Способ биохимической очистки сточных вод и осветленных пульп от цианидов и роданидов

// (12 1/20, 12 107) ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(72) Розвага Роман Иванович Клец Александр Николаевич Давыдов Георгий Иванович Вдовкин Георгий Григорьевич Толмачева Елена Владиленовна Прохорова Светлана Вениаминовна Ахметов Фарабий Ильясович Демин Геннадий Михайлович Воронова Евгения Ивановна(73) Государственное научно-производственное объединение промышленной экологии Казмеханобр(54) СПОСОБ БИОХИМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД И ОСВЕТЛЕННЫХ ПУЛЬП ОТ ЦИАНИДОВ И РОДАНИДОВ(57) Разработан комбинированный способ биохими ческой очистки сточных вод и пульпы от комплексных и простых цианидов и роданидов для предприятий по переработке полиметаллических руд, золотоизвлекательных фабрик и других сложных производств, основанный на биоразложении загрязняющих веществ посредством применения биомасс штаммов бактерий родовис последующим воздействием на продукты обработки биомассы коагулянта на основе тяжелых цветных металлов. Способ предусматривает современное технологическое оборудование, включая высококачественные твердые носители из полимерных материалов для иммобилизации биомасс штаммов бактерий. Очищенная вода пригодна для сброса в открытые водоемы либо может быть использована в водообороте предприятий. 8128 Изобретение относится к области экологии, в частности биотехнологии очистки сточных вод и осветленных пульп от широкого ассортимента простых и комплексных цианидов или роданидов металлов. Оно может быть применено в цветной металлургии,в частности, для золотоизвлекательных фабрик и предприятий по переработке полиметаллических руд. Известен способ очистки сточных вод от простых и комплексных цианидов(пат. Германии 2831129, кл. С 023/12, 1990), заключающийся в пропускании сточной воды либо осветленной пульпы при рН 7,5-9,0 аэрации воздухом и температуре 20 - 35 С через материал загрузки (активированный уголь, кокс, пыль, песок). При этом для биоразложения цианидов использовали биомассы штаммов бактерий. Наряду с этим известен способ (прототип) очистки осветленных пульп от простых цианидов и роданидов (пат. ФРГ 3235600, кл.023/08, 1984), заключающийся в пропускании осветленной пульпы и воздуха через слой пенопласта, предварительно иммобилизованного биомассой бактерий (. . и . ) при удельной поверхности сорбента 3000-15000 м 2/м 3. Известные способы обладают рядом существенных недостатков не обеспечивают полную очистку сточных вод или осветленных пульп от цианидов и роданидов (средняя степень очистки от простых цианидов и роданидов соответственно составляет 45-55 и 35-45 ) не обеспечивают биодеградацию практически всех комплексных цианидов и роданидов тяжелых цветных металлов из-за их высокой химической устойчивости характеризуются относительно высокой себестоимостью биоочистки сточных вод и осветленных пульп от загрязняющих веществ (она находится в среднем на уровне 8-12 дол. США на 1 м 3) характеризуются большими сроками процессов очистки (около 3-6 суток). Технический результат изобретения- практически полная очистка сточных вод или осветленных пульп от цианидов и роданидов (на 100 ), а также продуктов их биохимической обработки - тяжелых цветных металлов (меди, цинка,железа, свинца, молибдена, кобальта, марганца, золота и серебра) на 99,1-100- обеспечение биодеградации всех как простых,так и комплексных цианидов и роданидов тяжелых цветных металлов вследствие применения биомасс специальных штаммов бактерий- снижение капитальных и эксплуатационных затрат и себестоимости очистки сточных вод и осветленных пульп в 8-12 раз- осуществление завершающей стадии очистки коагуляции металлов, в периодическом и непрерывном режимах- обеспечение на 