Способ очистки сточных и природных вод от ионов сульфатного двухвалентного железа

Изобретение относится к способу очистки сточных и природных вод и может быть использовано в различных отраслях промышленности, в том числе горнорудной, химической и машиностроительной.

Известен способ обезжелезивания (очистки) природных и сточных вод от железа с применением аэрирования воды в атмосферных условиях, если ионы железа представлены в бикарбонатной форме, что характерно для большинства подземных вод [1]. Однако известный метод аэрации не обеспечивает очистку воды от ионов железа, если они представлены в сульфатной форме. Такая форма железа может быть удалена как из подземных, так и поверхностных вод в настоящее время только реагентным методом с применением сильных щелочей.

Наиболее близким способом того же назначения к заявляемому по совокупности признаков является способ очистки от ионов сульфатного двухвалентного железа путем осаждения их в твердую фазу в виде гидроокиси при повышении рН до 9,7 с применением щелочных реагентов [2].

Самым дешевым сильнощелочным реагентом является известь, применение которой получило широкое распространение и рекомендовано рядом нормативных документов для использования в технологии очистки воды [3, 4].

Недостатком этого метода является образование осадка аморфной структуры, обуславливающий медленную скорость осветления нейтрализованной воды и уплотнения осадка. А также необходимость увеличения территории земли для складирования (или захоронения) этого объемного осадка, что приводит к увеличению затрат и тормозит возможность широкого внедрения данной технологии, особенно для больших объемов высокозагрязненных сточных вод, где сульфатсодержащие ионы железа представлены в основном в двухвалентном виде (например, шахтные воды, изливающиеся из отработанных шахт).

Задачей настоящего изобретения является уменьшение затрат и обеспечение глубокой очистки воды с содержанием железа не более 100 мг/дм³ от ионов сульфатного двухвалентного железа, регламентируемой для сброса воды в водные объекты рыбохозяйственного назначения (ПДК≤0,005 мг/дм³), безреагентным методом.

Технический результат - исключение приготовления и дозирования щелочного реагента, уменьшение объема образовавшегося осадка и обеспечение очистки сточных и природных вод от ионов сульфатного двухвалентного железа с содержанием железа не более 100 мг/дм³ для сброса воды в водные объекты рыбохозяйственного назначения без применения реагента.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что очистку сточных и природных вод от ионов сульфатного двухвалентного железа, включающий осветление и нормализацию водородного показателя, согласно изобретению с концентрацией ионов сульфатного двухвалентного железа не более 100 мг/дм³ аэрируют в течение 1-5 мин при избыточном давлении, при этом на аэрирование ее подают в виде водовоздушной пульпы, а после аэрации направляют на осветление.

Использование избыточного давления в процессе аэрирования воды и подача ее в виде водовоздушной пульпы обеспечивает увеличение растворимости воздуха по сравнению с атмосферными условиями и соответственно увеличение растворимости содержащегося в нем кислорода, что способствует ускорению окисления двухвалентного железа до трехвалентного, что и позволяет осуществлять очистку сточных и природных вод от ионов сульфатного двухвалентного железа с содержанием железа не более 100 мг/дм³ для сброса воды в водные объекты рыбохозяйственного назначения без применения реагента.

Таким образом, подача воды для очистки от ионов сульфатного двухвалентного железа с содержанием железа не более 100 мг/дм³ в виде водовоздушной пульпы при избыточном давлении с последующим осветлением позволяет исключить затраты на приготовление и расход реагента, на процесс нейтрализации, упростить технологию и снизить затраты на процесс формирования осадка с улучшенной структурой и меньшим объемом и обеспечить очистку для сброса воды в водные объекты рыбохозяйственного назначения без применения реагента.

В результате образуется компактный осадок вместо аморфного осадка большего объема, характерного при очистке воды известными методами с применением щелочных реагентов, в т.ч. извести. При этом очистка воды от сульфатного двухвалентного железа, окисленного до ионов Fe³⁺, достигается при рН≤4,1-5,0.

В патентной и научно-технической литературе неизвестны технические решения, содержащие признаки, аналогичные заявляемым, следовательно, предложение соответствует критерию "новизна". Также впервые на основе разработанного способа определена очистка сточных и природных вод от ионов сульфатного двухвалентного железа с содержанием ионов железа не более 100 мг/дм³, обеспечивающая глубокую очистку от ионов сульфатного двухвалентного железа регламентируемой для сброса воды в водные объекты рыбохозяйственного назначения без применения реагентного метода, т.е. заявленное техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Предлагаемый способ с получением вышеуказанного технического результата осуществляют следующим образом.

