Перспективы использования брусита в технологиях очистки воды icon

Перспективы использования брусита в технологиях очистки воды


1 чел. помогло.

Смотрите также:
Системы очистки воды серии "ems"...
Реферат по дисциплине «инженерные сети» на тему: методы очистки воды...
Урок. Тема. Вода. Качество питьевой воды. Очистка воды...
Технология добычи калия из морской воды...
Новая концепция транспортировки и очистки воды в централизованных системах водоснабжения города...
Отчет изложен на 16 страницах машинописного текста...
Отчет изложен на 15 страницах машинописного текста...
Борьба с загрязнением воды...
Физические явления в химии...
Реферат по курсу «Защита природных ресурсов» на тему Использование электрохимических методов для...
Вниманию руководителей организаций и фирм!!!...
Р есурсосберегающая система очистки технической и оборотной воды от механических и техногенных...



скачать
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БРУСИТА В ТЕХНОЛОГИЯХ ОЧИСТКИ ВОДЫ

Белевцев А.Н., Байкова С.А., Жаворонкова В.И., Мельникова Н.Н.

ОАО «НИИ ВОДГЕО», Москва, Россия

Кулешов К.В.

ООО «Русское горнохимическое общество», Москва, Россия


Для удаления из сточных вод кислот, солей тяжелых металлов, фторидов, фосфатов, СПАВ и других веществ, а также в процессах подготовки воды для хозяйственно-питьевого и промышленного водоснабжения, наиболее распространено применение реагентных технологий с использованием нейтрализующих веществ (щелочей), коагулянтов, сорбентов и т.д. С целью снижения стоимости очистки и в связи с дефицитом некоторых реагентов изыскиваются возможности использования различных промышленных отходов и природных материалов. В технологиях очистки сточных вод в качестве нейтрализующих реагентов, фильтрующих материалов, сорбентов получили применение такие природные материалы как известняк CaCO3, доломит CaMg(CO3)2, магнезит Mg(CО3), различные алюмосиликаты, бентонитовые глины, цеолиты, антрацит, туфы и др. Принципиально для очистки сточных и природных вод могут использоваться и другие природные материалы, например брусит.

Брусит – природный материал, минерал класса гидроксидов- Mg(OH)2, месторождения и большие запасы которого имеются во многих регионах России. Является перспективным материалом для получения магния и его соединений.

В России ООО «Русское горно-химическое общество» создало крупнотоннажное производство молотого и дробленого (зернистого) брусита «АкваМаг», используемого в некоторых производствах в качестве наполнителя и нейтрализующего агента. При производстве этого продукта могут быть получены различные фракции брусита с размерами частиц от 0 до 300 мкм, а также дробленый материал с размерами зерен от 0,25 до 2 мм и более.

Обладая щелочными свойствами этот минерал, может использоваться для нейтрализации кислых сточных вод, для удаления из них ионов тяжелых металлов, а также, в виде адсорбента, для удаления из воды некоторых органических веществ. Однако возможности и эффективность применения этого минерала в технологии обработки воды до настоящего времени мало изучены. В некоторых зарубежных источниках /1,2,3/ сообщается о возможности и эффективности использования «соединений магния», «нового адсорбента», «гранулированного адсорбирующего вещества на основе магния», аналогичных бруситу, в качестве агента, стабилизирующего рН обрабатываемых сред, для нейтрализации кислых сточных вод и извлечения ионов металлов (меди, никеля, цинка), из природных, техногенных и поверхностных сточных вод. Приводится /1/ механизм поглощения ионов, подобный ионному обмену:

Mg(OH)2 (адсорбент) + Ме2+(в растворе) Ме(ОН)2 (в адсорбенте) + Mg2+ (в растворе)

Указывается, что при фильтровании сточных вод металлообработки и производства компонентов электроники через магнийсодержащий сорбент, с предварительной их обработкой мелкодисперсным материалом, достигается удаление ионов меди, цинка и никеля до концентрации < 0,5 мг/л. Отмечается, что при «правильном использовании этого продукта» и в «правильно подобранных аппаратах» возможно достижение остаточных концентраций ионов металлов 0,01 мг/л. и менее. Также указывается /2/, что для нейтрализации кислот требуется Mg(OH)2 на 37% меньше чем NaOH и на 27% меньше извести.

Сообщается, что применение Mg(OH)2 для очистки сточных вод гальванического производства на заводе в Детройте (США), содержащих соли цинка, железа. хрома, никеля, меди, свинца, марганца, кобальта и кадмия, привело к повышению качества очищенной воды, скорости осаждения взвеси (в 10 раз) и уменьшению (на 60%) объема и на (10 – 20%) влажности обезвоженного осадка.

Введение Mg(OH)2 в азротенки и реакторы стабилизации активных илов при биологической очистке муниципальных сточных вод позволяет оптимизировать соотношение концентраций ионов натрия, кальция и магния (оптимальное соотношение [Na+] : [Ca2+] + [Mg2+] ≤ 1), что способствует улучшению седиментационных свойств ила /3/. Использование Mg(ОН)2 обеспечивает питание микроорганизмов ионами магния, снижение потребности флокулянтов, создание буферной среды с величиной рН не более 9,0.