100 регенерации используемых средств и иммобилизации биомасс штаммов бактерий. Сточную воду или осветленную пульпу пропус 2 кают через твердый сорбент (полистирол), на котором предварительно иммобилизована биомасса штаммов бактерийИМиВ-В-10 и смесь биомассИМиВ-В-10 иИМиВ-В-11 при их объемном соотношении 11, при этом иммобилизацию биомассы штамма бактерийИМиВ-В-10 осуществляют после предварительного разбавления водой в соотношении 15,7, а иммобилизацию смеси биомасс штаммов бактерийиИМиВ-В-11 осуществляют после ее предварительного разбавления водой до 12,8,пропускание сточных вод или осветленных пульп осуществляют сначала через твердый сорбент с иммобилизованной на нем биомассой штамма бактерийИМиВ-В-10, а затем через твердый сорбент с иммобилизованной на нем смесью биомасс штаммов бактерийИМиВВ-10 иИМиВ-В-11, полученный при этом фильтрат обрабатывают одновременно биомассой штамма бактерий, содержащей 28-32 г/дм 3 окисленной формы железа , гашеной известью и 0,1 водным раствором полиакриламида. Исключение любой стадии биоочистки, нарушение их последовательности (поэтапности), изменение оптимальных режимов очистки не позволяет достигнуть вышеуказанного технического результата. Новый способ биохимической очистки сточных вод и осветленных пульп апробирован на Карамкенском горно-металлургическом комбинате (Российская Федерация) с положительными результатами. Штаммы бактерийИМиВ-В-10 изарегистрированы нами в Музее культур института микробиологии и вирусологии Национальной Академии наук РК (приоритет от 30.06.94). Биомассу штамма бактерийИМиВ-В-10 получали следующим образом в бак с мешалкой загружали 10,2 м 3 осветленной пульпы(при общем содержании простых и комплексных цианидов 150-300 мг/дм 3), а затем вносили 2,65 кг К 2 НРО 432 2,59 кг 42 О 4 2,59 кг О 472. Полученную смесь перемешивали до полного растворения ингредиентов. Затем ее смешивали в ферментаторе с инокулятом биомассы штамма бактерий(титр 1018 кл/см 3), взятом в количестве 10,2 м 3. Биореакционную смесь подвергали непрерывной аэрации воздухом (расходы 10 м 3/м 2 ч) при температуре 28 - 30 С в течение 2-2,5 сут. При достижении первоначального титра клеток процесс ферментации завершен. Биомассу штамма бактерийполучали следующим образом в бак с мешалкой загружают 6,16 м 3 воды и прибавляют одноразово 3,27 кг 2 О 43 Н 2 О 1,6 кг О 47 Н 2 О 1,31 кг . Смесь перемешивают до полного растворения компонентов (рН раствора 4,0-5,0), а затем прибавляют 190,5 дм 3 5 водного раствора 8128 23102 и перемешивают содержимое с образованием рабочей питательной среды (рН 7,0). В ферментаторе смешивают 6,35 м 3 полученной питательной среды с 6,35 м 3 инокулята биомассы штамма бактерий(титр 1016 кл/мл). Биореакционную смесь подвергают непрерывной аэрации воздухом (расходы 15 м 3/м 2 ч) при температуре 28 - 30 С в течение 2-2,5 суток. При достижении первоначального титра клеток процесс ферментации завершен. Биомасса штамма бактерий- суспензия со средним уд. весом 1,01 г/см 3. Биомассу штамма бактерийполучали следующим образом в бак с мешалкой вводят 1 м 3 воды, а затем вводят одноразово 2,0 кг О 472 О 0,125 кг 2 О 43 Н 2 О и 0,75 кг(4)2 О 4. Смесь подвергают перемешиванию до получения однородного раствора, затем прибавляют 2,0 кг 98 серной кислоты и содержимое перемешивают до образования кислого раствора (рН 1,0),вносят 150 кг О 472 О. После полного растворения ингредиентов получают рабочую питательную среду (среда 9 К). В ферментаторе смешивают 1 м 3 питательной среды с 1 м 3 инокулята биомассы штамма бактерий(титр 106 кл/см 3). Биореакционную смесь подвергают непрерывной аэрации воздухом (расходы 10 м 3/м 2 ч) при температуре 30 -35 С в течение 36 часов до полного окисленияви достижения первоначального титра клеток . . Биомасса