Спосіб очистки води від катіонних барвників

Корисна модель відноситься до галузі очистки стічних вод і може бути використаний для очистки стічних вод, що містять барвники катіонного типу, на підприємствах текстильної, целюлозно-паперової, хіміко-фармацевтичної та інших галузей промисловості, де концентрація катіонних барвників не перевищує 150мг/дм3. Досягнутий рівень в даній галузі ілюструється наступними прикладами. Відомий спосіб очистки води від катіонних барвників методом сорбції на магній гідроксиді [Кульский Л.А., Иванюк А.А., Потапова Е.И. Сорбция на Mg(OH)2 красителей из водных растворов. - Химия и технология воды. 1986. - т.8, №6. - С.16-18.]. Спосіб полягає в тому, що у воду, яка містить катіонний барвник, додають спочатку розчин магній хлориду, а потім при перемішуванні додають суспензію кальцій гідроксиду, суміш відстоюють 1 добу, і в декантаті визначають концентрацію барвника. Недоліками способу є невисокий ступінь очистки води від катіонних барвників (10%) при досить високому часі процесу. Відомий спосіб вилучення катіонних барвників, в якому в якості адсорбенту використовують кору ялиці, попередньо модифікуючи її в присутності сірчаної або азотної кислоти. У воду, що містить катіонний барвник, додають модифіковану кору ялиці при співвідношенні маса адсорбенту: об'єм розчину=1:100 [Семенович А.В., Лоскутов С.Р. Адсорбция катионных красителей модифицированной корой хвойных древесных пород. -Химия растительного сырья. - 2004. - №3. - С.121-125.]. Недоліками відомого способу є невисока ступінь очистки води від катіонних барвників (85%), при цьому спосіб ускладнюється додатковою операцією, а саме модифікуванням кори ялиці, та потребує при модифікуванні кори ялиці роботу з небезпечними речовинами (сірчаною або азотною кислотою). Відомий найбільш близький за технічною суттєвістю і отриманим результатом є спосіб очистки води від катіонних барвників адсорбцією на активованому доменному шлаку [Gupta V.K., Ali I., Mohan S., Mohan D. Equilibrium uptake and sorption dynamics for the removal of a basic dye (basic red) using low-cost adsorbents. - Journal of Colloid and Interface Science. - 2003. -V.265. - P.257-264]. Спосіб полягає в тому, що у воду, яка містить 37мг/дм3 катіонного барвника (основного червоного 9), додають при перемішуванні 10г/дм3 активованого доменного шлаку, для чого шлак додатково активують прожарюванням, очистку проводять в інтервалі значень рН води 6-10, потім суміш відстоюють 8год, після чого центрифугують для відділення розчину від шлаку. Даний спосіб обрано в якості прототипу. Недоліками способу є невисокий ступінь очистки води від катіонних барвників (80%) при значній тривалості процесу (8год.), а також ускладнення способу, що передбачає високотемпературну активацію доменного шлаку. В основу корисної моделі поставлена задача: створити спосіб очистки води від катіонних барвників з отриманням технічного ефекту, що полягає в підвищенні ступеня очистки. Поставлена задача досягається тим, що в способі очистки води від катіонних барвників у воду, що очищується, при рН води 6-10 вводять адсорбент, який перемішують з водою, після чого відстоюють воду певний час, а після відстоювання адсорбент відділяють від води, який відрізняється тим, що в якості адсорбенту використовують подрібнене лушпиння соняшнику у кількості не менш, ніж 12г на 1дм3 води, а воду після перемішування відстоюють не менш, ніж 2,5год, після чого адсорбент відділяють від води фільтрацією. Загальними ознаками прототипу та способу, який пропонується, є те, що в обох випадках у воду, яка очищується, при рН води 6-10 