К преимуществам применения Mg(ОН)2 относят также исключение резких скачков рН при нейтрализации кислых сред, безопасность и нетоксичность, отсутствие коррозионных свойств по отношению к оборудованию.

Опыт использования брусита в технологиях обработки воды в России ограничен несколькими работами, выполненными в институте Горного дела СО РАН /4,5,6,7/ и «Экологической группой» Иркутского ГОО /8/.

В этих работах также показано, что сорбент-брусит в виде фильтрующей загрузки (материал с крупностью частиц 0,6 – 1,5 мм) или в мелкодисперсном состоянии (0,01 – 0,1 мм) в контактных условиях может быть использован для очистки подземных питьевых вод от железа и марганца, извлечения ионов тяжелых металлов из природных и техногенных вод /4/. Отмечается высокая сорбционная емкость брусита по ионам металлов, значительно превышающая этот показатель всех известных природных ионообменных материалов (цеолитов), а также активных углей и большинства синтетических (сульфоуголь, катионит КУ-2) /5/. Сорбционная способность брусита увеличивается в ряду: Cu > Zn > Cd > Co >Ni > Mn /6/. Показано также, что на сорбционную емкость брусита по ионам металлов и кинетику процесса оказывают влияние дисперсность материала, интенсивность перемешивания, минерализация растворов, анионный состав и др.

Установлена также /8/ высокая сорбционная способность магнийсодержащего сорбента на основе бруситовой руды АкваМаг по «активному хлору» (25 мг/г).

Однако, ограниченность данных о результатах этих исследований и испытаний, в том числе о величине сорбционной емкости и конечных концентрациях извлекаемых компонентов, в т. ч. ионов металлов, не позволяет, дать однозначную оценку эффективности применения брусита в технологиях обработки природных и сточных вод.

С целью технологического, технического и технико-экономического обоснования возможности использования молотого и дробленого брусита в качестве альтернативного реагента и сорбента (поглотителя) в технологиях обработки воды, в ОАО «НИИ ВОДГЕО», по заказу ООО «РГХО», были проведение работы по испытаниям этого минерала.

В процессе испытаний были определены некоторые химические и физические свойства и характеристики фракций молотого брусита АкваМаг с размерами частиц 0 – 45 мкм и 0 – 300 мкм, образцов зернистого брусита с размерами частиц 0,5 – 1 мм и 1,0 – 2,0 мм., проведены эксперименты по определению эффективности и расхода материала при нейтрализации минеральных (соляной, азотной, серной, ортофосфорной) и органических (уксусной) кислот, а также по определению эффективности извлечения бруситом ионов тяжелых металлов (железа (II), меди, цинка и никеля) из растворов их солей.

^ Определение химических и физических свойств фракций брусита

Анализ фракций молотого брусита показал, что химический состав указанных фракций характеризуется содержанием ионов магния 37,65 и 37,11% или, в пересчете на гидроксид ~ 90 - 91 %, что соответствует формуле Mg(ОН)2 с незначительными примесями оксида кальция (2,0 - 2,1%), железа (~ 0,1%) и оксида кремния (1,68 и 2,52%). Растворимость фракций брусита весьма низкая и составляет 0,015 - 0,017 %. Насыпная масса фракций составляет 0,746 и 1,219 г/см3; коэффициент набухаемости (К) = 1,1 и 1,27; величина рН 10%-ных суспензий 10,2 – 10,45.

Проведенные испытания характеристик образца зернистого брусита по методикам, соответствующим техническим условиям на фильтрующие материалы, используемые для загрузки скорых фильтров в технологиях водоподготовки, показали:

Испытуемый образец зернистого брусита (фракция 0,5 – 2,0 мм) по среднему диаметру зерен (dCР = 1,005 мм), коеэффициенту неоднородности (КН = 1,71), массе пылевидных (< 0,25 мм) частиц (0,1%), пористости (Р = 62%), измельчаемости (3,6%) удовлетворяет требованиям технических условий на фильтрующие материалы,

2. Насыпная масса брусита и коэффициент его набухаемости зависят от фракционного состава и составляют в среднем: от 1,14 г/см3 до 1,25 г/см3.

3. Образцы зернистого брусита проявляют удовлетворительную химическую устойчивость в нейтральных водных средах. При контактировании образцов зернистого брусита с нейтральными водными средами прирост плотного остатка ( Δ П = 18 – 21 мг/л), окисляемости ( Δ О = 8 – 10,3) и кремнекислоты ( Δ SiO2 = 0,4 – 0,6) практически не превышают значений, соответствующих требованиям технических условий.

