способ переработки хлоридно-сульфатных сточных или природных вод

Формула изобретения

1. Способ переработки хлоридно-сульфатных сточных или природных вод с получением хлоридов и сульфатов соответствующих металлов, включающий многоступенчатое упаривание исходной воды, отделение образующегося от жидкой фазы, охлаждение последней и кристаллизацию из нее мирабилита, упаривание и кристаллизацию хлорида натрия из маточного раствора, полученного после отделения мирабилита, отличающийся тем, что, с целью уменьшения объемов стоков и повышения экономичности процесса за счет получения товарных продуктов, многоступенчатое упаривание исходной воды ведут до насыщения ее по сульфату кальция, после отделения последнего жидкую фазу охлаждают до температуры начала выделения твердой фазы и направляют ее на кристаллизацию мирабилита, которую осуществляют при температуре суспензии не выше минус 10^oС, а кристаллизацию хлорида натрия из маточного раствора ведут при поддержании массовой доли солей магния в жидкой фазе суспензии 25 29%

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам водоподготовки и очистки сточных и природных вод и может быть использовано в химической промышленности, энергетике и других отраслях народного хозяйства.

Сточные воды, подлежащие переработке, относятся к системе, включающей в качестве основных Na⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Cl^- и SO₄^2--ионы. Они могут также включать в виде примесей бикарбонатные, фосфатные, нитратные и другие соли. К таким водам относятся сточные воды ТЭС, природные воды угольных шахт, газовых месторождений и другие.

Эти воды характеризуются определенной минерализацией и относятся к средне и солоноватым водам.

При попадании данных вод в водоемы, имеющие рыбохозяйственное значение, они вызывают повышение уровня засоленности сверх предельно допустимого. В связи с этим сброс их в указанные водоемы недопустим. Для улучшения экологического состояния окружающей среды за счет исключения сброса неочищенных сточных вод необходима их частичная или полная утилизация.

Наиболее радикальным решением данной задачи является полное разделение водно-солевых систем, какими являются сточные воды на отдельные компоненты и их полное использование.

При переработке сточных вод указанного состава может быть получено несколько различных веществ. К ним можно отнести прежде всего обессоленную воду, сульфат натрия, хлорид натрия, хлормагниевый раствор и сульфат кальция.

Исходя из сказанного выше, задача переработки сточных вод является актуальной с точки зрения охраны окружающей среды и повышения экономичности технологии переработки вод. Данная задача в известных способах в должной мере не решена.

Известен способ переработки сточных вод, включающий упаривание сточных вод Na-катионитовых фильтров, выделение хлорида натрия смешением упаренных сточных вод с продувочными водами парогенераторов, обработку смеси известью и содой, осветление суспензии и упаривание жидкой фазы до 20-30% по солям натрия [1]

Недостатком данного способа является то, что образующиеся в результате переработки воды твердые соли кальция и магния, а также жидкие концентрированные растворы с высоким содержанием хлорида натрия требуют дальнейшей переработки или захоронения. Указанные вещества даже после захоронения являются потенциальными источниками загрязнения окружающей среды. Кроме того, их дальнейшая переработка или захоронение существенно сказывается на экономичности процесса.

Из известных способов переработки сточных вод наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ переработки сточных вод, который включает обработку исходной воды, концентрирование воды путем выпаривания, сопровождающееся кристаллизацией твердой фазы, разделение полученной суспензии, охлаждение жидкой фазы суспензии, кристаллизацию мирабилита, отделение кристаллов последнего от маточного раствора и кристаллизацию хлорида натрия [2]

Недостатком известного способа является то, что при переработке воды получают малопригодные для использования гидрооксиды кальция и магния, а также сульфат бария. Кроме того, после кристаллизации хлорида натрия остается жидкая фаза, представляющая собой концентрированный (20%) загрязненный примесями раствор. Указанные твердые вещества и жидкие фазы отправляются на захоронение и в хвостохранилища жидких отходов. Наличие мест для хранения отходов являются источниками экологических катастроф, из-за чего известный способ не позволяет полностью устранить загрязнение окружающей среды.

Недостатком известного способа является также его низкая экономичность, обусловленная высокими материальными и другими основными затратами на единицу произведенной продукции и затратами, необходимыми для строительства и обслуживания хранилищ отходов. Снижение экономичности при переработке воды вызвано также необходимостью использования химических реагентов: соды, извести, серной кислоты и хлорида бария.

Кроме того, известный способ переработки воды не обеспечивает возможность получения концентрированного раствора солей магния.

Цель изобретения уменьшение объемов стоков и повышение экономичности процесса за счет получения товарных продуктов.

Цель достигается тем, что в известном способе переработки сточных вод, включающем обработку исходной воды, концентрирование воды путем выпаривания, сопровождающегося кристаллизацией твердой фазы, разделение полученной суспензии, охлаждение жидкой фазы суспензии, кристаллизацию мирабилита, отделение кристаллов последнего от маточного раствора и кристаллизацию хлорида натрия, новым является то, что обработку воды осуществляют на последней стадии концентрирования с получением сульфата кальция, после отделения которого жидкую фазу охлаждают до температуры начала выделения твердой фазы, а затем кристаллизуют из нее мирабилит при температуре не выше -10^оС, отделяют образовавшиеся кристаллы от жидкой фазы, которую направляют на кристаллизацию хлорида натрия за счет удаления воды при повышении концентрации солей магния в жидкой фазе суспензии до 25-29% с последующим отделением кристаллов хлорида натрия от раствора солей магния.

