранения отмеченных выше недостатков и повышения эффективности очистки сточных вод от ионов цветных металлов и различных ионов, грубодисперсных примесей, увеличения производительности и упрощения конструкции предлагается способ и комбинированное устройство для двухстадийной гальванохимической обработки.

Способ очистки сточной воды включает ее пропускание с предварительно введенным воздухом через загрузку из смеси металлической стружки и кокса при их перемешивании, при этом очистка осуществляется в две стадии с загрузкой кокс-железо на первой стадии и с полислойным покрытием гальванопары из алюминия-графита или пиролюзита - перфорированной пластины из нержавеющей стали - на второй стадии, в присутствии восстановителя с отделением твердой фазы в отстойнике с гофрированными пластинами.

Для восстановления хрома (VI) до хрома (III) добавляется восстановитель хрома (VI) пиросульфит натрия, который подается в количестве, превышающем теоретически необходимое количество в 2-2,5 раза, в кислую среду при продолжительности контакта от 5 до 10 мин, а восстановитель хрома формальдегид подается в количестве, превышающем теоретически необходимое количество на 20-30%.

Перемешивание в процессе очистки осуществляют каждые 2-3 часа на 1-2 мин приводами вертикальной и горизонтальных мешалок с окружной скоростью последних, равной 0,2-0,5 м/с.

Устройство для очистки сточной воды включает емкость с гальванопарой, патрубками подвода сточной и отвода обработанной воды, перемешивающим устройством и патрубком удаления шламов, оно снабжено камерой подачи диспергированного воздуха, емкость разделена на ряд камер с циркуляционными перегородками между ними с высотой выше или ниже уровня потока воды, а перемешивающее устройство выполнено в виде мешалок с лопастями с горизонтальной и вертикальной осью вращения, встроенных в камеры.

Форма держателей первого ряда лопастей мешалки с концов вала соответствует профилю сечения емкости, а лопасти расположены на конце держателей под углом 30-45^o к вертикальной плоскости, проходящей через вал мешалки, направлены в противоположные стороны и имеют циркуляционные отверстия.

В камере отстаивания шламов установлены гофрированные пластины, расположенные под углом 45^o.

Гальванопара представлена в виде полислойного покрытия, состоящего из графита, листов алюминия, алюминиевой решетки и графита.

Гальванопара выполнена из пиролюзита в качестве анода и из перфорированной пластины из нержавеющей стали в качестве катода.

Циркуляционные перегородки различной высоты позволяют лучше омывать очищаемую воду гальванопарой, а камера отстаивания шламов, камера второй стадии обработки с гальванопарой в виде полислоев, камера подачи диспергированного воздуха обеспечивают упрощение аппаратурного оформления и интенсификацию процесса очистки, выраженное в том, что очистка воды происходит непрерывно при контактировании гальванопары с водой без электрического тока.

В предложенном устройстве сочетаются одновременно химическая обработка, две стадии гальванохимической обработки и удаление шлама после первой стадии гальванохимобработки. В камере с вертикальной мешалкой осуществляется химическая обработки растворов с целью осаждения, изменения окислительного состояния катионов (анионов). Например, для восстановления Сr⁶⁺---Сr³⁺ добавляется пиросульфит натрия, Fe²⁺, Na₂HSO₃ ^-, Na₂SO₃: 3Na₂S₂О₅+ +2Н₂СrO₄=2Сr₂(SO₄)₃+2NaON+Н₂О.

Количество пиросульфита должно превышать теоретически необходимое количество в 2-2,5 раза, необходимое время контакта не менее 10 мин. Для восстановления хрома (VI) до хрома (III) применяется формальдегид в количестве, превышающем теоретическое необходимое количество на 20-30%: 3Na₂Сr₂О₇+3НСОН+8HNO₃=2Сr(NO₃)₃+ 2NaNO₃+3НСООН+4Н₂О Сr(NO₃)₃+3NH₄ОН=Сr(ОН)₃+NH₄NO₃ В камерах с мешалками с горизонтальной осью вращения происходит взрыхление, перемешивание гальванопары С:Fe и обновление ее поверхности. Окружная скорость горизонтальных мешалок не превышает 0,2-0,5 м/с. Каждые 2-3 часа включается привод для перемешивания на 1-2 мин. Организуются встречные потоки очищаемой жидкости и очищающих реагентов, что позволяет резко интенсифицировать протекание процесса. Форма держателей первого ряда лопастей мешалок с концов вала мешалки соответствует профилю сечения емкости. Лопасти расположены на конце держателей под углом 30-45^o к вертикальной плоскости, проходящей через вал мешалки, направлены в противоположные стороны и имеют циркуляционные отверстия. В камере отстаивания шлама установлены гофрированные пластины, расположенные по углом 45^o к направлению потока сточной воды. Каждая пластина имеет впадины и выступы (колпаки). Осадок сползает по желобам (гофрам) в специальные вертикальные каналы, расположенные в торце отстойника, а осветленная вода собирается под колпаками (гофрами) и отводится в вертикальные каналы, находящиеся в торце с противоположной стороны камеры осветления. В последней камере расположена гальванопара С:А1, которая представлена в виде полислойного покрытия, состоящего из графита, листов алюминия, алюминиевой решетки и графита или пиролюзита - перфорированной пластины из нержавеющей стали.