При контактировании зернистого брусита с нейтральными средами имеет место повышение величины рН растворов и обогащение ионами магния при некотором снижении общей жесткости и неизменном плотном остатке растворов. Степень увеличения рН и прироста концентрации ионов магния может регулироваться временем контактирования брусита с водной средой. Минимальное изменение величины рН (до нормируемых значений не более 8,5) и содержания ионов магния обеспечивается при времени контакта ≤ 2 минут.

4. Зернистый брусит не обладает химической стойкостью, соответствующей требованиям технических условий, по отношению к кислым и щелочным средам из-за значительного прироста плотного остатка, а также по величине прироста окисляемости в кислой среде и величине прироста кремнекисоты в щелочной среде.

При контактировании кислых растворов с бруситом достигается их нейтрализация и повышение значения рН. При контактировании с бруситом щелочных растворов имеет место снижение величины рН и её стабилизация.

Зернистый брусит, по-видимому, может эффективно использоваться для загрузки фильтров-нейтрализаторов при очистке кислых и щелочных вод.

Использование зернистого брусита в технологиях осветления природных вод, наиболее целесообразно в виде загрузки скорых и сверхскорых фильтров при скоростях фильтрования ≥ 10 м/ч.

Использование зернистого брусита, предположительно, наиболее эффективно для загрузки фильтров в технологиях осветления воды оборотных систем технического водоснабжения. Перераспределение ионов кальция и магния между бруситом и обрабатываемой водой будет способствовать снижению интенсивности карбонатных отложений в трубопроводах и теплообменной аппаратуре.

^ Определение эффективности и расхода брусита при нейтрализации кислот

Испытания эффективности фракций брусита для нейтрализации кислот проводились при сухом дозировании, введением его навесок в определенные объемы 0,1 н. растворов кислот с последующим механическим перемешиванием смесей.

Основные результаты испытаний, а также данные сравнения теоретического расхода брусита и других реагентов (NaOH и извести) приведены в таблице 1. Эти данные показывают, что молотый брусит являются эффективным реагентом для нейтрализации кислых сточных вод. Практический расход брусита на нейтрализацию кислот для достижения значений рН, близких к нейтральным (рН = ~ 7) составляет от 1,4 до 3-х-кратного по отношению к теоретическому в зависимости от вида кислот, дисперсности материала и интенсивности перемешивания. Удельный расход на единицу кислоты (г/г , кг/кг) при этом составляет от 0,8 до 2,46. Наименьший избыток брусита (1,4 – 1,75 к теоретическому количеству) требуется при нейтрализации растворов азотной и серной кислот с использованием фракции 0 – 45 мкм, наибольший (2,7 – 3-х-кратный к теоретическому) – при нейтрализации соляной, ортофосфорной и уксусной кислот с использованием фракции 0 – 300 мкм.

Во всех случаях для нейтрализации кислот расход фракции 0 – 300 мкм на 25 – 50% больше расхода фракции 0 – 45 мкм.

Время, необходимое для завершения реакции нейтрализации кислот, зависит от способа перемешивания, используемой фракции и вида нейтрализуемой кислоты и составляет от 5 до 30 минут.

При нейтрализации ортофосфорной кислоты с увеличением дозы брусита наблюдается уменьшение концентрации ионов магния в растворе, что дает альтернативу использования его в процессах глубокого удаления из сточных вод фосфатов.


Таблица1. Удельные расходы брусита и других реагентов для нейтрализации кислот.

№№

п/п

нейтрализуемая

кислота

удельный теоретический расход

г/г

удельный фактический расход г/г

Mg(OH)2

CaO

Ca(OH)2

NaOH

брусита, фракции

0-45 и 0-300 мкм

60%-ной по акт. СаО извести, при 20% избытка

1

Соляная, НСl

0,79

0,77

1,01

1,1

1,72; 2,16

1,54

2

Азотная, HNO3

0,46

0,44

0,59

0,63

0,81; 1,22

0,88

3

Серная, H2SO4

0,59

0,57

0,76

0,82

0,84; 1,32

1,14

4

Ортофосфорная

H3PO4


0,89


0,86


1,13


1,22


2,22; 2,46


1,72

5

Уксусная

СН3СООН


0,48


0,47


0,62


0,67


1,17; 1,46


0,94




среднее для смеси


0,642


0,62


0,822


0,89


1,35; 1,72


1,244



^ Определение эффективности применения брусита для удаления ионов тяжелых металлов

При определении эффективности извлечения бруситом ионов тяжелых металлов реагент дозировался в виде 1-5%-ных суспензий в определенные объемы индивидуальных растворов сульфатов соответствующих металлов (Fe (II), Cu, Zn, Ni) или их смесей, при исходных концентрациях ионов ~ 10 мг/л. Результаты экспериментов приведенные на рисунках 1, 2. показали, что:

- при обработке индивидуальных растворов солей металлов суспензиями брусита достигается удаление этих ионов на 95 – 99% при остаточных концентрациях 0,1 – 0, 5 мг/л;

