Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОЧИСТКИ КИСЛЫХ МАЛОМУТНЫХ ШАХТНЫХ И ПОДОТВАЛЬНЫХ ВОД

Изобретение относится к очистке кислых маломутных сточных вод от взвешенных веществ, ионов тяжелых металлов и примесей нефти, например вод, образующихся при добыче руд цветных металлов шахтным и карьерным способом, и может быть использовано для осветления технологических вод заводов по обработке цветных металлов, а также иных металлургических и других промышленных производств.

Сложность очистки маломутных вод (до 100 мг/л взвешенных веществ) заключается в том, что даже при прибавлении к ним известных коагулянтов (флокулянтов) процессы хлопьеобразования и осаждения коагулированной взвеси протекают медленно (Бабенков Е.Д. Очистка воды коагулянтами. М.: Наука, 1977). Поскольку эти воды содержат ионы металлов, применяемые приемы для осаждения взвешенных частиц должны способствовать и освобождению воды от ионов металлов.

Известен способ очистки кислых сточных вод от ионов тяжелых металлов(RU №2108301, C02F 1/62), включающий двухстадийное выделение тяжелых металлов: на первой стадии нейтрализацию проводят в два этапа с использованием известкового молока до рН 4,8-5,4 и карбоната натрия для нейтрализации до рН 6,0-6,5 с последующим осаждением полученных гидроокисей металлов; на второй стадии нейтрализацию до рН 7,5-8,0 проводят карбонатом натрия с последующим кондиционированием гидроокисей металлов флотореагентом - натриевой солью синтетических жирных кислот. Процесс осаждения взвешенных частиц и гидроокисей металлов по этому способу протекает медленно, требует длительного периода отстоя и больших объемов оборудования. По этому способу сложно решается вопрос механического удаления обезвоживания осадка.

Известен способ очистки кислых шахтных вод путем нейтрализации их известью с последующим электрокоагулированием и отстаиванием (SU №415238, С02С 5/00). Данный способ не применим при обработке больших объемов воды из-за расхода электроэнергии.

Известен способ интенсификации процесса отделения взвешенных примесей в маломутной воде (SU №1134551, C02F 1/52, 1982), включающий введение осадителя, сернокислого алюминия и флокулянта с последующим отделением образующегося осадка. В качестве осадителя используют смесь кварцевого песка и перлита в соотношении 1:1 в количестве 10 г/л обрабатываемой воды.

При значительных объемах обрабатываемой воды такой прием интенсификации процесса очистки воды становится нерентабельными. Кроме того, в данном способе не решается вопрос освобождения воды от ионов металлов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ очистки сточных вод титаномагниевого производства (RU №2141456, C02F 1/52, C02F 1/56, 1999), включающий стадию нейтрализации стоков известковым молоком, стадию флокулирования полученного нейтрализованного раствора флокулянтом на основе сополимера полиакриламида, стадию отстаивания и отделения осветленной воды от шлама (осадка). В данном способе с целью повышения производтельности процесса предусмотрена непрерывная подача известкового молока и флокулянта с определенной скоростью и последующая подача образованной суспензии на стадию осветления с определенной скоростью, противоточно движению оседающих частиц шлама.

К недостаткам данного способа относится невысокая степень очистки, полученный осветленный раствор направляется в промканализацию, а для сброса в рыбохозяйственные водоемы требуется дополнительная очистка до требуемых нормативов качества воды, кроме того, соблюдение указанных условий подачи реагентов усложняет осуществление процесса.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение степени очистки сточных вод и упрощение процесса.

Указанная задача решается тем, что в способе очистки кислых маломутных шахтных и подотвальных вод, содержащих ионы тяжелых металлов, включающем нейтрализацию известковым молоком до рН 7,0-8,5, обработку флокулянтом на основе полиакриламида, отстаивание и отделение осветленной воды от осадка, согласно изобретению в качестве флокулянта используют смесь анионного и катионного полиакриламидов с молекулярной массой не менее 10×10⁶ в объемном соотношении, равном 3-2:1, а процесс флокуляции ведут в присутствии осадка, полученного после отделения осветленной воды в предыдущем цикле очистки.

Причем полученный в предыдущем цикле очистки осадок преимущественно используют в объемном соотношении к воде, поступающей на очистку, равном 0,5-1:10.

При введении в нейтрализованный раствор сточных вод меньшего количества осадка с предыдущей стадии очистки приходится увеличивать дозу флокулянта для достижения необходимой степени очистки. Введение же большего количества осадка не влияет на процесс флокулообразования, а приводит лишь к дополнительным энергетическим затратам.

