Результат интеллектуальной деятельности: Способ очистки промышленных и сточных вод от соединений хрома

Изобретение относится к области очистки промышленных сточных вод от тяжелых металлов, в частности к способу очистки сточных вод, содержащих соединения хрома (VI) восстановлением, который может быть использован для очистки сточных вод процессов нанесения гальванических покрытий.

Известны способы очистки хромсодержащих сточных вод восстановлением хрома (VI) (Su 1813733 от 07.05.1993; пат. РФ №2025467, опубл. 1994.12.30); пат. Румынии №127099, опубл. 2012.02.28; пат. Украины №70644, опубл. 2004.10.15; Патент РФ №2550890) включающие их обработку (пропускание) через слой железосодержащего материала при внешнем воздействии (электромагнитная или аэрационная обработка).

Недостатками данных способов являются низкая эффективность процесса очистки и низкая скорость реакции.

Известны способы очистки сточных вод от соединений хрома (VI) восстановлением (Пат. РФ 2433961 от 20.11.2011; Пат. РФ №2395463 от 13.08.2008), в процессе которых восстановление хрома проводят органическими соединениями (гидразин, формалин) с последующим осаждением гидроксидов хрома(III).

К недостаткам этих способов стоит отнести использование токсичных органических соединений и низкую эффективность процесса.

Известен способ очистки воды от соединений хрома (VI) (АС СССР №149354 от 01.01.1962) в процессе фильтрации хромсодержащего стока через слой анионита с последующей его регенерацией.

Основным недостатком данного способа является высокая стоимость процесса очистки, а также низкая скорость процесса и высокие материальные затраты на оборудование и реагенты.

Известен способ очистки гальванического стока (Проскуряков В.А., Шмидт Л.И. Очистка сточных вод в химической промышленности. Л.: Химия, 1977. 464 с.; Виноградов С.С. Экологически безопасное гальваническое производство. М., 2002. - 352 с.) от соединений хрома (VI) восстановлением соединений хрома (VI) бисульфитом, сульфитом или пиросульфитом натрия с последующим осаждением гидроксидов хрома (III).

К недостаткам данного способа стоит отнести высокие реагентные затраты и низкую скорость процесса восстановления, а также высокую зависимость эффективности процесса от рН среды.

Наиболее близким аналогом по достигаемому результату и технической сущности (прототип) является способ восстановления соединений хрома (VI) в форму (III) сульфатом железа(II) с последующим осаждением гидроксидов (пат. WO 2015076773 А1 от 28.05.2015 г.).

К недостаткам данного способа стоит отнести высокие реагентные затраты (избыток восстановителя), сложную аппаратурную схему.

Задачей данного изобретения является разработка способа удаления ионов хрома в (VI) с высокой скоростью процесса, простой аппаратурной схемой, повышенной эффективностью очистки воды от соединений хрома и низкими реагентными затратами.

Поставленная задача решается способом очистки сточных вод от соединений хрома (VI) восстановлением соединениями титана (II или III) в количестве 100-200% от стехеометрии с последующим перемешиванием и корректировкой рН среды до значений 8,5-9,0 с последующим осаждением хлопьев гидроксида хрома (III) отстаиванием, фильтрацией, коагуляцией или флокуляцией.

Сущность предлагаемого способа и достигаемые результаты наглядно могут быть проиллюстрированы следующими примерами

ПРИМЕР №1

В гальванический сток с содержанием ионов хрома (VI) 25 мг/л и рН среды 11,0 при интенсивном перемешивании вводят 225 мг/л (100% от стех.) хлорида титана (III) и перемешивают в течение 30 секунд. Затем в течение 10 минут при постоянном перемешивании раствором гидроксида кальция поднимают рН среды до значений 9,0 с последующим осаждением хлопьев гидроксида хрома (III) флокулянтом (например, Besfloc К051С). Суммарная эффективность очистки от соединений хрома (III) и (VI) составляет 99,5%.

ПРИМЕР №2

В гальванический сток с содержанием ионов хрома (VI) 25 мг/л и рН среды 4,2 при интенсивном перемешивании вводят 225 мг/л (100% от стех.) хлорида титана (III) и перемешивают в течение 1 минуты. Затем в течение 10 минут при постоянном перемешивании раствором гидроксида кальция поднимают рН среды до значений 8,5 с последующим осаждением хлопьев гидроксида хрома (III) флокулянтом (например, Полиакриламид). Суммарная эффективность очистки от соединений хрома (III) и (VI) составляет 98,6%.