- наиболее эффективно, до остаточных концентраций 0,08 – 0,15 мг/л удаляются из индивидуальных растворов ионы цинка и железа (на 98 – 99%). Менее эффективно извлекаются в этих условиях ионы меди (на 95 – 97% при остаточных концентрациях 0,3 – 0,5 мг/л) и никеля (на 96,4%) при остаточных концентрациях 0,33 – 0,35 мг/л);

- основное количество меди и цинка до остаточных концентраций 0,5 – 0,6 мг/л уда- ляется при достижении величины рН > 8; железа при рН > 6,5; никеля при рН > 9,5. Следует отметить, что при обработке растворов, содержащих ионы 2-х-валентного железа, происходит их эффективное окисление на брусите до трехвалентного, выделяющегося в осадок при более низких значениях рН;

- более эффективно ионы меди, с меньшими расходами реагента, удаляются из индивидуальных растворов при использовании мелкодисперсных фракций брусита (0 – 45 мкм);

- при обработке бруситом смесей солей тяжелых металлов достигается больший эффект удаления каждого из присутствующих ионов металлов. При использовании фракции брусита 0 – 45 мкм достигается практически полное извлечение ионов меди, цинка и железа (до остаточных концентраций - отсутствие – 0,01 мг/л). Более эффективное удаление этих металлов из смесей по сравнению с индивидуальными растворами достигается, по-видимому, за счет взаимного соосаждения их гидроксидов. Ионы никеля из смесей солей тяжелых металлов так же как и из индивидуальных растворов удаляются менее эффективно;

- максимальная «кажущаяся сорбционная способность» тонкодисперсных фракций брусита составляет: по меди – 25 мг/г, по цинку – 22 – 23 мг/г, по никелю – 17 мг/г.

^ Испытания эффективности применения брусита для нейтрализации дренажных вод и извлечения из них ионов металлов

Для подтверждения результатов экспериментов по нейтрализации кислот и извлечению из растворов ионов металлов, выполненных на имитатах сточных вод, было целесообразно проведение испытаний на реальном объекте. В качестве такого объекта были выбраны дренажные воды от склада пиритного огарка ОАО «Дорогобуж».

Эти дренажные воды характеризуются сильно кислой реакцией (величина рН от 3,0 до 6,4), большой жесткостью (до 88 мг-э/л, большим содержанием ионов кальция (до 880 мг/л) и магния (до 535 мг/л) и большим солесодержанием (сухой остаток до 8030 мг/л), Они содержат в значительных концентрациях, ионы аммония (до 1340 мг/л), сульфат- и хлорид-ионы (до 3480 и до 470 мг/л ), ионы металлов (мг/л): железа от 127 до 195; меди 10,0 – 20,0; цинка 80 - 135; алюминия от 25 до 208, марганца от 0,01 до 10. Содержание ионов других металлов (никеля, кобальта, кадмия, свинца, а также соединений хрома (VI) незначительно, однако превышает (ионы никеля, кобальта, кадмия) их ПДК в воде водоемов. Содержание органических примесей в дренажных водах незначительно (ХПК около 30 мгО/л).

Пробы этой воды при проведении экспериментов подвергались обработке молотым (фракция 0 – 45 мкм) и дробленым бруситом.

Испытания эффективности применения молотого брусита.

Испытания эффективности использования молотого брусита заключались в обработке проб дренажной воды различными дозами брусита при дозировании его в виде 5%-ной суспензии или в сухом (введение заданной навески) виде с последующим перемешиванием механической мешалкой (скорость 150 - 300 оборотов в минуту). При этом определялось влияние времени перемешивания (от 5 до 60 минут) и дозы реагента. Для определения расхода брусита, обеспечивающего наиболее эффективное удаление ионов основных металлов, присутствующих в дренажных водах, последний вводился в обрабатываемую воды в количествах меньших теоретически необходимого (0,5 г/дм3 или ~0,6 к теоретическому), в количестве, близком к теоретическому (0,85 г/дм3), а также в избытке, достигающем 23-кратное его количество по сравнению с теоретическим (до 20 г/дм3).


Таблица 2. Результаты испытаний эффективности обработки дренажных вод молотым бруситом при дозировании его в виде суспензии

№№

п/п

Доза брусита,

г/дм3

время переме-шивания,

минут

показатели качества дренажных вод

рН

концентрация ионов металлов, мг/дм3

железа

общ

меди

цинка

марганца

алюминия

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Исх.

0

0

2,9

15,0

21,66

114,28

9,9

208

1.


0,5

5

4,38

5,64

18,24

108,32

9,87

82,6

15

4,45

5,32

16,235

104,27

9,84

53,4

30

4,5

5,16

16,15

104,16

9,62

51,2

2


0,7

5

5,3

2,13

4,09

не опр.

9,85

1,5

15

5,65

1,24

4,06

не опр.

9,62

1,0

30

5,75

0,94

4,03

10,37

7,81

0,75

3


0,85

5

5,85

1,85

3,66

не опр.

9,02

1,85

15

6,5

0,6

3,16

не опр.