штамма бактерий- окрашенная в красный цвет жидкость с содержанием 28-32 г/дм 3 и средним удельным весом 1,25 г/см 3. Для разработки способа очистки сточных вод и пульп от цианидов и роданидов в качестве полистирола использовали биохимическую фильтрующую установку, состоящую из каскада фильтров, собранных из фильтрующих элементов (размеры 120 х 70 х 250 мм, диаметр пор - 5-10 мкм). При этом удельная производительность одного фильтроэлемента - 0,81 м 3/чм 2 при площади фильтрации одной ступени - 30 м 2. Ниже в примерах 1 и 2 приведены данные о биохимической очистке сточных вод и осветленных пульп от загрязняющих веществ. Пример 1, относящийся к биоочистке сточной воды. Промсток предприятия с производительностью 620 м 3/сут подвергают отстаиванию, а затем его осветленную часть (585 м 3/сут) подвергают обработке на фильтрующей биохимической установке. Состав сточной воды, мг/дм 3 железо (, ) 1421,5 цинк - 2,3 марганец- 0,3 кобальт 0,44 свинец- 0,7 медь- 6,35 цианиды 143,6 роданиды - 89,4. ХПК - 1180 мг 2/дм 3. Установка состоит из 44 фильтров (13200 фильтрующих элементов с размерами каждого 120 х 70 х 250 мм и диаметром пор 5-10 мкм). При этом первые 18 биофильтров имеют площадь фильтрации 540 м 2, а остальные 26 биофильтров -780 м 2. Удельная производительность одного фильтроэлемента 0,81 - м 3/ чм 2, площадь фильтрации одной ступени - 30 м 2. Расходы биомасс цианиддеградирующей культуры (ЦДК) и роданиддеградирующей культуры(РДК) соответственно составляли 33,0 м 3/сут (или 36,3 т/сут) и 19,5 м 3/сут (или 19,69 т/сут). Биомассу ЦДК подавали на фильтры (1-18) для ее иммобилизации и биоразложения цианидов, при этом предварительно ее разбавляли водой в баке-усреднителе(0,875 м 3 ПДК и вода - до 5,0 м 3). Биомассу ЦДК и РДК в смеси подавали на фильтры (19-44) для ее иммобилизации, биоразложения роданидов и доочистки от цианидов, предварительно ее также разбавляли водой (0,875 м 3 ПДК 0,875 м 3 РДК и вода - до 5,0 м 3). Для первой стадии биоочистки рН составлял 12,0, а для второй 7,0-8,0. Удельные расходы инокулятов ЦДК и РДК составляли по 0,025 м 3/м 2 поверхности биофильтров. Иммобилизацию и биохимическую очистку последних осуществляли при давлениях на входе и выходе жидкостей 0,010,015 МПа. Процесс иммобилизации биофильтров(1-18) и (19-44) требовал соответственно времени 18 и 13 часов. Впоследствии разбавления биомасс ЦДК и РДК осуществляли фильтратом культуральных жидкостей (вместо воды) в баке-накопителе. После полного биоразложения цианидов и роданидов в установке (при температуре 28 - 30 С) сточную воду направляют в контактные баки (расходы 100 м 3/ч), в которые одновременно посредством дозаторов подают биомассу коагулянта на основе железа (расходы 80 дм 3/ч), известковое молоко (расходы извести 0,2 т/ч) и 0,1 раствор полиакриламида (расходы 50 дм 3/ч). Все операции подачи реагентов и биореагента в сточную воду, удаление образующихся шламов осуществляют в непрерывном режиме. Очистка сточных вод (производительность 620 м 3/сут) с учетом времени иммобилизации биомасс завершается в течение одних суток. Состав сточной воды после биоочистки, мг/дм 3 железо (, ) - отс. свинец- отс. цианиды отс. роданиды - отс. цинк - 0,001 марганецотс. кобальт- отс. ХПК - 5,0 мг 2/дм 3. Содержание загрязняющих веществ в исходной и очищенной сточной воде определяли колориметрическими методами. Пример 2, относящийся к биохимической очистке реальной пульпы золотоизвлекательной фабрики. Реальную пульпу Карамкенской ЗИФ с производительностью 1200 м 3/сут посредством насоса подавали в сгуститель Ц-50, а затем осветленную пульпу направляли в полистирольный фильтр, состоящий из 200 фильтрующих полистирольных элементов (габариты одного 70 х 70 х 250 мм, размер пор - 10- 40 мкм). Образовавшийся