Предложенный способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Для очистки брали 10 л шахтной и подотвальной воды с Сибайского рудника со следующими показателями: рН 4,0; температура 20°С, состав мг/дм³: взвешенные вещества 3141; медь 21,03; марганец 8,81; никель 0,3; кадмий 0,087; цинк 25,98; нефтепродукты 72,7; БПК 7,25 О₂/дм³.

Шахтную и подотвальную воду нейтрализовали известковым молоком до рН 7,5, обработали анионным флокулянтом Flopam AN 934 с молекулярной массой 15×10⁶ дозой 6 мг/дм³, а затем отстаивали в течение 0,5 часа и отделили осветленную воду от сгущенной части (осадка). Получили 1230 мл осадка со следующими показателями: плотность 1,02 кг/м³, рН 7,5; состав: вода 88,75%; нефтепродукты 33 мг/дм³; цинк 3000,25 мг/дм³; кадмий 5,9 мг/дм³; никель 28,1 мг/дм³; железо 3900,5 мг/дм³; марганец 1167,9 мг/дм³; медь 1869,8 мг/дм³; свинец 16,7 мг/дм³; хром 3 мг/дм³.

Состав осветленной воды после отделения от осадка, мг/дм³: взвешенные вещества 16,2; медь 0,017; марганец 0,022; никель 0,098; кадмий 0,019; цинк 0,023; нефтепродукты 0,34; БПК 7,25 О₂/дм³.

Пример 2. Для очистки брали 10 л шахтной и подотвальной воды с Сибайского рудника по примеру 1, нейтрализовали известковым молоком до рН 7,5, обработали флокулянтом Flopam AN 934 дозой 3 мг/дм³. Флокулы не образовались.

Пример 3. Для очистки брали 10 л шахтной и подотвальной воды с Сибайского рудника по примеру 1, нейтрализовали известковым молоком до рН 7,5, обработали флокулянтом Flopam AN 934 дозой 3 мг/дм³ и смешали с осадком, полученным по примеру 1, в соотношении 10:1,2, а затем отстаивали в течение 0,5 часа и отделили осветленную воду от осадка. Получили 1400 мл осадка плотностью 1,08 кг/м³. Состав осветленной воды после отделения осадка, мг/дм³: взвешенные вещества 16,6; медь 0,017; марганец 0,021; никель 0,092; кадмий 0,019; цинк 0,025; нефтепродукты 0,34; БПК 7,25 О₂/дм³.

Пример 4. Для очистки брали 10 л шахтной подотвальной воды с Сибайского рудника по примеру 1, нейтрализовали известковым молоком до рН 7,5, смешали с осадком, полученным по примеру 3, в соотношении 10: 1,4. Флокулы не образовались.

Пример 5. Для очистки брали 10 л шахтной подотвальной воды с Сибайского рудника по примеру 1, нейтрализовали известковым молоком до рН 7,5, смешали с осадком, полученным по примеру 3, в соотношении 10:0,6, обработали флокулянтом Flopam AN 934 дозой 2 мг/дм³, а затем отстаивали в течение 0,5 часа, отделили осветленную воду от осадка. Получили 1505 мл осадка плотностью 1,1 кг/м³. Состав осветленной воды после отделения осадка, мг/дм³: взвешенные вещества 9,2; медь 0,017; марганец 0,017; никель 0,061; кадмий 0,017; цинк 0; нефтепродукты 0,44; БПК 9,25 О₂/дм³.

Пример 6. Для очистки брали 10 л шахтной подотвальной воды с Сибайского рудника по примеру 1, нейтрализовали известковьм молоком до рН 7,5, смешали с осадком, полученным по примеру 3, в соотношении 10:0,4, обработали флокулянтом Flopam AN 934 дозой 2 мг/дм³. Флокулы не образовались.

Пример 7. Для очистки брали 10 л шахтной подотвальной воды с Сибайского рудника по примеру 1, нейтрализовали известковым молоком до рН 7,5, смешали с осадком, полученным по примеру 1 в соотношении 10:1, обработали флокулянтом Flopam AN 934 дозой 2 мг/дм³, отстаивали в течение 0,5 часа и отделили осветленную воду от осадка. Получили 1562 мл осадка плотностью 1,1 кг/м³. Состав осветленной воды после отделения от осадка, мг/дм³: взвешенные вещества 10,4; медь 0,016; марганец 0,016; никель 0,054; кадмий 0,007; цинк 0; нефтепродукты 0,46; БПК 7,25 О₂/дм³.

