Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОЧИСТКИ ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ ВОД ОТ СЕРОВОДОРОДА, ИОНОВ СУЛЬФИДА И ГИДРОСУЛЬФИДА

Изобретение относится к области очистки природных и сточных вод от сероводорода, ионов сульфида и гидросульфида и может использоваться в целлюлозно-бумажных, химических и других производствах.

Известен способ очистки природной или сточной воды от сероводорода, включающий ее фильтрование через слой зернистой загрузки, заполненной суспензией частиц гидроксида железа, с образованием при контактировании с ним воды нерастворимых сульфидов железа (пат. РФ №2285670, опубл. бюл. №29, 2006 г.). При повышении концентрации сероводорода в обработанной воде выше допустимой вверх через слой зернистой загрузки подают сжатый воздух для окисления сульфидов железа при их взаимодействии с растворенным в воде кислородом и затем воду для промывки фильтра. Окисление сульфидов железа проходит с образованием FeSO₄ или Fе(ОН)₃ и элементарной серы. После промывки фильтра начинают следующий цикл очистки воды.

Недостатками способа являются высокая сложность технологии и оборудования, большая длительность процесса, а также его периодичность.

Известен также способ очистки воды от сероводорода и ионов гидросульфида, включающий приготовление водной суспензии частиц гидроксида железа их химическим осаждением, использование ее для обработки воды при их смешении с образованием нерастворимых сульфидов железа FeS или Fe₂S₃ (В.А.Клячко, И.Э.Апельцин. Очистка природных вод. М.: Стройиздат, 1971 г., с.479-481). Сульфиды железа отделяют от очищенной воды осаждением, например, в осветлителе и далее в этом же аппарате сгущенную отстаиванием суспензию во взвешенном состоянии обрабатывают продувкой воздухом для окисления кислородом FeS до FeSO₄ и Fе₂S₃ до Fe(ОН)₃ и элементарной серы.

Этот способ можно считать ближайшим аналогом предлагаемого изобретения. К его недостаткам относятся сложная схема очистки, большие объемы очистных сооружений, затруднения при обработке осадков, периодичность процесса.

Новыми результатами от использования предлагаемого изобретения являются упрощение и удешевление процесса очистки и оборудования и обеспечение возможности очистки в непрерывном режиме с большой объемной скоростью потока воды.

Указанные результаты достигаются тем, что в способе очистки воды от сероводорода, ионов сульфида и гидросульфида, включающем получение водной суспензии частиц гидроксида железа их химическим осаждением, использование ее для обработки воды путем их смешения с образованием нерастворимых сульфидов железа, их окисление в суспензии кислородом воздуха, отделение твердых продуктов очистки от очищенной воды, согласно изобретению химическое осаждение частиц гидроксида железа проводят в присутствии в воде диспергированных целлюлозных волокон с получением суспензии композиционного материала из волокон с иммобилизованными ими частицами гидроксида железа, окисление сульфидов проводят при повышенном давлении воздуха, а отделение твердых продуктов очистки воды проводят с использованием напорной флотации с получением их в виде флотошлама, при этом используют суспензию частиц гидроксида двух- или трехвалентного железа, целлюлозные волокна содержат, в мас.%, не менее 94% волокон с длиной не более 1,23 мм, не менее 54% волокон с длиной не более 0,63 мм, а величина соотношения в композиционном материале, в мас.ч., гидроксид железа: целлюлозные волокна находится в диапазоне 30-500:100. Флотошлам с Fe(II) и очищенную с его использованием воду направляют в производство суспензии композиционного материал, а флотошлам с Fe(III) утилизируют.

Способ осуществляют следующим образом.

Суспензию частиц гидроксида двух- или трехвалентного железа в виде композиционного материала, состоящего из суспензии целлюлозных волокон с иммобилизованными ими химически осажденными частицами гидроксида железа, готовят в установке, содержащей смеситель, реактор, сатуратор и флотатор. Эту установку целесообразно иметь в составе установки для очистки воды. В этом случае готовят дисперсию целлюлозных волокон с концентрацией, например, 1% в расчете на массу сухих волокон. Волокна содержат, в мас.%, не менее 94% волокон с длиной не более 1,23 мм и не менее 54% волокон с длиной не более 0,63 мм. С использованием этой дисперсии и методов реагентного химического осаждения гидроксида железа и напорной флотации получают на выходе установки в виде флотошлама суспензию композиционного материала заданного состава. Флотошлам направляют в бак для хранения или непосредственно в процесс очистки воды.

Очистку воды проводят с использованием установки, состоящей из смесителя, сатуратора, флотатора и фильтр-пресса (или центрифуги). В смеситель с любой заданной объемной скоростью (например, со скоростью образования стока) подают подлежащую очистке сточную (или природную) воду и заданное количество композиционного материала. Его выбирают из диапазона, например, 40-150 мг по сухим веществам на дм³ воды.

Очистка воды от сероводорода и/или ионов сульфида и/или гидросульфида проходит по механизму превращения одного соединения железа - гидроксида, в другое соединение - в сульфид железа, имеющего меньшую растворимость.

Используемый материал (реагент) - суспензия гидроксида железа на основе целлюлозных волокон - это материал с очень высокой дисперсностью частиц. Сорбированные на целлюлозных волокнах частицы гидроксида железа имеют громадную удельную поверхность и обладают высокой химической активностью. Поэтому скорость преобразования гидроксида железа в сульфиды очень велика, при этом частицы сульфида железа остаются в иммобилизованном на волокнах виде.