осадок возвращается в сгуститель, а доосветленная пульпа (размер твердых частиц - 0,3-0,5 мкм) направляется насосом на биохимическую фильтрующую установку для биоразложения цианидов и роданидов. Установка состоит 3(размеры каждого 120 х 70 х 250 мм, диаметр пор 510 мкм) и рассчитана на 47 биофильтров. При этом фильтры (1-18) имели площадь фильтрации 900 м 2,а остальные фильтры (19-47) - 1450 м 2. Расходы биомасс ЦДК и РДК соответственно составляли 20,55 м 3/сут (или 22,6 т/сут) и 12,7 м 3/сут (или 12,7 т/сут). Биомассу ЦДК подавали на фильтры (118) для ее иммобилизации и биоразложения цианидов, при этом ее предварительно разбавляли водой в баке-усреднителе (0,875 м 3 ЦДК и вода - до 5,0 м 3). Смесь биомасс ЦДК и РДК подавали затем на фильтры (19-47) для ее иммобилизации, биоразложения роданидов и доочистки от цианидов, предварительно разбавляя их водой (0,875 м 3 ЦДК 0,875 м 3 РДК и вода - до 5,0 м 3). Для первой стадии биоочистки рН составлял 11,5, а для второй 7,0-8,0. Удельные расходы инокулятов ЦДК и РДК составляли по 0,025 м 3/м 2 поверхности биофильтров. Иммобилизацию биофильтров и биохимическую очистку осветленной пульпы, а также регенерацию биофильтров осуществляли в тех же условиях, что и(ЦДК и РДК) в течение 14,5 часов. Впоследствии разбавление биомасс осуществляли фильтратом культуральных жидкостей (вместо воды) в бакенакопителе. После полного биоразложения цианидов и роданидов осветленную пульпу при расходах 100 м 3/ч направляли в контактные баки, в которые одновременно посредством дозатора ДРП - 2,3 подавали биомассу коагулянта на основе железа при расходах 100 дм 3/ч, известковое молоко при расходах 0,25 т/ч, а также 0,1 раствор полиакриламида при расходах 70 дм 3/ч. Образующиеся шламы фильтруют с использованием вакуум-фильтров БОУ-10-2,6. При этом сгущенную часть направляют в шламонакопитель, а очищенную воду в открытый водоем. Очистку пульпы (производительность - 1200 м 3/сут) завершают в течение одних суток. Результаты по ее очистке представлены в таблице. Таблица Результаты комбинированной биохимической очистки осветленной пульпы от цианидов, роданидов и тяжелых цветных металлов Содержание загрязняющих веществ, мг/дм 3 Исходная осветленная пульпа 5,7 1,1 0,73 0,1 0,15 0,025 1,65 0,008 281 57 Осветленная пульпа после биохимической очистки биомассами штаммов бактерийИМиВ-В-10 иИМиВ-В-11 5,7 1,1 0,73 0,1 0,15 0,025 1,65 0,008 0,001 0,05 Осветленная пульпа после биохимической доочистки биомассы штамма бактерий 0,001 0,01 0,05 0,001 0,001 0,01 0,05 0,05 0,001 0,05 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ биохимической очистки сточных вод и осветленных пульп от цианидов и роданидов, включающий иммобилизацию биомасс штаммов бактерий на твердых сорбентах и последующее пропускание через них сточных вод или осветленных пульп с получением фильтрата, отличающийся тем, что в качестве твердых сорбентов используют полистирол,иммобилизации подвергают биомассы штаммов бактерийИМиВ-В-10 и смесиИМиВ-В-10 сИМиВ-В-11 с их соотношением 11, иммобилизациюИМиВ-В-10 осуществляют с использованием биомассы штамма бактерий, предварительно разбавленной водой в соотношении 15,7, а иммобилизацию смесиИМиВ-В-10 иИМиВ-В-11 с использованием смеси биомасс штаммов бактерий, предварительно разбавленной водой в соотношении 12,8,пропускание сточных вод или осветленной пульпы осуществляют сначала через твердый сорбент с иммобилизованной на нем биомассой штамма бактерийИМиВ-В-10, а затем через твердый сорбент с иммобилизованной на нем смесью биомасс штаммов бактерийИМиВВ-10 иИМиВ-В-11, полученный при этом фильтрат обрабатывают одновременно биомассой штамма бактерий, содержащей 28-32 г/дм 3 окисленной формы железа , гашеной известью и 0,1 водным раствором полиакриламида.