вводять адсорбент, який перемішують з водою, після чого відстоюють воду певний час, а після відстоювання адсорбент відділяють від води. Відмінними ознаками способу, який пропонується, від прототипу є те, що в якості адсорбенту використовують подрібнене лушпиння соняшнику у кількості не менш, ніж 12г на 1дм3 води, а воду після перемішування відстоюють не менш, ніж 2,5год, після чого адсорбент відділяють від води фільтрацією. Спосіб очистки води від катіонних барвників реалізується наступним чином. У воду, що очищується, з рН=6-10 і містить катіонні барвники в кількості до 150мг/дм3, додають адсорбент подрібнене лушпиння соняшнику в кількості не менш, ніж 12г на 1дм3 води, потім воду разом з адсорбентом перемішують до рівномірного розподілу адсорбенту у воді. Після перемішування воду, що очищується, з лушпинням соняшнику відстоюють певний час до встановлення адсорбційної рівноваги (час встановлення адсорбційної рівноваги, експериментально визначений авторами, дорівнює 2,5год.). Після відстоювання адсорбент з барвником, що адсорбувався, вилучають із води фільтрацією. Як катіонні барвники використовували метиленовий блакитний і кристалічний фіолетовий. Характеристика барвників приведена для метиленового блакитного в ТУ-6-09-29-76 , а кристалічного фіолетового в ТУ-6-09-411975. Запропонований спосіб ілюструється наступними прикладами. Приклад 1. Лушпиння соняшнику висушували на повітрі і роздрібнювали на електричному млині. Фракційний состав подрібненого лушпиння соняшнику: 2,5...3,0мм - 4,5%; 2,0...2,5мм - 9,1%; 1,5...2,0мм - 16,8%; 1,0...1,5мм -17,8%; 0,25... 1,0мм - 42,4%; < 0,25 мм - 9,4%. Досліди проводили на модельних розчинах з концентрацією катіонних барвників 50мг/дм3 при рН води 6, що імітують стічні води підприємств текстильної, целюлозно-паперової, хімікофармацевтичної промисловості. В модельний розчин об'ємом 1дм3 додавали при перемішуванні подрібнене лушпиння соняшнику, відстоювали 2,5год. В табл. 1 приведені дані щодо впливу тривалості відстоювання води, що очищується, з неподрібненим і подрібненим лушпинням соняшнику на ступінь очистки води від катіонних барвників. Нами визначено, що 2,5 год - це оптимальний час відстоювання, саме за цей час встановлюється адсорбційна рівновага катіонних барвників на лушпинні соняшнику і досягається максимальне вилучення катіонних барвників. Подрібнене лушпиння соняшнику у порівнянні із неподрібненим дозволяє збільшити питому поверхню адсорбенту і підвищити ступінь очистки води на 13%. Після 2,5год відстоювання лушпиння соняшнику відділяли фільтрацією від води і визначали залишкову концентрацію барвника у воді після очистки на спектрофотометрі СФ-16 при l =660нм. У наведеному прикладі ступінь очистки води від катіонного барвника склала 95%. Відроблене лушпиння соняшнику регенерувати недоцільно внаслідок низької його вартості та доступності, але можливо використовувати як наповнювач теплоізоляційних матеріалів. Таблиця 1 Вплив тривалості відстоювання води, що очищується, з лушпинням соняшнику на ступінь очистки води від катіонного барвника (метиленового блакитного) Початкова концентрація метиленового блакитного - 50мг/дм3 рН води, що очищується - 6 Температура - 20°С Витрата лушпиння соняшнику - 12г/дм3 Ступінь очистки, % Час відстоювання, хв. Неподрібнене лушпиння соняшнику Подрібнене лушпиння соняшнику 30 58 80 40 60 82 50 66 84 60 69 84 90 73 87 120 75 88 150 78 88 160 79 90 180 82 95 190 82 95 250 82 95 Приклад 2. Умови ті ж, що в прикладі 1, за винятком того, що вода, яку очищують, замість барвника метиленового блакитного містила кристалічний фіолетовий. Концентрацію