В процессе очистки проявляется еще одно важное для флотационной технологии свойство композиционного волокнистого реагента. В суспензии без перемешивания волокна за 10-15 сек образуют хорошо флотируемые флоккулы и хлопья. При перемешивании они легко разрушаются с образованием однородной суспензии, но без перемешивания волокна вновь быстро образуют флоккулы и хлопья.

Суспензию из смесителя направляют в сатуратор и насыщают ее воздухом при его давлении, например, 3 атм. Концентрация кислорода в суспензии увеличивается до уровня, соответствующего этому давлению. В этих условиях проходит быстрое и почти полное окисление FeS до FeSO₄, a Fe₂S₃ - до Fе(ОН)₃ и элементарной серы. Далее суспензию направляют во флотатор. В его камере давление сбрасывается до нормального и из воды выделяются пузырьки воздуха. Отдельные волокна и особенно флоккулы и хлопья хорошо их удерживают, и все взвешенные вещества полностью флотируются к поверхности воды в камере флотатора и образуют слой флотошлама.

Во флотаторе полностью завершается процесс окисления сульфидов.

Прошедшая очистку вода на выходе из флотатора не содержит взвешенных частиц. При использовании Fe(OH)₂ вода на выходе содержит в растворенном виде FeSO₄. Ее направляют в производство гидроксида двухвалентного железа. При использовании Fе(ОН)₃ очищенная вода загрязнителей не содержит.

Флотошлам при очистке воды гидроксидом двухвалентного железа вследствие его преобразования в сульфид и затем в растворимый сульфат представляет собой суспензию «чистых» целлюлозных волокон. Его направляют в производство гидроксида двухвалентного железа.

Флотошлам в процессе очистки с использованием трехвалентного железа - это композиционный материал, содержащий целлюлозные волокна с иммобилизованными на них частицами Fe(ОН)₃ и элементарной серы. Его целесообразно обезводить, например, с использованием фильтр-пресса, высушить, измельчить и использовать в качестве наполнителя в различные материалы, например в техническую резину.

Следующие примеры иллюстрируют возможности предлагаемого способа.

Пример 1. Воду с содержанием серы в виде сероводорода 3 мг/дм³ и суспензию реагента с соотношением в нем гидроксид железа (II): целлюлозное волокно (ГЖ:ЦВ) равным, в мас.ч., 30:100, и расходом 45 мг/дм³ подают в проточный смеситель. 1 мас.ч. железа (II) в гидроксиде связывает в сульфиде 0,573 мас.ч. серы. Соответственно, теоретическая «емкость» 45 мг используемого в примере реагента, содержащих 10,38 мг гидроксида железа, равна 3,698 мг серы. Время пребывания суспензии в смесителе выбирают достаточным для полного связывания ионов серы в сульфид. Суспензию из смесителя подают в сатуратор и затем во флотатор. В тракте движения реагента от смесителя до поверхности воды в камере флотатора все 3 мг ионов серы связываются сначала в сульфид железа, а затем преобразуются в растворимый сульфат железа. Коэффициент полезного использования гидроксида железа составляет 81,12%. 19,88% гидроксида остаются в реагенте и, соответственно, в шламе. Флотошлам и очищенную воду направляют в процесс приготовления суспензии гидроксида двухвалентного железа.

Пример 2. Очищают сточную воду с общим содержанием серы в виде сульфида и гидросульфида натрия, а также сероводорода в количестве 50 мг/дм³. Для очистки используют реагент с соотношением ГЖ(III):ЦВ=500:100 при его расходе 150 мг/дм³ воды. Теоретическая емкость такого количества реагента равна 56,17 мг серы. Соответственно, при полной очистке воды коэффициент использования гидроксида железа равен 89%. Сухие вещества флотошлама содержат, в мас.ч.: целлюлозных волокон - 100, Fе(ОН)₃ - 500, элементарной серы - 50. Их можно использовать в качестве наполнителя в резинотехнических изделиях.

Пример 3. Очищают сточную воду с содержанием ионов серы 21 мг/дм³. Для очистки используют реагент с соотношением ГЖ(II):ЦВ=250:100 при его расходе 90 мг/дм³ воды. Теоретическая емкость такого количества реагента равна 22,9 мг серы. Соответственно, при полной очистке воды коэффициент использования гидроксида железа равен 91,7%. Сухие вещества флотошлама содержат, в мас.ч., целлюлозных волокон - 100, гидроксида железа (II) - 12,9. Флотошлам и очищенную воду, содержащую FeSO₄, направляют в производство композиционного реагента.

Пример 4. Очищают природную воду с содержанием сероводорода 9 мг/дм³. Используют реагент с соотношением ГЖ(II):ЦВ=250:100 при его расходе 120 мг/дм³ воды или в расчете на Fe(OH)₂ 85,71 мг. Их теоретическая емкость равна 30,5 мг S. При полной очистке воды в сульфид FeS и затем в сульфат FeSO₄ в каждом 1 дм³ воды расходуется 25,27 мг гидроксида железа. Для повышения эффективности использования реагента в начальный период работы очистной установки весь флотошлам направляют в смеситель. После второго и третьего циклов оборота флотошлама расходуется 75,81 мг. Коэффициент использования реагента 88,45%. С этого момента количество возвращаемого в процесс флотошлама уменьшают на 10-15%, а в смеситель подают 12-15 мг/дм³ свежего реагента. В установившемся режиме коэффициент использования Fe(OH)₂ превышает 80%. Выводимые из процесса флотошлам и очищенную воду используют для получения композиционного реагента.

Очевидно, что с использованием предлагаемого способа можно очищать воду с любым содержанием указанных загрязнителей, например, путем подбора реагента с соответствующим составом или с предварительным разбавлением ее, например, очищенной водой до приемлемой концентрации загрязнителей.