Спосіб очищення лужних стічних вод від іонів цинку

Изобретение относится к области обработки сточных вод машиностроительных предприятий. Известен способ обработки сточных вод от ионов цинка путем последовательной обработки раствора фосфорсодержащим реагентом и карбонатом натрия корректировки рН до 5-6 с последующим отстаиванием и отделением осадка, в котором в качестве фосфорсодержащего реагента используют аммофос в соотношении Zn+2 : РO4-3 = 1 :(2,5-3,5) [Авт.св, СССР № 1330079, опублик. 15.08.87]. Аммофос NH4H2PO4 + (NH4)+ 2НРO4 в растворе диссоциирует с образованием ионов аммония NH4, являющегося сильным комплексо-образователем [Глинка Н.Л. Общая химия. - М.-Л.: Химия, 1965. - С.567591]. Вследствие чего образуемый осадок фосфата цинка необходимо сразу отделять от раствора, так как будет наблюдаться процесс его растворения и образования аммонийного соединения. Наиболее близким решением к заявляемому по достигаемому результату является способ обработки сточных вод, при котором вводят фосфорсодержащие вещества в соотношении ионов цинка к фосфату по крайней мере 1 моль фосфата на 1 моль тяжелого металла [Патент США № 4671882, опублик. 09.06.87], корректируют рН раствора меньше 5, вводят коагулянт-хлорид железа, повышают рН раствора более 7,0 гидроокисью кальция, вводят флокулянт и обезвоживают конечный обезвреженный шлам. Недостатком данного способа обработки сточных вод является необходимость закислення раствора серной (преимущественно), соляной или фосфорной кислотой до рН = 5 для эффективного воздействия коагулянта - хлорида железа, который переходит в гидроксид железа при рН = 5,0-5,5. Избыток серной кислоты нейтрализуют гидроокисью кальция. Образуется сульфат кальция, имеющий ПрСаSO4 = 6,26.10-5 [Гороновский Н.Г. и др. Справочник химика. -Киев, Наукова думка, 1974, с.348], повышающий жесткость воды. Кроме того, используют реагенты такие как кислоты, гидроокись кальция, хлорид железа, специально приобретаемые для этой цели, хотя любой металлообрабатывающее производство имеет отходы, близкие по составу, но более дешевые. В основу изобретения положена задача осуществи ть такую обработку цинксодержащих сточных вод, при которой образуются малорастворимые соединения цинка, и процесс удешевляется. Поставленная задача решается тем, что в способе очистки цинксодержащих сточных вод от ионов цинка, при котором обработку сточных вод производят фосфорной кислотой в соотношении металла к фосфату 1.(0,75-1,25), затем их корректируют по рН, вводят коагулянти флокулянт, корректировку кислотности сточных вод до рН = 8,5 производят одновременно с коагуляцией фосфатов цинка путем введения в сточные воды отработанных сернокислотных и/или солянокислых растворов травления с содержанием в них ионов железа 90-150 г/л. Преимущество предлагаемого способа обработки цинксодержащих сточных вод заключается в том, что используют не дефицитные реагенты, а отработанные растворы травления, обеспечивая при этом образование труднорастворимого соединения - фосфата цинка, выпадающего в осадок. Для осуществления предлагаемого способа щелочные цинксодержащие сточные воды обрабатывают фосфорной кислотой в соотношении цинка к фосфату Ζn+2 : РО4-3 = =1:0,75-1,25, затем корректируют кислотность стоков до рН = 8-8,5 одновременно с коагуляцией осадка отработанным сернокислым и/или солянокислым травильным раствором, содержащим ионы железа 90-150 г/л. При этом происходит образование Ζn3{ΡO4)2 - тр уднорастворимого соединения, выпадающего в осадок. Для ускорения процесса осаждения фосфата цинка в обрабатываемые сточные воды добавляют флокулянт анионного типа, например, полиакриламид. Введение фосфорной кислоты, отработанных травильных растворов и флокулянта производят последовательно при перемешивании. Затем осуществляют отстой раствора в течение нескольких часов до получения осветленной верхней части, которую фильтруют через волокнистый фильтр, а осадок отжимают на центрифуге и утилизируют. Для достаточной полноты протекания реакции образования фосфатов цинка фосфорную кислоту берут в соотношении Ζn+2:(ΡO4)-3 - 1 :(0,75-1,25). По стехиометрии соотношение Zn2+ (РО4)-3 должно быть 1:1. Изменение соотношения изменяет полноту протекания прямой реакции и снижает степень очистки сточных вод о т ионов цинка. При уменьшении соотношения, например 1:0,5, часть ионов цинка остается в виде цинката, так как исходный раствор имеет щелочную реакцию (рН = 12,0-13,5), а цинк является амфотерным металлом. В растворе остаточное содержание ионов цинка обусловлено реакцией: [Глинка Н.Л., Общая химия. - Л.: Химия, 1984.