барвника визначали спектрофотометрично при l =588нм. Ступінь очистки води від катіонного барвника склала 95%. Інші приклади здійснення способу, що пропонується, приведені в табл. 1-4. Для обґрунтування межових значень витрати лушпиння соняшнику в прикладах здійснені дослідження при однакових початковій концентрації катіонних барвників, рН води, що очищується, температурі та часі відстоювання води (табл.2). Таблиця 2 Вплив витрати лушпиння соняшнику на ступінь очистки води від катіонних барвників Початкова концентрація барвників - 50мг/дм3 рН води, що очищується - 6 Температура - 20°С Час відстоювання води, що очищується - 2,5год Витрата ЛС, г/дм3 2 4 5 6 8 10 12 15 20 Ступінь очистки, % метиленовий блакитний кристалічний фіолетовий 60 49 79 67 80 78 90 85 90 90 93 92 95 95 95 95 95 95 Із даних, приведених у табл.2, видно, що максимальна ступінь очистки води (95%) спостерігається при витраті лушпиння соняшнику не менш, ніж 12г/дм3. При зниженні оптимальної витрати лушпиння соняшнику вилучення катіонних барвників зменшується (тобто недостатньо поверхні адсорбенту), а подальше збільшення витрати лушпиння соняшнику не має сенсу, тому що не приводить до підвищення ступеня очистки води від катіонних барвників. Для визначення оптимального значення рН води, що очищується від катіонних барвників, проводили дослідження при однакових початковій концентрації барвників, витраті лушпиння соняшнику, часі відстоювання води, що очищується, та температурі. Одержані результати приведені у табл.3. Для визначення концентрацій катіонних барвників у воді, що очищується, при яких можна застосовувати спосіб, що пропонується, проводили дослідження впливу початкової концентрації барвників на ступінь очистки води при однакових витраті лушпиння соняшнику, рН води, часі відстоювання та температури. Одержані результати приведені у табл.4. Таблиця 3 Влив рН води на ступінь очистки води від катіонних барвників Початкова концентрація барвників - 25мг/дм3 Температура - 20°С Час відстоювання води, що очищується - 2,5год Витрата лушпиння соняшнику - 12г/дм3 рН Ступінь очистки, % метиленовий блакитний кристалічний фіолетовий 2 66 77 4 90 85 695 95 8 95 95 10 95 91 11 60 77 Початкова концентрація барвників - 50мг/дм3 Температура - 20°С Час відстоювання води, що очищується - 2,5год Витрата лушпиння соняшнику - 12г/дм3 Ступінь очистки, % рН метиленовий блакитний кристалічний фіолетовий 2 57 80 4 92 92 6 95 95 8 95 95 10 95 95 11 72 47 Таким чином, запропонований спосіб у порівнянні з прототипом забезпечує високий ступінь очистки води від катіонних барвників (90-95%) при тривалості відстоювання води з лушпинням соняшнику не менш, ніж 2,5год., в широкому інтервалі концентрацій катіонних барвників (до 150мг/дм3) у воді, яка очищується, без додаткової модифікації або активації адсорбенту, витрата якого складає не менш, ніж 12г/дм3. Таблиця 4 Вплив початкової концентрації барвників на ступінь очистки води від катіонних барвників Температура - 20°С Час відстоювання води, що очищується - 2,5год. рН води, що очищується - 6 Витрата лушпиння соняшнику - 12г/дм3 Ступінь очистки, % Початкова концентрація барвників, мг/дм3 метиленовий блакитний кристалічний фіолетовий 10 95 95 20 95 95 25 95 95 50 95 95 75 90 90 100 90 90 150 90 90 200 83 84 Лушпиння соняшнику, що використовується як адсорбент, є доступним агропромисловим відходом при виробництві соняшникової олії на олійно-жирових підприємствах, якого накопичується 25% від маси соняшнику, що перероблюється. Спосіб, що пропонується, надається промисловим підприємствам для промислового використання.