Вилучення сульфат-іонів з вод з підвищеним рівнем мінералізації при їх реагентному пом’якшенні

Стічні води багатьох підприємств містять підвищену кількість сульфат-іонів, ГДК яких в водах питного та господарсько-питного призначення складає 500 мг/дм3, а для рибогосподарських водоймищ – 100 мг/дм3. Проблема доочищення стічних вод від сульфат-іонів до значення ГДК актуальна для підприємств вугільної промисловості, де відкачують великі об’єми шахтних вод [1].

Постійний перехід гірничих робіт на більш глибокі горизонти і ускладнення при цьому гідрогеологічних умов призводять до подальшого збільшення об’ємів та забрудненості супутніх вод різноманітними речовинами. На сьогодні шахти Донбасу відкачують все більш мінералізовані води з гірських виробіток. Не припиняється відкачування води із закритих шахт.    

 

 

Великі об’єми стічних вод забруднених сульфат-іонами утворюються при зворотньо осмотичному очищенні. Ступінь вилучення перміату суттєво впливає на об’єми і якість концентрату. Якщо пріоритетною є задача мінімізації об’ємів стоків, що утворилися (концентратів), ступінь вилучення перміату максимально підвищується, проте загострюється проблема вивозу та утилізації розсолу (концентрату).

Також гостро стоїть проблема очистки стічних вод від сульфат-іонів в кольоровій металургії (підвідвальні води, стічні води збагачувальних фабрик), стічні води виробництва сірчаної кислоти, поверхневі стічні води, а також у виробництві сульфовугілля, силікагелю, скла, мінеральних добрив.

Аналіз попередніх досліджень

 

До теперішнього часу  більшість наукових та експериментальних робіт в галузі очистки високо мінералізованих вод були направлені на первинну очистку шахтних вод, їх освітлення, знезараження, демінералізацію та нейтралізацію. Очистка шахтних вод провадиться механічними, хімічними, фізичними та біологічними методами.  При хімічних методах очистки води застосовують реагенти для зміни хімічного складу забруднювача або форми їх знаходження в стоках (коагуляція, флокуляція, нейтралізація, знезараження). Фізичні методи - це вилучення та знезараження домішок шляхом зміни агрегатного стану води, вплив на стоки ультразвуком, ультрафіолетовими променями, екстрагентами. Біологічні методи призначені для очистки води, яка  містить забруднення біогенного органічного походження. Освітлення шахтних вод відбувається механічними та хімічними методами в дві стадії: освітлення та фільтрування. Застосування відомих методів (термічних, реагентних, іонообмінного фільтрування, зворотного осмосу, електродіалізу) або не завжди дає необхідний ефект, або не є економічно виправданим. Тому актуальним є удосконалення відомих і розробка нетрадиційних методів демінералізації вод. Застосування вапнування забезпечує сприятливі зміни основних показників якості води, що призводить до економії кислоти та лугу при наступному знесоленні води методом іонного обміну, тобто зменшенню об’ємів регенераційних стоків.  Реагентний метод – надійний, проте не завжди призводить до демінералізації води. Тому пропонується використовувати доочистку стічних вод на іонітах. Іонний обмін - ефективний метод знесолення, але в ході регенерації іонітів з’являються ще більш мінералізовані стоки. Одним з прогресивних направлень вирішення цієї проблеми є електрообробка вод шляхом накладення зовнішнього електростатичного поля (метод електрокоагуляції). При його використанні має місце розчинення залізного або алюмінієвого аноду, утворення та осадження важкорозчинних гідроксидів, а разом з ними співосадження іонорозчинних домішок. Недоліками методу є підвищені витрати енергії та листкового металу.

 

Зворотний осмос і електродіаліз потенційно також могли б бути використані для очистки шахтних стоків, але враховуючи високий дебет та обмеженість об’ємів переробки, використання цих методів нереальне. Зворотній осмос та нанофільтрацію можна застосовувати лише за наявності ефективної технології переробки концентратів. Враховуючи те, що при демінералізації шахтних вод концентрати в основному містять сульфати та іони жорсткості. Тому метою даної роботи було вивчення процесів реагентного пом’якшення концентратів та вилучення з них сульфатів, створення ефективної технології демінералізації шахтних вод.
 