ПРИМЕР №3

В гальванический сток с содержанием ионов хрома (VI) 25 мг/л и рН среды 7,1 при интенсивном перемешивании вводят 225 мг/л (100% от стех.) хлорида титана (III) и перемешивают в течение 30 секунд. Затем в течение 10 минут при постоянном перемешивании раствором гидроксида кальция поднимают рН среды до значений 8,6 с последующим осаждением хлопьев гидроксида хрома (III) флокулянтом (например, активная кремниевая кислота). Суммарная эффективность очистки от соединений хрома (III) и (VI) составляет 99,4%.

ПРИМЕР №4

В гальванический сток с содержанием ионов хрома (VI) 25 мг/л, тяжелых металлов 200 мг/л и рН среды 4,3 при интенсивном перемешивании вводят 450 мг/л (200% от стех.) хлорида титана (III) и перемешивают в течение 1 минуты. Затем в течение 10 минут при постоянном перемешивании раствором гидроксида натрия поднимают рН среды до значений 8,7 с последующим самопроизвольным осаждением (отстаиванием) хлопьев гидроксида хрома (III). Суммарная эффективность очистки от соединений хрома (III) и (VI) составляет 97,9%.

ПРИМЕР №5

В гальванический сток с содержанием ионов хрома (VI) 25 мг/л, тяжелых металлов 95 мг/л и рН среды 5,2 при интенсивном перемешивании вводят 340 мг/л (150% от стех.) сульфата титана (III) и перемешивают в течение 1 минуты. Затем в течение 10 минут при постоянном перемешивании раствором гидроксида натрия поднимают рН среды до значений 8,7 с последующим самопроизвольным осаждением хлопьев гидроксида хрома (III). Суммарная эффективность очистки от соединений хрома (III) и (VI) составляет 98,6%.

ПРИМЕР №6

В гальванический сток с содержанием ионов хрома (VI) 25 мг/л и рН среды 3,1 при интенсивном перемешивании вводят 112,5 мг/л (100% от стех.) хлорида титана (II) и перемешивают в течение 1 минуты. Затем в течение 10 минут при постоянном перемешивании раствором гидроксида натрия поднимают рН среды до значений 9,0 с последующей фильтрацией гидроксида хрома (III). Суммарная эффективность очистки от соединений хрома (III) и (VI) составляет 98,3%.

ПРИМЕР №7

В гальванический сток с содержанием ионов хрома (VI) 25 мг/л и рН среды 3,0 при интенсивном перемешивании вводят 112,5 мг/л (100% от стех.) хлорида титана (II) и перемешивают в течение 1 минуты. Затем в течение 10 минут при постоянном перемешивании раствором гидроксида натрия поднимают рН среды до значений 8,7 с последующим отделением хлопьев гидроксида хрома (III) фильтрацией. Суммарная эффективность очистки от соединений хрома (III) и (VI) составляет 99,1%. Скорость фильтрации 134 мл/мин, скорость фильтрации осадков, полученных при аналогичной эффективности и использовании соединений железа, 102 мл/мин.

ПРИМЕР №8

В гальванический сток с содержанием ионов хрома (VI) 25 мг/л и рН среды 3,0 при интенсивном перемешивании вводят 112,5 мг/л (100% от стех.) хлорида титана (II) и перемешивают в течение 1 минуты. Затем в течение 10 минут при постоянном перемешивании раствором гидроксида натрия поднимают рН среды до значений 8,7 с последующим отделением хлопьев гидроксида хрома (III) коагуляцией (например, сульфатом алюминия). Суммарная эффективность очистки от соединений хрома (III) и (VI) составляет 99,1%. Количество образующегося осадка 4 объем.%, при аналогичной эффективности при использовании соединений железа - 13,4 объем.%.

Использование в качестве восстановителя соединений титана II и III, позволяет значительно повысить общую эффективность удаления ионов хрома и упростить аппаратурную схему процесса, за счет исключения стадии аэрации. Процесс проходит в одну стадию, а расход восстановителя не зависит от рН воды (снижение реагентных затрат). Также достигнуто снижение количества образующегося шлама (осадка) и высокая скорость его фильтрации, что значительно увеличивает скорость процесса.