Предлагаемый способ переработки сточных вод поясняется чертежом.

П р и м е р. Исходную сточную воду массой 210 кг концентрируют в несколько стадий до массы 5,5 г. По окончании концентрирования раствора до конечного состава получают 204 г воды и 5,5 г суспензии, которая содержит 0,26 г влажной твердой фазы сульфата кальция. Жидкую фазу суспензии охлаждают до температуры начала выделения твердой фазы, фиксируемое визуально. Охлажденный раствор смешивают с суспензией сульфата натрия, имеющей температуру (-5)-(-20)^оС. Разделяя суспензию фильтрованием при указанных выше температурах, анализируют твердую и жидкую фазы. Жидкую фазу нагревают и упаривают до заданной концентрации (24-30%) солей магния. Полученную в результате суспензию хлорида натрия разделяют и определяют составы и массы твердой и жидкой фаз.

Результаты выполнения примеров приведены в табл.1 и 2.

По способу-прототипу вместо сульфата кальция получают смесь карбоната кальция и гидрооксида магния, массы которых равны 0,19 и 0,12 г соответственно. Применение данной смеси веществ не определено, и поэтому она подлежит захоронению. Выход этой смеси составляет примерно 2,5 тыс. т в год. Потребность в реагентах при этом составляет 5-7 тыс.т в год. Дальнейшее концентрирование раствора сопровождается образованием отложений твердой фазы на поверхности труб греющей камеры выпарного аппарата (установки). Отложения твердой фазы включают указанные выше вещества.

Из табл. 2 видно, что кристаллизация мирабилита должна проводиться при температурах суспензии не выше -10^оС. Это обусловлено несколькими факторами, в том числе качеством кристаллического мирабилита по содержанию в нем хлорида натрия. Установлено, что при температурах выше -10^оС, например при -5^оС, содержание хлорида натрия составляет 17% что значительно превышает допускаемую концентрацию в товарном мирабилите.

Выход хлорида натрия значительно повышается и остается почти постоянным, если проводить кристаллизацию мирабилита при температурах не выше -10^оС. Ограничение выхода хлорида натрия температурой кристаллизации мирабилита вызывается тем, что после кристаллизации хлорида натрия начинают выделяться вторые соли, поля кристаллизации которых граничат с полем кристаллизации хлорида натрия. Вследствие более высокой конечной концентрации сульфат-иона в растворе после выделения мирабилита при температуре кристаллизации -5^оС масса хлорида натрия, выделяющегося до появления второй соли, на 23,2% меньше, чем при температуре кристаллизации -10^оС.

Немаловажное значение для дальнейшей переработки раствора солей магния имеет то, какая соль будет выделяться после кристаллизации NaCl. При температуре кристаллизации мирабилита -5^оС при кристаллизации хлорида натрия в конечной ее стадии и при дальнейшей переработке раствора выделяется двойная сульфатная соль левент Na₂SO₄MgSO₄2,5H₂O. Данная соль в смеси с хлоридом натрия применения в настоящее время не имеет и поэтому должна быть захоронена. Это означает, что для получения пригодного для использования раствора солей магния указанная стадия является необходимой. Это приводит к значительному сокращению выхода раствора.

Из табл.2 видно также, что проведение кристаллизации мирабилита при (-10)-(-20)^оС не оказывает существенного влияния на результаты осуществления способа переработки сточных вод. В то же время снижение температуры до -20^оС отрицательно влияет на экономичность процесса.

Кристаллизация хлорида натрия осуществляется за счет удаления из суспензии воды при концентрации солей магния в жидкой фазе суспензии 25-29% При концентрациях меньше 25% например при 24% раствор солей магния сильно загрязнен примесями сульфатом магния и хлоридом натрия. При концентрации солей магния более 29% наблюдается совместная кристаллизация хлорида натрия и сульфата магния в виде кизерита. Поэтому для исключения загрязнения хлорида натрия сульфатом магния кристаллизацию хлорида натрия проводят при концентрации солей магния в растворе не более 29%

Таким образом, поставленная цель достигается, если обработка сточной воды выполняется на последней стадии концентрирования воды, охлаждение раствора осуществляется до температуры начала выделения твердой фазы, после чего проводится кристаллизация мирабилита при температуре не выше -10^оС, а кристаллизацию хлорида натрия проводят за счет удаления части воды и повышения концентрации солей магния в жидкой фазе суспензии до 25-29%

Предлагаемый способ переработки сточных вод обеспечивает получение пригодных для технического использования сульфатов кальция и магния, хлорида натрия, раствора хлорида магния с примесью сульфата магния, обессоленной воды и сокращение сброса вещества в окружающую среду, что позволяет снизить затраты на переработку сточных вод и тем самым повысить экономичность данного процесса, улучшить экологическое состояние окружающей среды.