Спосіб очистки води

Изобретение относится к водоочистке и может быть использовано при очистке сточных и промывных вод, а также питьевой воды от примесей ионов металлов, нитратов, хлора, нефтепродуктов и др уги х вредных веществ, Известны способы очистки воды от ионов тяжелых металлов путем сорбции и соосаждения их соединениями двухвалентного железа, например получаемыми анодным растворением железа в воде [1]. Недостатком этого способа является большой расход железа и электроэнергии и ненадежность работы электролизера. Наиболее близким к заявляемому является способ очистки воды от тяжелых металлов с помощью железного порошка [2]. По этому способу в воду, содержащую ионы тяжелых металлов, вводят при рН 5-7 порошок железа с дисперсностью 25-150 мкм, перемешивают 30-60 минут и отфильтровывают осадок. Очистка воды при этом осуществляется за счет процессов поглощения - соосаждения. Недостатком способа является большой расход железного порошка (от 15 до 75 г на 1 л воды или от 58 до 300 г на 1 г очищаемых примесей), большая длительность процесса и недостаточно высокая степень очистки. Задачей изобретения является создание способа очистки воды с помощью суспензии, получаемой электроэрозионным диспергированием железа в воде, который обеспечивает уменьшение энергозатрат, сокращение продолжительности технологического процесса, повышение его производительности, расширение сырьевой базы и уменьшение загрязнения суспензии в процессе ее получения, а также повышение степени очистки воды и уменьшение расхода железа на очистку воды. Поставленная задача решается тем, что в способе очистки воды, включающем обработку порошкообразным железом, перемешивание и отделение осадка, согласно изобретению, обработку ведут суспензией, полученной электроэрозионным диспергированием в воде трубчатого железа, восстановленного из железорудных окатышей, и выдержанной до образования магнетита. Поставленная задача решается также тем, что суспензию перед введением в очищаемую воду подкисляют до рН 2-6. Губчатое железо, полученное восстановлением в водороде (металлизацией) железорудных окатышей, производят в Больших количествах в черной металлургии для бездоменного процесса получения стали. Окатыши представляют собой сфероиды диаметром 5-15 мм из губчатого термически запассивированного железа. Они могут достаточно долго (год и более) храниться на открытом воздухе, не поддаваясь коррозии. Химический состав железорудных окатышей регламентирован ТУ и в них не допускается наличие таких вредных примесей, как медь, цинк и др. Но в них содержатся (в количествах до нескольких процентов) остатки кремнезема и других пород, а также некоторое количество оксидов железа и кальция. Себестоимость железорудных металлизованных окатышей ниже себестоимости железа и стали. Поэтому замена стали окатышами экономически выгодна. В наших экспериментах установлено, что электроэрозионное диспергирование губчатого железа окатышей требует в 1,5 раза меньших энергозатрат, чем диспергирование стали, получаемая суспензия Состоит из порошка, имеющего в 3-4 раза более высокую дисперсность, чем порошок из стали, получаемый в тех же условиях на той же установке.. Повышение же дисперсности порошка ведет к повышению его химической и сорбционной активности, Повышение химической активности получаемого порошка ведет к тому, что его металл уже в процессе электроэрозионного диспергирования начинает интенсивно химически взаимодействовать с водой с образованием магнетита и выделением водорода. Это избавляет от необходимости осуществлять длительное выдерживание суспензии после электрозрозионного диспергирования до начала процесса образования магнетита. Все это ведет к уменьшению энергозатрат, сокращению продолжительности технологического процесса и повышению его производительности. Активность в процессе водоочистки суспензии, полученной из губчатого железа металлизованных железорудных окатышей, оказалась выше, чем у суспензии, получаемой из железа-армко или из низкоуглеродистых сталей. Кроме того примеси, содержащиеся в исходных железорудных окатышах (в частности кальций), ведут к