Виклад основного матеріалу

Головні іони, які містяться в найбільшій кількості в шахтних водах – сульфатні, хлоридні, гідрокарбонатні, карбонатні, іони кальцію та магнію. В шахтних водах та концентратах після очищення зворотнім осмосом міститься до 6000 мг/дм3 сульфат-іонів­. Метод очистки оснований на обробці вапном, який застосовується на практиці сьогодні не дозволяє знизити концентрацію сульфат-іонів менше 1400 мг/дм3, що обумовлено розчинністю гіпсу. З врахуванням значних об’ємів сульфатмістких стічних вод найбільш прийнятним для їх очистки є методи хімічного осадження, серед яких слід виділити алюмінатний метод [2]. Для визначення ефективності алюмінатного коагулянту готували розчини сульфату натрію з різними концентраціями аніонів SO42-, використовували різні співвідношення вапна та алюмінієвого коагулянту, при стехіометричному співвідношенні CaO:SO42-:Al3+=2:1:2/3. Для зниження рН розчини після відстоювання нейтралізували 10 %-им розчином азотної кислоти. Осад відділяли на паперовому фільтрі «синя стрічка». Отримані результати представлені в табл. 1.

Таблиця 1 – Результати досліджень ефективності зниження вмісту сульфат-іонів з використанням
вапна, алюмінієвого коагулянту та азотної кислоти


С(SO42-) п, мг-екв/дм3

Доза ал. когулянту, мг-екв/дм3

Доза СаО, мг-екв/дм3

рН

С(SO42-) кін, мг-екв/дм3

С(Са2+) кін, мг-екв/дм3

Ступінь очищення
Z, %

поч

кін

нейтралізація НNO3

 

32

20

60

12

7

20,8

1,0

35

32

80

70

12

7

10,2

0,87

68

32

20

80

12

7

19,1

0,9

40

32

25

60

12

7

21,8

0,76

31,8

40

30

60

12

7

15,2

1,1

62

40

25

70

12

7

11,04

0,6

72,4

30,6

20

60

12

7

12,9

0,52

57,8

30,6

80

70

12

7

6,9

0,52

77,5

30,6

20

80

12

7

8,54

1,0

72

30,6

25

60

12

7

10,2

0,6

66,7

30,6

30

60

12

7

11,25

0,7

63,2

30,6

25

70

12

7

10,25

0,8

66,5

30,6

40

60

12

7

12,47

1,0

59,2

30,6

60

60

12

7

9, 75

0,5

68,1

30,6

40

70

12

7

13,54

0,9

55,8

Таблиця 2 – Результати досліджень ефективності зниження вмісту сульфат-іонів з використанням
вапна, алюмінієвого коагулянту та вуглекислого газу


