Способ удаления тяжелых металлов из избыточного активного ила

(51)02 11/00 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ УДАЛЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ ИЗБЫТОЧНОГО АКТИВНОГО ИЛА(71) Заявитель Витебское городское коммунальное унитарное производственное предприятие водопроводноканализационного хозяйства УП Витебскводоканал(72) Авторы Саховский Александр Аркадьевич Головнев Илья Эдуардович Грошев Иван Михайлович Марцуль Владимир Николаевич Минин Николай Алексеевич Мошев Алексей Борисович Головнева Людмила Васильевна(73) Патентообладатель Витебское городское коммунальное унитарное производственное предприятие водопроводно-канализационного хозяйства УП Витебскводоканал(57) Способ удаления тяжелых металлов из избыточного активного ила, включающий обработку избыточного активного ила для перевода тяжелых металлов в жидкую фазу,добавление ионообменного материала, перемешивание полученной смеси в течение 10-20 мин при значениях критерия Рейнольдса 1105 и температуре 10-25 С и разделение путем отстаивания на осадок и ионообменный материал, который направляют на извлечение тяжелых металлов, отличающийся тем, что обработку избыточного активного ила проводят ультразвуком с интенсивностью излучения 1,5 Вт/см 2 в течение 25-30 с при частоте 22 кГц или в течение 15-20 с при частоте 44 кГц. Изобретение относится к обработке избыточного активного ила перед его размещением на иловых площадках, полигонах и (или) использованием в сельском хозяйстве с удалением тяжелых металлов. Известен способ удаления тяжелых металлов из осадков сточных вод (ОСВ), в котором обработку осадков сточных вод осуществляют растворами азотной кислоты концентрацией 1,00-1,25 моль/дм 3 при температуре 50-70 С в течение 10-20 мин с последующей нейтрализацией остаточной кислотности щелочными реагентами (КОН, 4, СаСО 3) и получением органо-минерального удобрения. Выделенные металлы осаждаются из раствора в виде шлама, из которого затем регенерируются 1. 9053 1 2007.04.30 Недостатками такого способа являются сложность регенерации осажденных тяжелых металлов из шлама, высокий расход кислотных и щелочных реагентов, необходимость в дополнительном подогреве ОСВ. Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков к заявляемому является способ удаления тяжелых металлов из избыточного активного ила, включающий обработку избыточного активного ила для перевода тяжелых металлов в жидкую фазу, добавление ионообменного материала, перемешивание полученной смеси в течение 10-20 мин при значениях критерия Рейнольдса 1105 и температуре 10-25 С и разделение путем отстаивания на осадок и ионообменный материал, который направляют на извлечение тяжелых металлов 2. Здесь обработку избыточного активного ила, обеспечивающую перевод тяжелых металлов в жидкую фазу, проводят раствором азотной кислоты концентрацией 1-2 моля/дм 3. Этот известный способ принят за прототип. После разделения смеси на осадок и ионообменный материал осадок обезвоживается до влажности (60-70) , а остаточная кислотность обезвоженного осадка нейтрализуется щелочными реагентами. К недостаткам такого способа-прототипа относятся многостадийность процесса обработки, необходимость использования различных реагентов для подкисления ОСВ и нейтрализации избыточной кислотности осадка. Все это усложняет и удорожает процесс обработки. Задачей, на решение которой направлен заявляемый способ, является упрощение процесса обработки ОСВ и снижение затрат за счет исключения в необходимости использования реагентов для снижения рН, при котором проводится обработка ОСВ. Эта задача решается благодаря тому, что в известном способе удаления тяжелых металлов из избыточного активного ила, включающем обработку избыточного активного ила для перевода тяжелых металлов в жидкую фазу, добавление ионообменного материала, перемешивание полученной смеси в течение 10-20 мин при значениях критерия Рейнольдса 1105 и температуре 10-25 С и разделение путем отстаивания на осадок и ионообменный материал, который направляют на извлечение тяжелых металлов, - обработку избыточного активного ила проводят ультразвуком с интенсивностью излучения 1,5 Вт/см 2 в течение 2530 с при частоте 22 кГц или в течение 15-20 с при частоте 44 кГц. Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый способ отличается от известного из прототипа тем, что обработку избыточного активного ила проводят ультразвуком с интенсивностью излучения 1,5 Вт/см 2 в течение 25-30 с при частоте 22 кГц или в течение 15-20 с при частоте 44 кГц. В результате предложенного применения ультразвука обеспечивается значительное упрощение процесса обработки ОСВ и снижение затрат на его проведение. Способ включает ультразвуковую обработку избыточного активного ила с определенной интенсивностью и продолжительностью для перевода тяжелых металлов, которые содержатся в активном иле, в жидкую фазу, добавление ионообменного материала, перемешивание полученной смеси в течение 10-20 мин при значениях критерия Рейнольдса 1105 и температуре 10-25 С. Смесь разделяют путем отстаивания на осадок и ионообменный материал, который направляют на извлечение тяжелых металлов. Осадок обезвоживается до влажности 60-70 . Поставленная задача решается за счет использования ультразвуковой обработки избыточного активного ила. Способ осуществляют следующим образом. Вариант 1. Исходный, уплотненный до влажности 97-98 избыточный активный ил в виде суспензии помещают в емкость, оборудованную ультразвуковым излучателем (например,магнитострикционным или пьезоэлектрическим), и подвергают ультразвуковой обработке с интенсивностью излучения 1,5 Вт/см 2 частотой 22 кГц в течение от 5 до 30 с. Затем к обработанному таким образом избыточному активному илу добавляют ионообменный материал (например, катионит КУ-2 или природный ионообменный материал цеолит) в коли 2 9053 1 2007.04.30 честве, зависящем от начального содержания тяжелых металлов в активном иле, а также от сорбционной емкости ионообменного материала. Суспензия активного ила перемешивается с ионообменным материалом в течение (10-20) минут при значениях критерия Рейнольдса 1105 и температуре 10-25 С. При этом тяжелые металлы, переведенные ранее (посредством ультразвуковой обработки) в жидкую фазу осадка, поглощаются ионообменным материалом. Затем ионообменный материал отделяют от осадка путем отстаивания и направляют на регенерацию с целью извлечения тяжелых металлов, после чего его (материал) можно повторно использовать. Обезвреженный активный ил обезвоживается до влажности 60-70 . Остаточное содержание тяжелых металлов в твердой фазе - ниже допустимых для использования в сельском хозяйстве значений. Вариант 2. Этот вариант отличается от варианта 1 только тем, что для ультразвуковой обработки избыточного активного ила применяют ультразвук частотой 44 кГц. После проведения работ по предлагаемому способу определялась степень удаления тяжелых металлов из избыточного активного ила. Результаты измерений (при различных применяемых частотах ультразвука и продолжительности обработки) приведены в таблице. Степень удаления тяжелых металлов,п/п Частота ультразвука Продолжительность обработки, с 1 22 кГц 5 11,2 0,0 8,1 5,6 2 10 24,3 13,9 14,0 12,2 3 15 53,1 42,8 37,4 35,4 4 20 65,7 49,7 52,3 48,4 5 25 68,6 53,4 52,5 53,3 6 30 68,4 51,2 51,2 50,7 7 44 кГц 5 2,3 14,4 12,3 10,3 8 10 38,4 28,4 23,4 20,1 9 15 53,5 50,1 52,3 50,3 10 20 68,9 52,9 53,4 54,2 11 25 63,2 48,1 47,4 47,3 12 30 59,2 46,6 45,2 44,1 Как видно из результатов, при обработке ультразвуком частотой 22 кГц при продолжительности обработки менее 20 с степень удаления для меди и цинка меньше 50 за счет недостаточно полного перевода тяжелых металлов, которые содержатся в слизистой капсуле активного ила, в жидкую фазу. При обработке ультразвуком частотой 44 кГц наилучшие результаты получены для продолжительности обработки 15-20 с. При уменьшении продолжительности обработки степень удаления тяжелых металлов снижается за счет недостаточно полного перевода тяжелых металлов, которые содержатся в слизистой капсуле активного ила, в жидкую фазу. При увеличении продолжительности обработки наблюдается интенсивное диспергирование твердой фазы избыточного активного ила, что затрудняет ее обезвоживание и удаление тяжелых металлов ионообменными материалами. Таким образом, наиболее целесообразной является продолжительность ультразвуковой обработки а)при частоте 22 кГц- (25-30)с. б)при частоте 44 кГц - (15-20)с. Источники информации 1. Патент РФ 2039726, МПК 057/00. 2. Патент РБ 5554, МПК 0211/00 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3