8,85

1,0

30

6,65

0,565

1,56

11,85

8,9

0,32

60

6,77

0,53

1,23

10,27

8,36

0,175

4


1,0

5

6,4

1,08

1,99

9,83

9,56

0,62

15

6,68

0,62

1,5

9,14

9,02

0,18

30

6,75

0,59

1,48

8,79

9,02

0,1

60

6,95

0,59

1,49

8,43

9,24

отс.

5


1,4

5

6,6

0,92

1,76

11,42

9,34

0,34

15

6,8

0,78

1,22

9,89

9,12

0,12

30

6,95

0,702

1,16

9,62

8,8

0,05

60

7,0

0,621

1,0

9,5

8,8

отс.

6

1,8

30

7,0

0,756

1,08

11,64

8,47

отс.

60

7,0

0,756

1,08

11,2

7,48

отс.

7

2,5

30

7,05

0,729

1,16

11,64

8,47

отс.

60

7,15

0,756

0,67

11,37

7,81

отс.

81)

5,0

30

7,45

0,459

1,33

12,65

9,02

отс.

91)

10,0

30

7,95

0,256

0,833

10,54

8,36

отс.

101)

20,0

30

8,35

0,391

0,76

6,15

4,18

0,04

Примечание: в сериях опытов 8, 9, 10, при введении больших доз реагента, брусит вводился

в обрабатываемые пробы в сухом виде, перемешивание лопастной мешалкой со

скоростью 300 оборотов в минуту, время контакта – 30 минут.



При этом теоретическая доза определялась исходя из потребности Mg(OH)2 на нейтрализацию кислотности (рН = 2,9, СН+ = 1,26 мг-экв/дм3) и на связывание (поглощение) ионов основных металлов (железа, меди, цинка, марганца и алюминия) суммарное содержание которых составляло 28,197 мг-экв/дм3. Она составляет 29,457 мг-экв/дм3 или 858,67 мг/дм3 Mg(OH)2 (для сравнения: теоретический расход на обработку дренажной воды NaOH - 1178 мг/дм3, Са(ОН)2 – 1090 мг/дм3, а 60%-ной по активному СаО товарной извести – 1375 мг/дм3 ).

После перемешивания образующийся осадок отделялся от жидкой фазы отстаиванием и фильтрованием и в растворе определялись основные показатели: величина рН, концентрация ионов железа (общего), меди, цинка, марганца, алюминия. Усредненные результаты испытаний представлены в таблице 2.

Результаты испытаний показали, что даже при дозе брусита ~ 0,6 от теоретического количества (0,5 г/дм3), при повышении рН до 4,5, из дренажной воды удаляются на 65% ионы железа и на 75% ионы алюминия.

При введении брусита в количестве, близком к теоретическому, достигается нейтрализация дренажной воды (рН ≥ 6,5) и удаление из неё основного количества ионов железа ( на 96 – 96,5%), меди (на 93 – 94%), цинка (~ на 90%), алюминия (на 99,8 – 99,9%). Наиболее полно ионы железа, меди, цинка, до остаточных концентраций соответственно 0,6 – 0,7; 1 – 1,5 и 8,5 – 9,5 мг/дм3 удаляются при дозах брусита в 1,2 – 1,5 раза, превышающих теоретическое количество. Ионы алюминия при этом осаждаются практически полностью, до «отсутствия». Дальнейшее увеличение расхода реагента не приводит к существенному снижению концентраций ионов металлов.

Практически, при всех условиях, не удаляются из воды ионы марганца, присутствующие в воде в концентрации около 10 мг/дм3. Следует отметить, что, система: дренажная вода – брусит, по видимому, обладает буферными свойствами. Даже увеличение количества брусита в 23 раза по сравнению с теоретическим количеством (до 20 г/дм3 или до 0,7 г-э/дм3), значение рН нейтрализуемой дренажной воды не возрастает более 8,3 – 8,5.

По результатам экспериментов можно констатировать также, что оптимальное время контакта обрабатываемой воды с бруситом для завершения процесса составляет 15 – 30 минут. Дальнейшее увеличение времени контактирования не приводит к повышению эффекта очистки воды от ионов железа, меди и цинка, концентрации которых после обработки остаются относительно высокими, превышающими их ПДК в воде водоемов.

Испытания эффективности применения дробленого брусита.

