Статья: Глубокая очистка сточных вод от цинка с осаждением

УДК 628.3/5:615

ТарГУ им. М.Х. Дулати

ГЛУБОКАЯ ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ОТ ЦИНКА СООСАЖДЕНИЕМ

Б.А. Джумабекова

Проблема удаления тяжелых металлов в сточных водах существует во многих отраслях промышленности. Штрафные санкции за сброс тяжелых металлов становятся все жестче. Приходится искать новые технологические решения, менять или модернизировать существующие схемы, подбирать новые реагентные методы очистки стоков.

В данной работе изложены результаты исследований по глубокой очистки сточных вод завода холодильного оборудования.

Сточные воды производства образуются на стадии водной промывки металлических изделий, подвергаемых производственной операции одновременного обезжиривания и фосфатирования путем распыления растворов. При обработке изделий, изготовленных из оцинкованного стального листа, оборотный моюще-фосфатирующий рабочий раствор загрязняется, в основном, цинком и железом.

Для удаления остатков рабочего раствора обработанные изделия подвергаются двухстадийной водной промывке. Вначале осуществляется промывка умягченной водой, пропущенной через катионитовую ионообменную смолу, а затем деионизированной водой, пропущенной через катионитовую и анионитовую смолы. С целью уменьшения расхода воды обе промывки осуществляются в замкнутых оборотных циклах. Однако из-за остатков рабочего раствора на промываемых изделиях происходит постоянное загрязнение оборотных промывных растворов, в первую очередь, в танке-емкости с умягченной водой, а затем и в танке с деионизированной водой. Поэтому, часть промывных вод периодически выводится из цикла и поступает на заводские очистные сооружения. На очистку поступают также сливные воды при мокрой уборке производственных помещений.

Исследованиями установлено, что загрязняющие примеси находятся в сточных водах, преимущественно, в виде растворимых метафосфатов Zn(H2PO4)2 и Fe(H2PO4)2, а также натриевых солей фосфорной кислоты. Для осаждения загрязняющих примесей нами предложено использовать хлористый кальций. Процесс осаждения происходит в соответствии с реакциями:

Zn(H2PO4)2+CaCl2=Zn(CaPO4)2+4HCl

Fe(H2PO4)2+2CaCl2=Fe(CaPO4)2+4HCl

2Na3PO4+6CaCl2=Ca3(PO4)2+6NaCl

Для нейтрализации избыточной кислотности сточные воды обрабатываются раствором каустика (едким натром) до рН 8 - 9. Слабощелочная среда способствует дополнительному осаждению ионов металлов в виде труднорастворимых гидроксидов. Поскольку для полноты осаждения загрязняющих примесей хлорид кальция подается с небольшим избытком, то для снижения жесткости очищаемой воды и формирования легко отстаивающегося, хорошо фильтруемого осадка на заключительной стадии очистки сточные воды обрабатывают раствором кальцинированной соды: сточный вода концентрация загрязнение

CaCl2+Na2CO3=2NaCl+CaCO3

Выпадающий при этом карбонат кальция способствует укрупнению ранее образовавшихся осадков и адсорбирует на своей поверхности ионы цинка.

Выбор метода очистки зависит от состава и режима поступления сточных вод, концентрации загрязнений, необходимости и возможности повторного использования очищенной воды.

В лабораторных условиях нами опробовано несколько технологических вариантов очистки сточных вод от цинка. Наиболее эффективным оказался процесс осаждения цинка из кислых сточных вод в две стадии: вначале сточные воды обрабатывали растворами гидроксида натрия и хлорида кальция, затем раствором карбоната натрия. Дозированный расход карбоната натрия позволяет точно регулировать рН осаждения, добиваясь наибольшей полноты осаждения цинка при рН 9,0-10,0. Осаждение цинка проводили при комнатной температуре из кислого раствора, содержащего 100мг/л Zn2+ , рН=3,0. Количество очищаемого раствора во всех опытах брали равным 3000мл, температура осаждения 20оС. Ориентировочные расходы реагентов определяли в соответствии со стехиометрией протекаемых при очистке реакций. Остаточное содержание цинка в очищенных растворах определяли методом атомно-абсорбционной спектроскопии. Данные результатов анализа представлены в таблице.