Сточная вода насосом, во всас которого через эжектор засасывается воздух, подается в виде водовоздушной пульпы в сатуратор и осуществляют аэрацию при избыточном давлении, например в течение 1-5 мин. Затем воду направляют в отстойник или шламонакопитель для последующего завершения очистки от растворенного железа, нормализации водородного показателя и осветления (контактное осветление)

В контактном осветлителе происходит завершение окисления двухвалентного железа за счет увеличенного содержания растворенного кислорода с одновременной нормализацией рН за счет осаждения Fe(ОН)₃ и очистки воды от взвешенных веществ.

Проверка предлагаемого способа очистки сточных вод от ионов сульфатного двухвалентного железа проводилась на натуральной шахтной воде с изменением избыточного давления.

Пример 1. Шахтная вода с рН 5,03 и концентрацией ионов Fe²⁺ 200 мг/дм³ подавалась насосом, во всас которого через эжектор засасывался воздух в сатуратор, где водовоздушная смесь без применения щелочного реагента подвергалась аэрации.

Аэрация осуществлялась в течение пяти минут при давлении 4 ати и непрерывном стравливании избыточного воздуха. По истечении указанного времени испытуемая проба воды разгружалась и разделялась на две части: первая - подвергалась сразу анализу на определение ионов Fe²⁺ и величины рН, вторая - направлялась на осветление, после которого через заданный интервал времени (через 1 час, 17 часов, 48 часов, 72 часа) отбирались пробы для контроля ионов Fe²⁺ и рН.

Результаты анализа показали, что в процессе аэрации в сатураторе концентрация ионов Fe²⁺ снизилась до 167 мг/дм³, при дальнейшем контакте в осветлителе в течение 1 часа произошло снижение концентрации Fe²⁺ примерно в два раза и при последующем времени осветления в течение трех суток остаточная концентрация иона двухвалентного железа составила 27,9 мг/дм³ при рН=5,25 (таблица, серия опытов 1), т.е. для данного состава стока без щелочного реагента не достигается очистка по величине рН и остаточной концентрации Fe²⁺ для сброса воды в водные объекты рыбохозяйственного назначения.

Пример 2. Шахтная вода с рН=5,03 и концентрацией ионов Fe²⁺=100 мг/дм³ подавалась насосом, во всас которого через эжектор засасывался воздух в сатуратор, где во до-воздушная смесь без применения щелочного реагента подвергалась аэрации, и поддерживалось давление 4 ати при аэрации в течение 5 мин (таблица, серия опытов 2).

Химический анализ проб, отобранных после сатуратора и дальнейшего осветления через указанные в таблице интервалы времени, показал, что концентрация ионов железа в процессе аэрации в сатураторе снижается до 150 мг/дм³. При последующем осветлении воды в течение 48 часов двухвалентное железо в обработанной пробе воды отсутствует. При этом рН увеличилось до 6,5, что позволяет осуществлять сброс воды в водные объекты рыбохозяйственного назначения.

Пример 3. Шахтная вода с рН 5,03 и концентрацией ионов Fe²⁺=80 мг/дм³ подавалась насосом, во всас которого через эжектор засасывался воздух в сатуратор, и водовоздушная смесь без применения щелочного реагента подвергалась аэрации, где поддерживалось давление 1 ати при аэрации в течение одной минуты. После такой обработки и осветления в течение 72 часов в очищенной воде ионы двухвалентного железа отсутствуют, величина рН 7,46 (таблица, серия опытов 3), что позволяет осуществлять сброс очищенной воды в водные объекты рыбохозяйственного назначения.

Предложенная технология позволит сократить расходы на нейтрализацию, а также последующие процессы осветления воды, уплотнения и складирования осадка в шламонакопителях (или прудах-отстойниках) в связи с образованием более плотного и компактного осадка по сравнению с осадком образующегося при очистке воды с применением извести.

Использование предложенной технологии особенно благоприятно для очистки больших объемов шахтных вод, изливающихся из затопленных отработанных шахт, где основным загрязняющим компонентом являются ионы двухвалентного железа, представленного сульфатными солями.

Источники информации

1. Л.А.Кульский, П.П.Строкач Технология очистки природных вод. - Киев: Виша школа, 1986, стр.211.

2. Ю.Б.Лурье Справочник по аналитической химии. - М., Химия, М. 1971, стр.248

3. Строительные норма и правила, часть II, глава 32 (СНиП-32-74)

4. Основные положения по проектированию сооружений для очистки кислых шахтных вод, утвержденное Министерством угольной промышленности и согласованные с Министерством ССС и Министерством рыбного хозяйства СССР, 1978 г.

Способ очистки сточных и природных вод от сульфатного двухвалентного железа, включающий осветление и нормализацию водородного показателя, отличающийся тем, что воду с концентрацией ионов сульфатного двухвалентного железа не более 100 мг/дм³ аэрируют при избыточном давлении 1-4 ати в течение 1-5 мин, при этом на аэрирование ее подают в виде водовоздушной пульпы и после аэрации направляют на осветление.