Для проведения испытаний эффективности дробленого брусита использовалась фракция 1,0 – 2,0 мм. Брусит в количестве 166 г помещен в колонку диаметром 30 мм, высота слоя 200 мм, объем загрузки 141,3 см3. Фильтрование проводилось снизу вверх со скоростью ~ 3 м/ч. Контроль за процессом проводился по изменению величины рН и концентрации основных компонентов - ионов железа, меди и цинка, алюминия в пробах фильтрата. Результаты испытаний приведенные в таблице 3. показали, что фильтрование дренажных вод через брусит обеспечивает эффективную их нейтрализацию и удаление из них основного количества ионов металлов. В начальный период фильтрования величина рН воды повышается от ~ 3,0 до 9,8 снижаясь затем при увеличении количества профильтрованной воды до значений, близких к нейтральному.(7,2). В этот период содержание ионов металлов в фильтрате остается относительно низким: железа от 0,1 до 1,5 мг/л (при исходном около 15 мг/л), меди от отсутствия до 0,2 мг/л (при исходном ~ 17,5 мг/л), цинка от 0,3 до 1,6 мг/л (при исходном 112 мг/л), алюминия от отсутствия до 0,5 мг/л (при исходном ~ 200 мг/л). При дальнейшем увеличении количества профильтрованной воды нейтрализующая способность зернистого брусита значительно снижается и значение рН переходит в кислую область. При этом снижается также эффективность удаления ионов металлов. Наиболее быстро происходит увеличение концентрации меди. С меньшей скоростью увеличивается содержание в фильтрате ионов железа. Даже при переходе в кислую область его концентрация остается относительно низкой (~1,6 мг/л). Относительно медленно происходит увеличение в фильтрате ионов алюминия и цинка.

Таблица 3. Результаты определения эффективности нейтрализации и очистки дренажной воды фильтрованием через дробленый брусит (фракция 1,0 – 2,0 мм, масса загрузки 166 г.).

№№

п/п

время

фильтро

вания,

мин.

скорость

фильтро

вания

м/ч

колич-во

профиль-

трован.

воды, л

Характеристика фильтрата

рН

концентрация катионов, мг/л

железа

меди

цинка

алюминия

1

2

3

4

5

6

7

8

9

исх.

0

0

0

2,95

15,4

17,4

112,1

203,5

1

5

3,0

0,175

9,8

0,08

отс

0,31

0,125

2

5

3,0

0,175

9,7

0,13

не опр.

не опр.

не опр.

3

5

3,0

0,175

9,2

не опр

не опр.

не опр.

не опр

4

5

3,0

0,175

8,9

0,27

отс.

0,44

0,16

итого

20

3,0

0,7

8,9

10,671)

12,181)

78,211)

142,351)

перерыв 12 часов

5

5

3,0

0,175

8,7

0,54

отс.

0,57

не опр.

6

10

3,0

0,35

7,6

1,49

0,08

1,19

0,37

7

15

3,0

0,525

7,5

не опр

не опр.

не опр

не опр

8

15

3,0

0,525

7,2

1,92

0,24

1,63

0,52

итого

45

3,0

1,575

7,2

21,851)

27,211)

174,491)

319,771)

перерыв 48 часов, взрыхление водопроводной водой

10

5

3,0

0,175

7,8

0,65

0,33

11,08

отс.

11

10

3,0

0,35

6,9

1,13

2,15

14,32

не опр

12

10

3,0

0,35

5,6

1,4

3,98

17,56

3,47

13

10

3,0

0,35

4,8

1,62

6,14

17,92

не опр

14

10

3,0

0,35

4,7

1,62

8,3

18,28

16,8

итого

45

3,0

1,575

4,7

22,121)

20,151)

152,051)

306,321)

всего

110




3,85




54,641)

59,541)

404,751)

768,441)

Примечание: 1) показано общее количество удаленных ионов металлов за цикл и за весь

период испытаний на колонке.



Если принять за «проскок» ионов металлов их концентрацию в фильтрате равную ~ 15% от исходной, то до «проскока» загрузкой брусита в колонке (166 г) поглощено: кислот (ионов водорода) 4,62 мг-экв (226,4 мг в расчете на серную кислоту) ионов металлов (железа, меди, цинка и алюминия) 1287,4 мг, или 101,72 мг-экв. С учетом нейтрализации ионов водорода поглощающая способность 1 г. брусита (до «проскока») составит 0, 64 мг-экв, или 753 мг-экв. на 1 дм3 (753 г-экв/м3) загрузки. Реальная поглощающая способность брусита с учетом поглощения ионов кальция, контроль по которым в эксперименте не проводился, а концентрация которых в дренажной воде (882 мг/л, или 44,1 мг-экв/л) значительно превышает суммарное содержание ионов меди, железа, цинка и алюминия, будет значительно выше. С учетом этого предположения можно констатировать, что поглощающая способность зернистого брусита соразмерна с емкостью синтетичесих катионитов. Следует отметить, что в процессе фильтрования дренажных вод через слой зернистого брусита наблюдался вынос в фильтрат взвешенных веществ (мутность фильтрата), которые осаждались на слой загрузки при прекращении фильтрования. Анализ образовавшихся взвешенных веществ (осадка) показал присутствие в них ионов металлов (железа, цинка, меди). Это указывает на то, что процесс извлечения ионов металлов на зернистом брусите происходит не только (и не столько) за счет их обмена на ионы магния в кристаллической решетке брусита, но и за счет обменной реакции в жидкой фазе между растворенным гидроксидом магния и ионами металлов:

Mg (OH)2 ↔ Mg2+ + 2OH- Men+ + n OH- ↔ Me(OH)n ,

где n – валентность извлекаемого металла, Men+ - Fe2+, Fe3+, Cu2+, Zn2+, Al3+, Ca2+

Образующиеся гидроксиды металлов накапливаются в межзерновом пространстве и в порах загрузки, блокируя доступ раствора (воды) к материалу, что ограничивает нейтрализующую и поглощающую способность брусита. Увеличение поглощающей и нейтрализующей способности материала, возможно, может достигаться при периодических интенсивных взрыхлениях и промывке загрузки.

