Спосіб очищення стічних вод від високотоксичних іонів важких металів

Спосіб очищення стічних вод від високотоксичних іонів важких металів, який включає контактування з вуглецевим сорбентом, який відрізняється тим, що як вуглецевий сорбент використовують відходи виробництва непаливної переробки бурого вугілля при масовому співвідношенні сорбент : іони важких металів 50 ч- 2000:1, при тривалості контактування 0,1-1,0 год. Недолік очищення за способом прототипу в його обмеженості - запатентоване адсорбційне очищення тільки від іонів талію; очищенні від іонів талію води отримують вторинне забруднення гуміновими кислотами, гуматами, що переходять у розчин із сорбентів (бурого вугілля, залишкового бурого вугілля), що забарвлюють розчин у коричневий колір. Для усунення вторинного забруднення необхідне проведення ряду операцій реагентового доочищення: підкислення розчину до рН 2-3, при якому виділяється осад гумінових кислот, відстоювання і фільтрування для виділення осаду від розчину, підлужнення очищених вод до рН 6-7. Ступінь очищення коливається в широких межах від 43 до 100%. В основу корисної моделі поставлене завдання створення способу очищення води від іонів важких металів, в якому завдяки використанню вуглецевого сорбенту, отриманого із відходу непаливної переробки бурого вугілля, забезпечується ефективне очищення в стабільно високих межах від іонів важких токсичних металів кадмію та свинцю і за рахунок цього розширюється номенклатура вуглецевих сорбентів; скорочується тривалість процесу водоочищення; усувається вторинне забруднення стічних вод гуміновими речовинами; спрощується технологія процесу водоочищення: усувається необхідність реагентного доочищення від розчинних гуматів; вирішують екологічні проблеми утилізації вуглецьвмісних відходів виробництва і концентрування цінних металів. Поставлене завдання вирішується тим, що в CM 5 4127 способі очищення води від високотоксичних ІОНІВ важких металів, що включає контактування з вуглецевим сорбентом, згідно винаходу використовують в якості сорбенту модифіковане залишкове буре вугілля (ЗБВ), отримане із ВІДХОДІВ непаливної переробки вугілля в результаті гермомодифікацм і активації, очищення ведуть протягом 0,1-1,0 год , при масовому співвідношенні сорбент іони важких металів 50-2000 1, рН 6,50-7,50 Вихідна сировина для отримання сорбенту МII - відходи непаливної переробки землистого бурого вугілля Олександрійського родовища, що утворюється після виділення із нього рістстимулюючих гуматів амонію за технологією [5] Вибір ІОНІВ кадмію, свинцю в якості об'єктів очищення обґрунтований тим, що вони входять, поряд з ртуттю, в групу найнебезпечніших техногенних токсикантів Ці речовини, потрапляючи в оточуюче середовище, надовго затримуються в ґрунті, поступово сорбуючись рослинами, або із вітром, дощами, водами розповсюджуючись на тисячі кілометрів від місця надходження 3 водою, повітрям, їжею вони надходять в організм людини, тварин В результаті цього виникає ряд негативних наслідків гострі отруєння із летальним кінцем, поступове накопичення токсикантів в організмі, що виявляється через роки, погіршення генофонду людини, що проявляється у народженні дітей з відхиленнями від психічної та фізичної норми У людей із хронічною токсикацією свинцем з'являються мігрені, запаморочення, підвищення втомлюваності, дратівливість, порушення сну, погіршення пам'яті, м'язова ГІПОТОНІЯ Кадмій викликає ракові захворювання Рак легень - результат тривалого впливу аерозолю оксиду кадмію Тютюн - рослина, яка найбільш акумулює солі кадмію із ґрунту - до 2 мг/кг Щоденно із їжею, водою, повітрям в організм надходить до 0,2 мг Cd У місцевих жителів вміст