Таблица 1 Зависимость остаточного содержания цинка в сточной воде от расхода реагента.

Промышленные испытания предложенного технологического решения подтвердили целесообразность применения реагентной очистки сточных вод от цинка.

Сточные воды с промывными водами, периодически по мере накопления откачиваются насосом в емкость 1 стабилизирования и первичного осаждения фосфатов, где происходит их гомогенизация и снижение гидравлической нагрузки до уровня, необходимого для системы очистки. В эту ёмкость насосом-дозатором подается рабочий раствор хлорида кальция для образования труднорастворимых смешанных фосфатов цинка, железа и кальция. Для избежания осаждения осадка на дно и стенки резервуара, а также для перемешивания сточных вод, в емкость постоянно подается через диффузоры сжатый воздух из заводской пневмосистемы. При поддержании постоянного потока сточные воды откачиваются насосом в следующую секцию системы и поступают в емкость 2 для корректировки рН. Сюда подается насосом-дозатором рабочий раствор гидроксида натрия для нейтрализации стоков и корректировки водородного показателя рН в пределах 8-9. В емкость 3 подается насосом-дозатором рабочий раствор карбоната натрия. Подача соды снижает жесткость очищаемой воды и способствует формированию легкоотстаивающегося осадка. В тех случаях, когда наблюдается частичное выпадение осадка в емкости 3 из-за недостаточности перемешивания, целесообразно перевести подачу карбоната натрия непосредственно в емкость 4, которая снабжена диффузорами для постоянной подачи сжатого воздуха. Аэродинамическое перемешивание пульпы предотвращает выпадение осадка в емкости 4 и способствует окислению Fe(II) в Fe(III), что снижает содержание железа в стоках до сотых долей мг/литр. Из емкости 4 пульпа самотеком поступает в отстойник-осадитель, где происходит осветление очищенных сточных вод, то есть выпадение осадка на конусном дне отстойника. Осветленные стоки по переферийному сливу поступают в емкость 5, служащую сборникрм, из которого, в соответствии с показаниями уровнемера очищенная вода через контрольный песчанный фильтр откачивается для повторного использования в качестве промывных вод и приготовления моюще-фосфатирующих растворов.

С целью предотвращения загрязнения осадком очищенных сточных вод, последние обязательно должны проходить через контрольный песчаный фильтр.

Важным фактором очистки является то, что можно не только обезвредить и извлечь из промышленных стоков загрязняющие вещества, но и вернуть очищенные воды в производство для повторного их использования, что значительно снижает себестоимость основной продукции предприятия.

Разработанный способ [1] позволил очистить сточные воды от цинка до тысячных долей мг/л., что соответствует современным требования «Водоканала», который ограничивает содержание цинка при сбросе сточных вод в канализацию тысячными долями мг (0,003 мг/л).

Литература

1. Куценко С.А., Хрулева Ж.В. Способ очистки кислых сточных вод от цинка /Патент РФ № 2294316 от 27.02.2007, Бюл. № 6.

2. А.с. 887000 СССР. Гидроциклон для очистки сточной воды. /Абдураманов А.А., Жангужинов Е.М. (СССР) №2884357/23-26; Заявлено 19.02.80; Опубликовано 07.12.81, Бюл №45 //Открытия. Изобретения. 1981

3. А.с. 997830 СССР. Гидроциклон непрерывного действия для очистки сточных вод. /Жангужинов Е.М. (СССР) №332870/23-26; Заявлено 06.08.81; Опубликовано 23.02.83, Бюл №7 //Открытия. Изобретения. 1983