способ очистки воды открытых водоемов

Формула изобретения

1. Способ очистки воды открытых водоемов путем обработки воды реагентом, содержащим карбонат кальция, с различной крупностью частиц, отличающийся тем, что в качестве реагента используют карбонатит с содержанием карбоната кальция 75 86 мас. при суммарном содержании карбонатов в реагенте 80 95 мас. и расходе реагента 0,05 10,00 кг/м³, а крупность частиц выбирают так, чтобы их максимальная величина составляла не более 0,2 мм, а минимальная обеспечивала время оседания частицы на дно водоема в течение не более 1 ч.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что минимальная крупность частиц реагента составляет 0,01 0,03 мм.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к способам очистки воды и может быть использовано при очистке водоемов от загрязнений ионами металлов и неорганическими кислотами вследствие кислотных дождей, аварийных сбросов горнодобывающих предприятий и неконтролируемого вторичного загрязнения из заскладированных горнопромышленных отходов.

Известен способ очистки воды (а.с. СССР 1606462, C 02 F 1/66, опубл. БИ N 42, 1990), включающий введение нейтрализующего реагента известкового молока, перемешивание, последующее отделение осадка от жидкой фазы, уплотнение и обезвоживание осадка. Для увеличения скорости осветления воды дозу нейтрализующего реагента делят на 3 5 равных частей, каждую из которых вводят в течение 2-2,5 с при общем времени перемешивания 6 мин. Такой способ позволяет существенно повысить скорость свободного осаждения образующейся твердой фазы. Данное изобретение предназначено для очистки воды от неорганических кислот, ионов железа и алюминия.

Однако такой способ неприемлем для открытых природных водоемов. Прежде всего, в открытых водоемах практически невозможно организовать перемешивание, вследствие чего локальная концентрация реагента может превысить допустимый уровень и неблагоприятно воздействовать на экосистему водоема. Кроме того, такой способ очистки эффективен при высоких концентрациях загрязняющих веществ. При низких концентрациях последних, близких к ПДК, частицы образующихся твердых продуктов чрезвычайно тонкодисперсны и скорость их оседания значительно снижается. Так как в природных водоемах исключается возможность отделения и удаления образовавшихся твердых продуктов, при реализации указанного способа существует опасность вторичного загрязнения вследствие волнения и изменения pH среды.

Известен способ очистки воды адсорбцией на частицах кальцита, используя фракцию мельче 150 мкм при расходе реагента от 2 до 120 гл. Способ позволяет практически полностью очищать сточные воды от ионов тяжелых металлов Hg, Cd, для природных водоемов, так как предполагает проведение очистки при повышенных температурах (90-95^oC).

Наиболее близким является способ очистки воды открытых водоемов с использованием карбоната кальция (The chemical response following base application to Little Simon Pond, New York State. McAvoy, Drew C. Res. J. Water Pollut. Control Fed. 1989, 61(9-10), 1552-1563). Способ заключается в том, что воду обрабатывают CaCo₃ с заданной крупностью частиц от 14 до 40 мкм. Этим способом удалось достичь запланированные характеристики воды, в частности, pH более 6,5. Применение частиц различной крупности позволяет достичь пролонгированного эффекта в нижних слоях изменение характеристик воды было отмечено через 2 месяца после обработки. Предусмотренная способом крупность частиц карбоната кальция эффективна при очистке от загрязнений неорганическими кислотами; большая удельная поверхность реагента позволяет достичь необходимого эффекта при минимальных его расходах.

При всех достоинствах способа, его простоте и надежности он не рассчитан на очистку от загрязненний ионами металлов. При глубине водоема более 1 м и наиболее мелкие частицы карбоната кальция могут полностью раствориться, а образовавшиеся твердые продукты реакции гидроксиды и гидрокарбонаты железа и тяжелых металлов из-за высокой дисперстности будут длительное время находится во взвешенном состоянии, что создает опасность вторичного загрязнения.

Предлагаемое изобретение направлено на глубокую очистку открытых водоемов от ионов металлов и неорганических кислот и исключение вторичного загрязнения, обусловленного внесением реагента.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе очистки воды водоемов путем обработки воды реагентом с заданной крупностью частиц, содержащим карбонат кальция, согласно изобретению в качестве реагента используют специальным образом подготовленный карбонатит с содержанием карбоната кальция 75-86 мас. при суммарном содержании карбонатов в реагенте 80-95 мас. и расходе реагента 0,05-10,00 кг/м³, а крупность частиц выбирают таким образом, чтобы их максимальный размер составлял не более 0,2 мм, а минимальный обеспечивал время оседания частицы на дно водоема в течение не более 1 ч.

Другое отличие состоит в том, что минимальный размер частиц реагента составляет 0,01-0,03 мм.

Применение в качестве нейтрализующего реагента карбонатита обусловлено тем, что чистый карбонат кальция дорогостоящий и в ряде регионов дефицитный продукт. Карбонатит же представляет собою вскрышную породу и применение его позволяет повысить полноту использования недр и снизить нагрузку на окружающую среду. Однако в сыром виде карбонатит непригоден в качестве реагента из-за низкого содержания в нем карбонатов и большого количества примесей. В неподготовленном карбонатите содержание карбонатов составляет от 70 до 80% в том числе до 5% карбоната магния.