Для реализации технологий нейтрализации кислых дренажных вод и их очистки от ионов металлов предложены две принципиальные технологические схемы их обработки, приведенные на рисунках 3 и 4.

ООО «Русское Горнохимическое общество» (ООО «РГХО» поставит молотый или дробленый брусит нужных фракций в необходимых количествах.

Выводы

В результате проведенных испытаний установлено:

1. Образец зернистого брусита (фракция 0,5 – 2,0 мм) по среднему диаметру зерен (dСР = 1,005 мм), коэффициенту неоднородности КН = 1,71), массе пылевидных (< 0,25 мм) частиц (0,1%), пористости (Р = 62%), измельчаемости (3,6%) удовлетворяет требованиям технических условий на фильтрующие материалы, используемые для загрузки скорых фильтров. По истираемости (1,8%) представленный образец брусита не соответствует требованиям технических условий.

Образцы зернистого брусита проявляют удовлетворительную химическую стойкость в нейтральных водных средах: прирост плотного остатка (18 – 20 мг/л), окисляемости (8 – 10 мгО/л), и кремнекислоты (0,4- 0,6 мг/л) практически не превышают значений, соответствующих требованиям технических условий.

При контактировании зернистого брусита с водными средами имеет место повышение величины рН воды и обогащение её ионами магния за счет замещения их в брусите на ионы кальция или натрия из раствора при неизменном плотном остатке и уменьшении жесткости.

Степень увеличения рН и прироста концентрации ионов магния может регулироваться временем контактирования брусита с водной средой, что достигается регулированием скорости фильтрования или высотой слоя загрузки..

При контактировании брусита с кислыми средами достигается их нейтрализация и повышение значения рН. При контактировании с бруситом щелочных сред имеет место снижение рН и его стабилизация. Зернистый брусит может эффективно использоваться для загрузки фильтров-нейтрализаторов при очистке кислых и щелочных вод.

Использование зернистого брусита в технологиях осветления природных вод, наиболее целесообразно для загрузки скорых и сверхскорых фильтров при скоростях фильтрования ≥ 10 м/ч.

Использование зернистого брусита, предположительно, наиболее эффективно для загрузки фильтров в технологиях осветления воды оборотных систем технического водоснабжения. Перераспределение ионов кальция и магния между бруситом и обрабатываемой водой будет способствовать снижению интенсивности карбонатных отложений в трубопроводах и теплообменной аппаратуре.

3. Проведенными испытаниями по определению эффективности и поглощающей способности образцов зернистого брусита при использовании его в качестве фильтрующего материала для нейтрализации дренажных вод и очистки их от ионов металлов установлено, что зернистый (дробленый) брусит является эффективным фильтрующим материалом для нейтрализации кислых сточных вод и извлечения из них ионов тяжелых и легких металлов. Фильтрование дренажных вод, имеющих сильно кислую реакцию (рН = ~ 3,0) и содержащих ионы железа, меди, цинка и алюминия в высоких концентрациях (от 15 до 200 мг/л), через слой зернистого брусита высотой 200 мм обеспечивает их нейтрализацию с доведением величины рН до значений 6,5 - 9,5 и удаление из них ионов железа до 0,1 – 0,3 мг/л; меди – до отсутствия, цинка до 0,3 – 0,4 мг/л, алюминия – до отсутствия – 0,2 мг/л. Эффективность удаления ионов металлов может быть повышена при увеличении высоты слоя загрузки. Поглощающая способность зернистого брусита по ионам водорода и ионам металлов достигает 750 – 1000 г-эквивалентов на 1 м3 загрузки брусита, что соразмерно с поглощающей способностью синтетических ионообменных материалов.

Нейтрализация дренажных вод и извлечение из них ионов металлов проходит частично за счет обменных реакций с ионами магния, частично – за счет взаимодействия с гидраксид-ионами брусита и образования гидроксидов металлов, присутствующих в фильтрате во взвешенном состоянии и в виде гелеобразного осадка на загрузке, блокирующего контакт жидкой фазы с зернами брусита и снижающими эффективное его использование. С целью предотвращения образования осадков на загрузке и повышения эффективности использования брусита целесообразно для загрузки фильтров использовать более крупные фракции фильтрующего материала с размерами частиц от 2 до 8 мм. Восстановление нейтрализующей и поглощающей способности зернистого брусита достигается периодическим взрыхлением и промывкой загрузки очищенной водой.