-С.603]. При избытке фосфорной кислоты происходит образование растворимой кислой фосфорнокислой соли цинка [Справочник химика. - Л.: Химия, 1971. -Т.2, - С.255]. Поэтому остаточная концентрация ионов цинка в обработанном растворе возрастает. Корректировку рН цинксодержащих сточных вод, заключающуюся в нейтрализации избытка щелочки в стоках после введения фосфорной кислоты, производят отработанным травильным раствором до рН 8-8,5. Соблюдение этого интервала кислотности необходимо ввиду амфотерности цинка и улучшения протекания реакции нейтрализации. Уменьшение рН 8,5, ускоряет реакцию (II). Для образования хорошо осаждаемого фосфата цинка в сточные воды добавляют железный коагулянт. Назначение коагулянтов - ускорять образование хлопьев из труднорастворимых соединений. Действие железных коагулянтов хлоридов или сульфатов железа основано на их гидролизе в водных растворах с образованием гидооксидов железа. Взаимодействие их с ионами металлов приводит к слипанию с образованием крупных хлопьев. Одновременно идет адсорбция и хемосорбция растворенных в воде ионов металлов [Технология коагулянтов. Ткачев К.В. и др. - Л.: Химия, 1978. - С.6]. За счет коагуляции происходит улучшение качественных показателей осветленной воды. В отработанных травильных растворах в результате длительного процесса снятия окалины накапливаются соли железа. В сернокислотных растворах концентрация их достигает 20-25%, а концентрация серной кислоты снижается до 50%. В солянокислых растворах содержание солей железа повышается до 2530%, а концентрация соляной кислоты падает до 5%. [Грилихес С.Я. Обезжиривание, травление и полирование металлов. - Л.: Машиностроение, 1977. - С.69]. В отдельных случаях применяют смешанные травильные растворы. Сульфаты и хлориды железа в травильных растворах играют роль коагулянтов при попадании этих растворов в щелочные цинк содержащие сточные воды. При нейтрализации идут реакции образования гидроксида железа. FeSO4+2NaOH «Fe(OH)2 ¯+Na2SO4 IV Свежеобразованный гидроксид железа способствует формированию плотного осадка фосфата цинка. Для обработки щелочных цинксодержащих сточных вод применяют насыщенные по ионам железа травильные растворы. Чем больше в них содержание железа, тем меньше этого раствора необходимо использовать для коагуляции фосфата цинка. Однако количество кислоты, оставшейся в отработанном травильном растворе, должно быть достаточным для нейтрализации щелочного цинксодержащего раствора до рН = 8-8,5. Для процесса осаждения, в данном случае, определяющим фактором является содержание железа, которое должно находиться в пределах 90-150 г/л, при этом остаток кислоты должен составлять соответственно 100-10 г/л. Как следует из табл.3 использование травильного раствора с содержанием железа менее 90 г/л снижает качество очистки сточных вод от ионов цинка, так как количество железа в растворе недостаточно для коагуляции фосфата цинка и достижения требуемой степени очистки осветленных стоков. В травильных растворах с содержанием железа более 150 г/л остаток кислоты небольшой и для нейтрализации стока до рН= 8-8,5 необходимо взять больший объем травильного раствора. При этом доза железа будет увеличена, что отрицательно сказывается на качестве очистки сточных вод от ионов цинка. Известно, что доза коагулянта связана с физико-химическими свойствами системы, ионным составом дисперсной среды, значением рН, При избытке коагулянта может ухудши ться коагуляция. [Запольский А.К., Баран А.А., Коагулянты и флокулянты в процессах очистки воды. - Л.: Химия, 1987. -С. 177] После введения в сточные воды травильного раствора добавляют флокулянт анионного типа, например полиакриламид, в количестве 5-20 мг/л, раствор перемешивают в течение нескольких минут и дают отстояться 1-2 часа. Далее осветленную часть фильтруют через волокнистый фильтр. Производят анализ очищенной воды. Осадок подают на центрифугирование, а затем утилизируют. Πример. В цилиндр емкостью 1 л заливают цинксодержащие сточные воды с концентрацией ионов цинка 150 мг/л, рН = 12,5, обрабатывают их фосфорной кислотой в соотношении Ζn+2 : РO4-3= 1:1, т.е. 0,12 мл Н3РО4. Для корректировки рН раствора и коагуляции используют отработанный травильный раствор (смесь H2SO4 и НСІ 1:1) с содержанием ионов железа 93 г/л. Доводят рН до 8,0. Производят перемешивание раствора сжатым воздухом и вводят флокулянт полиакриламид в количестве 5 мг. Раствору дают отстояться в течение 1 часа. Производят фильтрацию осветленной части раствора через лабораторный волокнистый фильтр. Анализируют содержание ионов цинка. Концентрация ионов цинка составляет 0,2 мг/л. Степень очистки 99,87%. Осадок обезвоживают на центрифуге. Примеры по граничным параметрам сведены в табл.1-3.