С(SO42-) п, мг-екв/дм3

Доза ал. коагулянту, мг-екв/дм3

Доза СаО, мг-екв/дм3

рН

С(SO42-) кін, мг-екв/дм3

Жорсткість (кінц), мг-екв/дм3

Z, %

поч

кін

26,15

17,5

52,4

12

7

7,30

0,0

72,08

26,15

17,5

62,88

12

7

7,26

0,0

72,23

26,15

17,5

78,60

12

7

6,02

0,0

76,98

26,15

17,5

89,08

12

7

5,04

0,0

80,73

26,15

18,4

52,4

12

7

7,23

0,0

72,35

26,15

18,4

62,88

12

7

7,5

0,0

71,32

26,15

18,4

78,6

12

7

4,9

0,0

81,26

26,15

18,4

89,08

12

7

4,4

0,0

83,18

26,15

18,4

55,02

12

7

5,6

0,0

78,58

26,15

18,4

57,64

12

7

5,47

0,0

79,08

26,15

21,0

52,04

12

7

6,00

0,0

77,06

26,15

21,0

52,04

12

7

8,9

0,0

65,97

26,15

21,0

62,88

12

7

7,1

0,0

72,85

26,15

21,0

78,6

12

7

5,1

0,0

80,50

26,15

21,0

89,08

12

7

2,85

0,0

89,10

26,15

21,0

55,02

12

7

4,64

0,0

82,26

26,15

21,0

57,64

12

7

5,30

0,0

79,73

Як видно з таблиці 1 ступінь вилучення сульфат-іонів з розчинів досягав 77 %, концентрація іонів кальцію була нижча норм ГДК для питної води, а вміст алюмінію визначався в слідових концентраціях. Але завдяки внесенню нітрат-іонів глибокої демінералізації досягти не вдалося.  Тому для зниження рН розчини після відстоювання нейтралізували вуглекислим газом. Отримані результати представлені в табл. 2.

 

При стехіометричній дозі коагулянту вміст сульфатів знизився до 5 – 7 мг-екв/дм3, для 20 % -го надлишку алюмінату натрію при підвищенні дози СаО ступінь вилучення сульфатів зростає майже до 90 %. При застосуванні стехіометричної дози СаО і 10-, 50- та 70 %-му надлишку алюмінату натрію максимальний ступінь вилучення сульфат-іонів складає 73,46 % і спостерігається при 50 %-му надлишку коагулянту.

 

Як видно, в цілому ефективність вилучення сульфатів зростає з підвищенням дози вапна при постійній дозі коагулянту. З таблиці видно, що більш, як двохкратне перевищення дози вапна від стехіометричного співвідношення з концентрацією сульфатів недоречна, оскільки призводить до незначного підвищення ефективності вилучених сульфатів з води. Ефективність вилучення сульфатів за постійних доз вапна зростає з підвищенням дози коагулянту до 70% від стехіометричної кількості сульфатів.

Таблиця 3 – Результати досліджень ефективності зниження вмісту сульфат-іонів з використанням вапна, алюмінієвого коагулянту та вуглекислого газу


С(SO42-) п, мг-екв/дм3

Доза ал. коагулянту, мг-екв/дм3

Доза СаО, мг-екв/дм3

рН

С(SO42-) кін, мг-екв/дм3

Z, %

поч

кін

75

50

150

12

7

8,13

87,7

75

50

180

12

7

3,13

95,8

75

50

225

12

7

2,9

96,1

75

50

255

12

7

1,8

97,6

75

60

150

12

7

21,8

70,9

75

60

180

12

7

18,3

75,6

75

60

225

12

7

16,25

78,3

75

60

255

12

7

13,54

81,9

75

0

255

12

7

52,0

30,7

75

10

255

12

7

17,85

76,2

75

25

255

12

7

9,16

87,8

75

35

255

12

7

5,4

92,8

75

0

180

12

7

32,5

56,7

75

10

180

12

7

21,9

70,8

75

25

180

12

7

5,21

93,1

75

35

180

12

7

3,95

94,7

Висновки

Таким чином в результаті проведених досліджень розроблено спосіб демінералізації сульфат містких вод, який забезпечує вилучення сульфатів на 87 – 97 % в залежності від вихідної концентрації.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Сальникова Е. О., Гофенберг И. В., Туранина Е. Н., Ситчихина Л. Е., Пинигин В. К. Очистка сточных вод от сульфат-ионов с помощью извести и оксосульфата алюминия // Химия и технология воды. – 1992. – Т. 14, №2, С. 152-157.
2. Сальникова Е. О., Передерий О. Г. Выбор осадителя при очистке сточных вод от сульфата кальция // Химия и технология воды. – 1983. –  № 12, С. 22 – 24.

УДК 622.793.5
Рисухін В.В. Вилучення сульфат-іонів з вод з підвищеним рівнем мінералізації при їх реагентному пом’якшенні  [Електронний ресурс]  / [Рисухін В.В., Носачова Ю.В., Гомеля М.Д.] // Збірник наукових статей “ІІІ-го Всеукраїнського з’їзду екологів з міжнародною участю”. – Вінниця, 2011. – Том.1. – С.18–20. Режим доступу: http://eco.com.ua/

Скачати в форматі pdf:

 

Скачати презентацію у форматі pdf

Оцінка: 
0
No votes yet