4. Определены эффективность применения и оптимальный расход молотого брусита «АкваМаг» для нейтрализации и очистки дренажных вод. Установлено, что молотый брусит обеспечивает нейтрализацию кислых дренажных вод и значительное снижение содержания в них ионов металлов (железа, меди, цинка, алюминия). Степень нейтрализации дренажных вод и удаления из них ионов металлов зависит от дозы брусита и времени контактирования его с обрабатываемой водой. Нейтрализация дренажных вод с обеспечением величины рН в пределах 6,5 – 8,5 и наибольшая степень удаления ионов металлов достигается при расходе брусита, на 15 – 20% превышающем теоретическое количество и составляющем 0,85 – 1 г на 1 л обрабатываемой воды. При этом обеспечивается удаление ионов железа ~ на 92% (до концентрации 0,3- 0,6 мг/дм3), ионов меди ~ на 93% (до 1,2- 1,5 мг/дм3), цинка на 92 – 92,5% (до 8,5 – 10 мг/дм3). Ионы алюминия удаляются из воды при этом практически полностью. Практически не удаляются из воды соединения марганца. Оптимальное время контакта составляет 15 – 30 минут.

Более глубокое удаление ионов металлов, до концентраций на уровне их ПДК, может достигаться, вероятно, двух-ступенчатой обработкой дренажных вод с промежуточным отделением осадка – дробной нейтрализацией или фильтрованием на второй ступени через фильтры с загрузкой брусита.

5. Разработаны предложения и принципиальные технологические схемы обработки дренажных вод склада пиритного огарка с использованием молотого брусита при введении его в обрабатываемую воду в виде 5 – 10%-ной суспензии и зернистого брусита при фильтровании воды через слой его загрузки.

6. Для уточнения возможности и эффективности использования зернистого брусита в качестве загрузки фильтров в процессах осветления природных вод, параметров и условий нейтрализации дренажных и других сточных вод и очистки их от ионов металлов необходимо проведение полупроизводственных испытаний на укрупненных пилотных установках на конкретных объектах, в частности на ОАО «Дорогобуж».




Рис1.



Рис 2.


Рис. 3.1.

Принципиальная схема нейтрализации и очистки кислых дренажных вод фильтрованием через зернистый брусит

1 – накопитель дренажной воды; 2 – насосы; 3 – бак постоянного напора; 4 – фильтры с загрузкой брусита; 5 – расходомер;

6. – манометр: 7 – отстойник; 8 накопитель очищенной воды; 9 – блок обработки осадка


Рис. 3.2.

Принципиальная схема нейтрализации и очистки кислых дренажных вод с использованием молотого брусита

1 – накопитель дренажной воды; 2 – насосы; 3 – бак постоянного напора; 4 – камера реакции; 5 – отстойник; 6 – фильтр доочистки;

7 – накопитель очищенной воды; 8- блок обработки осадка; 9 – блок приготовления суспензии брусита; 10 – дозатор суспензии брусита

^ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Matthew D. Walter, Joseph T. Witkowski, and Aileen Reyes. Выведение металлов из сточных вод, образующихся в процессе маталлообработки, с использованием гранулированного адсорбирующего вещества на основе магния. (компания Marietta Magnesia Specialties LLC, 195 Chesaepeake Park Plaza, Suite 200, Baltimore, VD 21200, (800) 648-7400).

2. Марк Стэнд. Гидроокись магния – безвредная альтернатива каустической соде (NaOH). Premier Chemicals 495 Emma Street Bettsville, OH 44815 (419-986-5126)

3. Matthev J. Higgins, John T. Novak. Стабилизация и обезвоживание активных стоков (илов): использование катионного анализа. Журнал: Water Environment Research № 69, 2, c. 225, март-апрель 1997.

4. Бочкарев Г.Р., Киреев В.В., Пушкарева Г.И., Белобородов А.В., Кондратьев С.А. Институт горного дела СО РАН, «Способ очистки воды», патент № 210897от 27.08.96, 6С 02 F 1/28, В 01, 1 20/04, опубл. 10.04.98,

5. Бочкарев Г.Р., Пушкарева Г.И. О новом природном сорбенте для извлечения металлов из водных сред. Труды СО РАН «Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых» № 4, 1998.

6. Г.И. Пушкарева. Сорбционное извлечение металлов из моно- и поликомпонентных растворов с использованием брусита. Труды СО РАН «Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых» № 6, ноябрь-декабрь 1999 г.

7. Г.Р. Бочкарев, Г.И. Пушкарева, С.А. Бобылева. Влияние некоторых физико-химических и технологических факторов на сорбционную емкость брусита. Известия вузов №Строительство», № 9, 2003, с. 113-116.

8. Акт испытаний магнийсодержащего сорбента на основе бруситовой руды Аквамаг, утвержденный Президентом ИГОО «Экологическая группа» от 29.03.2007 г.




Скачать 263,56 Kb.
оставить комментарий
Дата15.10.2011
Размер263,56 Kb.
ТипДокументы, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

отлично
  1
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Документы

наверх