Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНОЙ ВОДЫ ОТ МЫШЬЯКА

Изобретение относится к технологиям очистки сточной или природной воды от соединений мышьяка и может быть использовано в различных отраслях промышленности.

Известен способ очистки растворов от мышьяка путем его осаждения сульфидсодержащим реагентом, например гидросульфидом натрия (RU, №2312820, C02F 1/62, C01G 22/00, C02F 103/16, опубл. 20.12.2007 г.). Осаждение мышьяка производят до его остаточной концентрации в растворе 0,03 г/дм³.

Недостатками способа являются высокая остаточная концентрация мышьяка в очищенной воде, а также сложность переработки осадков.

Известен также способ очистки сточных вод от мышьяка, включающий сорбцию на древесно-неорганическом сорбенте ДНС-1 (Древесно-неорганический сорбент ДНС-1. Каталог-справочник «Неорганические сорбенты», Пермь, 1988, с. 49-50). Сорбент получают осаждением гидроксида железа в порах древесного носителя щелочным реагентом.

Недостаток способа заключается в однократном использовании сорбента и низкой эффективности очистки воды вследствие низкого содержания активной составляющей (гидроксида железа) в матрице сорбента.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ очистки сточных вод от мышьяка, включающий использование композиционного сорбента, содержащего в качестве сорбирующего (активного) компонента частицы гидроксида железа, механически иммобилизованные хлориновыми волокнами (RU, заявка №94028249, C02F 1/28, 1/62, опубл. 20.05.1996 г.). Механическую иммобилизацию проводят путем впрыскивания в воду органоминеральной суспензии, состоящей из порошка гидроксида железа (твердая фаза) и диметилформамида (жидкая фаза) с растворенным в нем перхлорвинилом. Сорбент состоит из 75-83% частиц гидроксида железа и 17-25% волокон. Сформованные из высушенного сорбента гранулы засыпают в фильтр колонного типа. Воду очищают при ее контактировании с сорбентом путем фильтрации через этот фильтр с получением на выходе очищенной воды, не содержащей частиц сорбента. При очистке воды с содержанием мышьяка 0,3-2,5 мг/дм³ емкость сорбента составила 15,6 мг на 1 г гидроксида железа, или 1,95% в расчете на массу сорбента. Авторы полагают, что мышьяк сорбируется на частицах гидроксида железа вследствие химического сродства этих веществ.

Недостатком способа является низкая производительность фильтрационной технологии очистки воды вследствие невысокой эффективности используемого в нем сорбента.

Новыми положительными результатами от использования предлагаемого способа являются повышение эффективности процесса очистки воды благодаря использованию в нем сорбента с высокой емкостью, упрощение технологии очистки, повышение степени очистки при разных уровнях загрязненности воды, повышение объемной скорости очистки.

Указанные цели достигаются тем, что в способе очистки воды от мышьяка, включающем использование композиционного сорбента, содержащего в качестве сорбирующего компонента частицы гидроксида железа, иммобилизованные органическими волокнами, контактирование сточной воды с сорбентом с образованием нерастворимых соединений мышьяка, отделение очищенной воды от твердых продуктов очистки, согласно изобретению частицы гидроксида железа иммобилизованы целлюлозными волокнами при их химическом осаждении в водной дисперсии этих волокон, а контактирование сточной воды с сорбентом проводят их смешением с образованием суспензии содержащих мышьяк твердых продуктов очистки. Целлюлозные 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. В способе используют сорбент состава, в мас.ч., целлюлозные волокна - 100, гидроксид железа - 20-500, очистку воды проводят при концентрации сорбента в ней 40-300 мг/дм³, а отделение очищенной воды от твердых продуктов очистки проводят методом напорной флотации с образованием флотошлама. Отбираемый из флотатора флотошлам можно направлять в процесс очистки воды. Выводимый из процесса флотошлам утилизируют.

Возможен вариант, в котором флотошлам сгущают на фильтр-прессе или центрифугированием до концентрации сорбента 4-6% и в емкостях отправляют на нуждающиеся в нем производства. Но, поскольку технология получения сорбента проста, а ее производительность определяется скоростью образования стока и соответствующей этой скорости производительности флотатора, установку для получения сорбента целесообразно иметь в составе установки для очистки воды. В этом случае способ реализуют следующим образом. Готовят дисперсию целлюлозных волокон с концентрацией, например, 1% в расчете на массу сухих волокон. Волокна содержат, в мас.ч., не менее 94% волокон с длиной не более 1,23 мм и не менее 54% волокон с длиной не более 0,63 мм. На установке, состоящей из смесителя, реактора, сатуратора и флотатора, с использованием этих волокон и методов реагентного химического осаждения и напорной флотации получают в виде флотошлама дисперсию композиционного сорбента с заданными характеристиками. Сорбент состоит из волокон с прочно иммобилизованными на них силами стяжения наноразмерными частицами гидроксида железа. Задаваемая характеристика сорбента - массное соотношение между целлюлозными волокнами и гидроксидом железа - определяется содержанием мышьяка в подлежащей очистке воде. Оптимальную величину этого соотношения для каждого конкретного случая целесообразно определять в лабораторных испытаниях при очистке воды с разным содержанием мышьяка.