В связи с тем, что применение реагентных методов обогащения недопустимо, предварительная подготовка карбонатита базируется на различиях в дробимости и измельчаемости карбонатов и минералов-примесей и их магнитных свойствах и включает в себя несколько стадий дробления, измельчения, классификации и сухую магнитную операцию.

Нижний предел содержания суммы карбонатов в реагенте (80%) определяется тем, что при большем количестве примесей возникает опасность вторичного загрязнения водоема и снижается эффективность реагента. В то же время, получение более чистых продуктов требует применения флотационных методов обогащения, что в данном случае недопустимо из-за загрязнения продукта флотореагентами.

Значительная примесь в сумме карбонатов MgCO₃, входящего в состав доломита CaMg(CO₃)₂, заметно снижает активность реагента: доломит медленнее взаимодействует со слабыми кислотами и солями. Кроме того, при взаимодействии доломита с сульфатами одним из продуктов реакция является легко растворимый сульфат магния. Небольшая примесь доломита (до 10% что эквивалентно 5% MgCO₃) не оказывает влияния на процесс очистки, так как реагент берется с избытком и расходуется не полностью, а в процессе оседания на дно водоема в реакцию вступает только карбонат кальция. Доломит же, наряду с остатками кальцита, обеспечивает слабощелочную реакцию в иле.

Крупность реагента обусловлена необходимостью того, чтобы твердые продукты реакции вместе с непрореагировавшими остатками карбонатного зерна увлекались в осадок, а образующаяся при волнении взвесь быстро оседала. Для обеспечения этого условия необходимо, чтобы время оседания наиболее мелких частиц не превышало 1 ч. При глубине водоема 1 м и меньше минимальный размер частиц -0,01 мм, при глубине 5 м и менее, но более 1 м -0,02 мм, при глубине выше 5 м -0,03 мм. Крупные частицы (0,1-0,2 мм) оседают на дно водоема значительно быстрее и, попадая в осадок, создают устойчивую слабощелочную среду в иле и придонных слоях воды.

Способ осуществляют следующим образом.

Исходную карбонатитовую породу дробят до крупности мельче 20 мм и отделяет фракцию мельче 0,5 мм. В эту фракцию переходит большая часть некарбонатных минералов глинистых продуктов, гидроксидов железа, образовавшихся в коре выветривания, а также значительная часть апатита. Крупную фракцию после классификации по крупности подвергают сухой магнитной сепарации, в процессе которой удаляют магнетит и пиротин. При необходимости немагнитную фракцию додрабливают до крупности менее 3-5 мм, классифицируют по классу -0,5 мм и крупный класс снова подвергает сухой магнитной сепарации. Немагнитный продукт измельчает до крупности не более 0,2 мм и классифицируют по крупности, например, с помощью воздушного сепаратора, на два класса. Нижний предел крупности выбирают в зависимости от глубины очищаемого водоема. Полученный таким образом реагент досушивают до влажности не более 1% (во избежание окомкования) и рассеивают над поверхностью очищаемой воды.

Расход реагента (0,05-10,00 кг/м³) определяют исходя из степени загрязнения водоема и эффективности его применения.

Примеры конкретного выполнения.

Пример 1. 50 кг карбонатитовой породы, содержащей 74,1 мас. суммы карбонатов кальция и магния, дробят до крупности мельче 20 мм и отсеивают фракцию мельче 0,5 мм. Крупную фракцию рассеивают на классы -20 +10 мм, -10 +5 мм, -5 +3 мм и -3 мм и раздельно подвергают сухой магнитной сепарации. Немагнитные продукты объединяют и измельчают до крупности -0,2 мм и классифицируют по крупности на два класса: -0,2 +0,01 мм и -0,01мм. Получают 39 кг карбонатного реагента с содержанием суммы карбонатов 87,5% в том числе карбоната кальция 83,0%

2 м³ раствора сульфата никеля с концентрацией 3 мг/л обрабатывают 20 кг карбонатита (расход 10 кг/м³). Концентрация никеля в растворе после очистки составила 0,74 мг/л.

Пример 2. 50 кг карбонатитовой породы, содержащей 70,2 мас. суммы карбонатов кальция и магния, дробят до крупности мельче 20 мм и отсеивают фракцию мельче 0,5 мм. Крупную фракцию рассеивают на классы -20 +10 мм, -10 +5 мм, -5 +3 мм и -3 мм и раздельно подвергают сухой магнитной сепарации. Немагнитные продукты объединяют и измельчают до крупности -0,2 мм и классифицируют по крупности на два класса: -0,2 +0,03 мм и -0,03 мм. Получают 34 кг реагента с содержанием суммы карбонатов 83,1 мас. в том числе 78,9 мас. карбоната кальция. 3 м³ раствора сульфата никеля с концентрацией 2,71 мг/л обрабатывают 12 кг карбонатита (расход 4 кг/м³). Концентрация никеля в растворе после очистки составляет 1,07 мг/л.

Пример 3-7. Процесс очистки ведут с использованием карбонатита, полученного по примеру 1.

Пример 8 и 9. Процесс очистки ведут с использованием карбонатита, полученного по примеру 2.

Данные по очистке растворов предоставлены в таблице.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет проводить нейтрализацию вод открытых водоемов при их закислении, а также уменьшить содержание ионов металлов с исключением вторичного загрязнения, обусловленного внесением реагента.