повышению величины рН суспензии до 8-10, а в щелочной среде, суспензия очищает воду от большинства примесей хуже, чем в кислой. Для устранения отрицательного влияния щелочной среды и повышения скорости и степени очистки воды, в данном изобретении предлагается подкислять суспензию перед введением ее в очищаемую воду. Введение кислоты в суспензию предлагается не только для нейтрализации щелочи, содержащейся в суспензии, полученной из железорудных окатышей, но и для подкисления суспензии (как полученной из окатышей/так и полученной из углеродистой стали) до рН среды2-6 В такой слабо кислой среде металлическое железо частиц порошка суспензии частично растворяется. При смешивании суспензии с очищаемой водой происходят окислительно-восстановительные процессы с участием ионов железа-II и железаIII и сорбция ионов тяжелых металлов частицами суспензии. А при следующем повышении рН среды после смешивания суспензии с очищаемой водой растворенное железо превращается в гидроксиды железа, которые быстро коагулируют и выпадают в осадок, захватывая с собой примеси. Тем самым ускоряется процесс очистки воды. При этом повышается степень очистки воды от тяжелых металлов и уменьшается расход суспензии на очистку. Верхний и нижний пределы заявляемого интервала рН суспензии от 2 до 6 найдены экспериментально в многочисленных экспериментах, показавших, что при выходе за эти пределы резко снижается степень очистки воды. Оптимальное значение рН суспензии от 4 до 5,5 рекомендуется из условия наименьшего расхода реагентов (суспензии, а также кислоты и щелочи). В предлагаемом способе подкисляют не всю очищаемую воду, а только вводимую в нее суспензию, количество которой в 100-1000 раз меньше, чем воды. Это ведет к уменьшению расхода кислоты. При смешивании подкисленной суспензии с очищаемой водой рН воды изменяется мало. Поэтому при очистке нейтральных или слабо щелочных вод не требуется последующей их нейтрализации, что уменьшает расход щелочи. Способ осуществляется следующим образом. 1. Железорудные металлизованные (восстановленные в водороде) и термически пассированные окатыши подвергают электроэрозионному диспергированию электрическими разрядами в воде до размеров частиц'0,01-1 мкм. Рекомендуется осуществлять диспергирование в устройствах, описанных в а.c. СССР № 663515 и № 997938. 2. Концентрируют суспензию, получаемую в результате электроэрозионного диспергирования окатышей, отстаиванием или центрифугированием или фильтрацией ее до содержания Т:Ж от 1:20 до 1:3 по массе. 3. Затаривают суспензию и отправляют ее потребителю. 4. У потребителя суспензию добавляют к воде, подлежащей очистке, в количестве от 3 до 20 г (в пересчете на сухое вещество суспензии) на каждый грамм вредных ве ществ, содержащихся в очи щаемой воде и подлежащих очистке. Для удобства дозировки и ввода суспензии ее можно предварительно разбавить чистой водой до концентрации Т:Ж=1:10-1:20. Суспензию перед введением в очищаемую воду подкисляют при перемешивании раствором серной или соляной кислоты до величины рН 2-6, а лучше — до рН 4,0-5,5. 5. Перемешивают в течение 2-5 минут смесь суспензии с очищаемой водой. 6. Подщелачивают смесь при перемешивании до величины рН 8-9, добавляя в нее раствор щелочи. 7. Направляют смесь в отстойник, где отстаивают ее в течение 6-30 минут до выпадения осадка. 8. Собирают осветленную в отстойнике воды, фильтруют ее и направляют либо на повторное использование, либо на обессоливание, либо на сброс в канализацию. 9. Собирают осажденный в отстойнике осадок и направляют его на обезвоживание с помощью фильтрпресса, вакуумного фильтра или центрифуги, после чего отправляют шлам на утилизацию. Способ иллюстрируется следующими примерами: Пример 1.10 кг окатышей железорудных металлизованных и термически пассивированных (ТУ 14-1-435-87) производства Старооскольекого электрометаллургического комбината подвергают электроэрозионному диспергированию в воде. Выходящую из устройства диспергирования суспензию, состоящую из воды с взвешенным в ней порошком - продуктом эрозии, направляют в отстойник, где выдерживают в течение 15 минут. Выпадающий