Пример 8. Для очистки брали 10 л шахтной подотвальной воды с Сибайского рудника по примеру 1, нейтрализовали известковым молоком до рН 7,5, смешали с осадком, полученным по примеру 1, обработали смесью флокулянтов: анионного - Flopam AN 934 и катионного - Flopam FO 4240 с молекулярной массой 15×10⁶, в соотношении 3:2, общей дозой 2 мг/дм³, а затем отстаивали в течение 0,5 часа и отделили осветленную воду от осадка. Получили 1570 мл осадка плотностью 1,1 кг/м³. Состав осветленной воды после отделения осадка, мг/дм³: взвешенные вещества 9,2; медь 0,014; марганец 0,012; никель 0,024; кадмий 0,007; цинк 0; нефтепродукты 0,24; БПК 7,25 О₂/дм³.

Пример 9. Для очистки брали 10 л шахтной подотвальной воды по примеру 1, нейтрализовали известковым молоком до рН 7,5, смешали с осадком, полученным по примеру 8, и обработали смесью флокулянтов Flopam AN 934 и Flopam FO 4240 в соотношении 3:1 общей дозой 2 мг/дм³, а затем отстаивали в течение 0,5 часа и отделили осветленную воду от осадка. Получили 1147 мл осадка плотностью 1,09 кг/м³. Состав осветленной воды после отделения осадка, мг/дм³: взвешенные вещества 9,2; медь 0,015; марганец 0,012; никель 0,026; кадмий 0,0069, цинк 0; нефтепродукты 0,24; БПК 7,25 О₂/дм³.

Пример 10. Для очистки брали 10 л шахтной под отвальной воды по примеру 1, нейтрализовали известковым молоком до рН=6,5, обработали флокулянтом Flopam AN 934 дозой 6 мг/дм³. Флокулы не образовались.

Пример 11. Для очистки брали 10 л шахтной подотвальной воды с Сибайского рудника по примеру 1, нейтрализовали известковьм молоком до рН 7,5, смешали с осадком, полученным по примеру 3, в соотношении 10: 1, обработали анионным флокулянтом Flopam AN 920 с молекулярной массой 12×10⁶ дозой 2 мг/дм³, а затем отстаивали в течение 0,5 часа и отделили осветленную воду от осадка. Получили 1505 мл осадка плотностью 1,1 кг/м³. Состав осветленной воды после отделения осадка, мг/дм³: взвешенные вещества 9,4; медь 0,016; марганец 0,014; никель 0,056; кадмий 0,0074; цинк 0,024; нефтепродукты 0,36; БПК 7,25 О₂/дм³.

Пример. 12. Для очистки брали 10 л шахтной подотвальной воды с Сибайского рудника: по примеру 1, нейтрализовали известковым молоком до рН 7,5, обработали анионным флокулянтом Flopam AN с молекулярной массой 5×10⁶ дозой 6 мг/л. Образовались мелкие плохо фильтруемые флокулы.

Пример 13. Для очистки брали 10 л шахтной подотвальной воды с Сибайского рудника: по примеру 1, нейтрализовали известковым молоком до рН 7,5, обработали катионным флокулянтом Flopam FO с молекулярной массой 2×10⁶ дозой 6 мг/л. Флокулы не образовались.

Сводные данные по приведенным примерам представлены в таблице.

Приведенные примеры подтверждают повышение степени очистки исходных сточных вод предложенным способом до показателей, близких к нормативам качества воды для рыбохозяйственных водоемов по содержанию тяжелых металлов и нефтепродуктов. Причем наиболее эффективно использование смеси анионного и катионного флокулянтов на основе полиакриламида в соотношении, равном 3-2:1.

Использование рециркуляции осадка совместно с другими существенными признаками позволяет наряду с повышением степени очистки сточной воды от ионов тяжелых металлов и нефтепродуктов дополнительно сократить в 3 раза дозу используемого флокулянта и снизить затраты на сгущение осадка (шлама).

Используемые в приведенных примерах флокулянты Flopam серии AN представляют собой анионные эмульсии, полученные путем сополимеризации мономеров акриламида и акрилата натрия в различных пропорциях, они отрицательно заряжены с плотностью заряда в диапазоне от 1 до 50% и имеют молекулярную массу от 5×10⁶ до 22×10⁶. Флокулянты Flopam серии FO представляют собой катионные эмульсии, полученные путем сополимеризации мономеров акриламида и метилхлорида в различных пропорциях, они положительно заряжены с плотностью заряда в диапазоне от 0 до 15% и имеют молекулярную массу от 3×10⁶ до 15×10⁶.