Флотошлам направляют в бак для хранения сорбента или непосредственно в процессе 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 содержащую мышьяк сточную воду и заданное количество дисперсии сорбента. Очистка воды от соединений мышьяка проходит по механизму превращения одного соединения железа - гидроксида, в другое соединение - в арсенат (или арсенит) железа, имеющего меньшую растворимость. Например, произведение растворимостей ионов железа и гидроксила на несколько порядков больше произведения растворимостей ионов железа и ангидрида мышьяка. Поэтому в водной среде гидроксид железа переводится в арсенат (или арсенит) железа.

Сорбент - это материал с очень высокой дисперсностью частиц. Сорбированные на целлюлозных волокнах наночастицы гидроксида железа имеют громадную удельную поверхность и обладают высокой химической активностью. Поэтому скорость преобразования гидроксида железа в арсенат железа очень велика.

В процессе очистки проявляется еще одно важное для флотационной технологии свойство композиционного волокнистого сорбента. В воде 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, насыщают ее воздухом и подают в водораспределитель в камере флотатора. 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. Осветленную воду, не содержащую мышьяка и частиц сорбента, выводят из флотатора и сбрасывают в канализацию. Флотошлам подают в фильтр-пресс или на центрифугирование, обезвоживают и направляют на утилизацию.

Следующие примеры иллюстрируют возможность предлагаемого способа.

Пример 1. Воду с содержанием мышьяка в виде арсената 3 мг/дм³ и суспензию сорбента с соотношением в нем гидроксид железа (III): целлюлозное волокно (ГЖ:ЦВ), равном, в мас.ч., 20:100 и расходом 40 мг на 1 дм³ воды, подают в проточный смеситель, затем в сатуратор, далее во флотатор и с использованием известного метода напорной флотации отделяют твердые продукты очистки воды в виде шлама от очищенной воды. Продукт очистки - это целлюлозные волокна с прочно связанными с ними частицами FeAsO₄. 1 мас.ч. железа в гидроксиде связывает 1,34 мас.ч. мышьяка. Соответственно, теоретическая емкость 40 мг используемого в примере сорбента, содержащего 6,66 мг железа, равна 8,93 мг мышьяка. В примере в тракте движения сорбента от точки подачи его в сточную воду до вывода из флотатора в виде флотошлама сорбируются 3 мг мышьяка. Коэффициент использования гидроксида железа 33,59%.

Очевидно, что эффективность использования гидроксида железа при очистке сточных вод с низким содержанием мышьяка можно повысить путем использования известного приема - возврата части флотошлама в процесс (в смеситель) при равном ей снижении подачи свежего сорбента. В установившемся режиме при подаче 30 мг шлама (по с.в.) и 10 мг свежего сорбента на 1 дм³ воды с содержанием мышьяка 3 мг/дм³ коэффициент использования гидроксида железа увеличивается до 62%.

По справочным данным FeAsO₄ нерастворим. Соответственно, степень очистки воды следует считать высокой.

Пример 2. Очищают воду с содержанием мышьяка 100 мг/дм³. Для очистки используют сорбент с соотношением ГЖ:ЦВ=200:100 при его расходе 150 мг/дм³ воды. Теоретическая емкость такого количества сорбента равна 134 мг мышьяка. Соответственно, при полной очистке коэффициент использования гидроксида железа равен 74,6%. Флотошлам полностью выводят из системы очистки и направляют на утилизацию.

Пример 3. Очистке подлежит вода с содержанием мышьяка 600 мг/дм³. Эту воду разбавляют до содержания мышьяка 230 мг/дм³. Для очистка разбавленной воды используют сорбент с соотношением ГЖ:ЦВ=500:100 при его расходе 300 мг/дм³ воды и теоретической емкости 335 мг мышьяка. При полной очистке коэффициент использования гидроксида железа равен 68,65%. Флотошлам направляют на утилизацию. Очищенную воду используют для разбавления исходной сточной воды.