в отстойник осадок (более густую суспензию) отсасывают со дна отстойника и затаривают в бутыли. Соотношение Т:Ж в суспензии в бутылях составляет от 1:10 до 1:5. Бутыли с суспензией отправляют потребителю. У потребителя суспензию используют для очистки промывной воды гальванического производства, содержащей примеси, концентрация которых указана в таблице 1. Для очистки берут 500 мл промывной воды, имеющей величину рН 1, указанную в таблице 1, корректируют величину рН этой воды до значения рН2, указанного в таблице 1, добавкой в эту воду при перемешивании ее раствором серной кислоты или едкого натра. Затем в эту воду добавляют суспензию в количестве, указанном в таблице 1. Величина рН 4 суспензии указана в таблице 1. Смесь перемешивают в течение 3 минут. После этого в смесь при перемешивании добавляют 10 %ный раствор NaOH. доводя рН смеси до величины рН 3, указанной в таблице 1, и дают смеси отстояться до выпадения осадка и появления над ним слоя осветленной воды. Время отстаивания (осаждения) указано в таблице 1. Сливают из сосуде отстаивания осветленную воду, фильтруют ее на наливной воронке через бумажный фильтр "синяя лента" и собирают в сосуд-отстойник очищенной воды. Осадок из сосуда отстаивания отфильтровываю от остатков воды на вакуумном фильтре. С него воду-фильтрат дополнительно отфильтровывают на наливной воронке через бумажный фильтр и собирают в сосуд-сборник очищенной воды. Ее отправляют на анализ на содержание примесей. Параметры й результаты экспериментов и анализов приведены в таблице 1. Пример 2. Суспензию получают так же, как в примере 1. Очистку образцов воды суспензией осуществляют так же. как в примере 1, с тем отличием, что у потребителя перед смешиванием с очищаемой водой В суспензию добавляют при перемешивании 10 %-ный раствор серной кислоты, доводя рН суспензии до величины рН 4, указанной в таблице 2, а затем перемешивают суспензию в течение 1 минуты до введения ее в очищаемую воду. Параметры и результаты экспериментов приведены в таблице 2. Пример 3. Суспензию получают так же, как в примере 1. С помощью суспензии осуществляют очистку питьевой воды. Для этого суспензию подкисляют соляной кислотой до рН 5, а затем пропитывают ею слой из ваты и марли стандартного бытового аппарата водоочистки "Родник". Через аппарат пропускают питьевую воду с расходом 30 л/час, которую анализируют на содержание примесей до и после очистки. Результаты экспериментов приведены в таблице 3. Пример 4. Суспензию получают так же, как в примере 1, но на промышленной установке. Полученную суспензию используют для очистки сточных вод гальванического производства. Очистку сточных вод осуществляют с помощью установки производительностью до 15 м куб./час. В эти х установках реализуются в промышленных масштабах на промышленном оборудовании в непрерывном (проточном) режиме все технологические операции очистки воды, описанные в примере 1. Результаты анализов воды до и после очистки приведены в таблице 4. Анализ полученных результатов экспериментов показывает, что предлагаемый способ обладает следующими преимуществами по сравнению с известным способом: - уменьшаются энергозатраты на электроэрозионное диспергирование исходного металла; - сокращается продолжительность технологического процесса получения и подготовки суспензии за счет исключения операции выдерживания суспензии до начала выделения из нее водорода; - повышается производительность производства суспензии как за счет уменьшения удельных энергозатрат на электроэрозионное диспергирование, так и за счет сокращения времени выдерживания суспензий в технологической цепочке ее производства; - расширяется сырьевая база для производства суспензии за счет вовлечения в производство нового сырья железорудных окатышей; - уменьшается вероятность загрязнения суспензии в процессе ее получения случайными примесями за счет того, что химический состав железорудных окатышей оговаривается ТУ; - уменьшается расход суспензии (а следовательно и содержащегося в ней железа) на очистку воды до 3-20 г на 1 г очищаемых примесей; - повышается степень очистки воды суспензией.