Сущность изобретения поясняется чертежом. Устройство выполнено в виде емкости 1. Сточные воды через патрубок 2 и воздух через патрубок 3 проходят через массу гальванопар, огибая циркуляционные перегородки 4 и патрубок 5 и разгружаются. В камерах установлены вертикальная 6 и ряд горизонтальных мешалок 7 с лопастями 8. Загрузка гальванопары происходит через открытое пространство емкости. Выгрузка осевшего в отстойнике 9 осадка осуществляется через люк 10. Вторая стадия гальванохимобработки осуществляется в камере 11 с гальванопарой в виде полислоев, состоящих из графита, листов алюминия, алюминиевой решетки и графита или пиролюзита - перфорированной пластины из нержавеющей стали. Устройство работает следующим образом. Емкость заполняется необходимыми гальванопарами при оптимальном соотношении кокс:железо и графит: алюминий (пиролюзит - перфорированная пластина из нержавеющей стали) сточной водой, поступающей через патрубок 2 и воздухом через патрубок 3. Вода проходит через все камеры и массу гальванопары, огибая циркуляционные перегородки 4 и разгружается через патрубок 5. Одновременно включаются приводы вертикальной 6 и горизонтальных 7 мешалок с лопастями 8 для взрыхления, перемешивания гальванопары и образования множества гальванопар. Горизонтальные мешалки приводятся во вращения объединенным приводом от одного мотора через соответствующий редуктор. Осевшийся шлам на пластинах отстойника 9 разгружается через люк 10 или специальный шланг. Растворы после осаждения направляются на вторую стадию очистки гальванопарой с полислойным покрытием гальванопары, например, из (пиролюзита - перфорированной пластины из нержавеющей стали). Интенсивность при перешивании растворов определяется общим окислительно-восстановительном потенциалом. Внутрь корпуса загружается смесь металлического скрапа и кокса при оптимальном весовом соотношении, обеспечивающим максимальную объемную плотность тока в растворе. При этом кокс загружается одноразово, так как он является катодом и защищен от химического воздействия и расходуется только из-за механического истирания. Металлический скрап является анодом и его расход определятся анодным растворением металла. При вращении мешалок и перемещении исходных растворов происходит контактирование металлического скрапа, кокса, сточной воды и кислорода воздуха, что приводит к интенсивному возникновению гальванопары, протеканию разнообразных физико-химических процессов, приводящих к удалению примесей из сточных вод. В этих условиях в системе не накапливается шлам, который непрерывно выносится потоком. Оптимизация гидродинамического режима гнальвано-химической обработки раствора обеспечивает в конечном итоге более полную степень удаления ионов токсичных металлов. Конструкция данного устройства позволяет осуществлять операции в прямоточном направлении стоков и воздуха и противопоточное движение, в котором вода и осадок движутся навстречу.

Источники информации 1. О.П. Чернова, Г.М. Курдюмов. Гальваноочистка сточных вод металлургических производств. Научные школы МИ СиС 75-лет. Становление и развитие. М.: М И С и С, 1997, с.291-295.

2. В. А. Феофанов, Л.П. Жданович, Б.С. Луханин, Г.Г. Вдовкин. Очистка сточных вод коагуляцией. Сб. научных трудов "Казмеханобр", 1983, 26, с.79-86.

3. Патент РФ 2077502 С1, МКИ6 С 02 F 1/463. Способ очистки и обеззараживания сточных вод. Опубл. 10.12.93. Бюл. 11.

4. Патент РФ 2061660 С1, МКИ С 02 F 1/463. Способ очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов. Опубл. 10.06.96. Бюл. 16.

5. Патент РФ 2029735 С1, МКИ6 С 02 F1/46. Устройство для очистки сточных вод "Ферроксер". Опубл. 27.02.95. Бюл. 6.

6. Патент РФ 2093475. Устройство для гальванокоагуляционной очистки сточных вод. БИ 29, 1997 (прототип).

Формула изобретения

1. Способ очистки сточной воды, включающий ее пропускание с предварительно введенным воздухом через загрузку из смеси металлической стружки и кокса при их перемешивании, отличающийся тем, что очистка осуществляется в две стадии с загрузкой кокс-железо на первой стадии и с полислойным покрытием гальванопары из алюминия-графита или пиролюзита-перфорированной пластины из нержавеющей стали - на второй стадии, в присутствии восстановителя и отделением твердой фазы в отстойнике с гофрированными пластинами.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что восстановитель хрома (VI) пиросульфит натрия подается в количестве, превышающем теоретически необходимое количество в 2-2,5 раза, в кислую среду при продолжительности контакта от 5 до 10 мин.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что восстановитель хрома формальдегид подается в количестве, превышающем теоретически необходимое количество на 20-30%.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что перемешивание осуществляют каждые 2-3 ч на 1-2 мин приводами вертикальной и горизонтальных мешалок с окружной скоростью последних, равной 0,2-0,5 м/с.

5. Устройство для очистки сточной воды, включающее емкость с гальванопарой, патрубками подвода сточной и отвода обработанной воды, перемешивающим устройством и патрубком удаления шламов, отличающееся тем, что устройство снабжено камерой подачи диспергированного воздуха, емкость разделена на ряд камер с циркуляционными перегородками между ними с высотой выше или ниже уровня потока воды, а перемешивающее устройство выполнено в виде мешалок с лопастями с горизонтальной и вертикальной осью вращения, встроенных в камеры.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что форма держателей первого ряда лопастей мешалки с концов вала соответствует профилю сечения емкости, а лопасти расположены на конце держателей под углом 30-45^o к вертикальной плоскости, проходящей через вал мешалки, направлены в противоположные стороны и имеют циркуляционные отверстия.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что в камере отстаивания шламов установлены гофрированные пластины, расположенные под углом 45^o.

8. Устройство по п.5, отличающееся тем, что гальванопара представлена в виде полислойного покрытия, состоящего из графита, листов алюминия, алюминиевой решетки и графита.

9. Устройство по п.5, отличающееся тем, что гальванопара выполнена из пиролюзита в качестве анода и из перфорированной пластины из нержавеющей стали в качестве катода.

РИСУНКИ

Рисунок 1