кадмію в крові в десятки - сотні раз більший, ніж у жителів сільських місцевостей За рекомендацією ВОЗ (Всесвітня Організація Охорони Здоров'я) припустима добова доза кадмію - 70 мкг Реальне ж надходження в організм - 150 мкг/добу Джерела надходження свинцю, кадмію в навколишнє середовище загальні - це ТЕС, заводи по переробці поліметалічних руд, двигуни внутрішнього згорання Використовують кадмій у виробництві нікель-кадмієвих акумуляторів та побутових батарей, аварійних і регулюючих стержнів для атомних реакторів Кадмій входить в склад сплавів, каталізаторів, лазерних матеріалів, барвників, стабілізаторів Використовують кадмій і як антикорозійне покриття виробів із заліза, сталі Утилізація кадмію важлива виходячи із обмеженості його в природі Сполук кадмію у земній корі дуже мало - 8 10vo He існує покладів кадмію, він входить малою часткою (0,1%) в поліметалічні руди Pb, Cu, Zn Встановлені гранично допустимі концентрації (ГДК) свинцю, кадмію Так у воді ГДКРЬ - 0,03, FflKcd - 0,001 мг/дм3, лімітуючий показник ШКІДЛИВОСТІ - клас небезпечності - 2 для обох ІОНІВ [6] Виходячи із уявлень про високу токсичність ІОНІВ Cd, Pb і загальних джерел їх надходження в біосферу, вони були вибрані як об'єкти дослідження і був розроблений спосіб очищення, що заявляється Вуглецевий сорбент М-ІІ отримують із ЗБВ, дисперсністю 1,0-2,0 мм, що утворюється як відходи після вилучення гуматів амонію Вихідне ЗБВ піддають модифікації шляхом термообробки і активації в м'яких умовах Отриманий вуглецевий сорбент М-ІІ має розкручену поверхню (S™T 294,0-300,0 м2/г), тоді як питома поверхня вихідного ЗБВ дорівнює 1,0-1,2 м2/г Сорбент М-ІІ використовують для очищення води від ІОНІВ Cd (II), Pb (II) Спосіб очищення та результати його проведення представленні в наступних прикладах Приклад 1 В колбу, ємністю 250 см 3 , вміщують 100 см водного розчину нітрату кадмію, що містить іони Cd (II) в концентрації 100 мг/дм3 Додають 1,0 г сорбенту М-ІІ, переміщують протягом 0,25 год на апараті для струшування рідини в лабораторному посуді марки АБУ- 6п Прозорий розчин декантацією ВІДДІЛЯЮТЬ ВІД твердої фази сорбенту М-ІІ Полярографічно визначають концентрацію Cd (II) в очищеному розчині, яка становить 0,020 мг/дм3, ступінь очищення 99,98%, рН очищеної води 7,55 Приклад 2 Методика проведення експерименту аналогічна приведеній в прикладі 1 ВІДМІННІСТЬ у часі контактування сорбент сорбат (іони Cd (II)), який становить 0,1 год Концентрація Cd (II) в очищеній воді - 10,0 мг/дм3, ступінь очищення 90,0%, рН 6,20 Приклад 3 Методика проведення експерименту аналогічна приведеній в прикладі 1 ВІДМІННІСТЬ у часі контактування, який становить 1,0 год Концентрація Cd (II) в очищеній воді - 0,020 мг/дм3, ступінь очищення 99,98%, рН 7,70 Приклад 4 Методика проведення експерименту аналогічна приведеній в прикладі 1 ВІДМІННІСТЬ у КІЛЬКОСТІ введеного сорбенту М-ІІ, яка становить 0,5 г Концентрація Cd (II) в очищеній воді - 5,0 мг/дм3, ступінь очищення 95,0% За методикою експерименту приклада 1 приведені ІНШІ приклади (5-9), які відрізняються концентрацією ІОНІВ Cd (II), Pb (II) у вихідному розчині Результати сорбційного очищення, отриманні в прикладах 1-9 представленні в таблиці Аналізуючи результати експерименту, виявили наступні закономірності Оптимальним часом контактування сорбент-сорбат необхідно вважати 0,25 год , так як збільшення часу контакту до 1,0 год (приклад 3) не впливає на ступінь очищення, тоді як скорочення часу до 0,10 год знижує ступінь очищення до 90,00% (приклад 2) Тому всі ІНШІ експерименти проводили протягом 0,25 год (приклади 4-9) Співвідношення сорбент сорбат варіювали в межах 50-2000 1, співвідношення 50 1 визначає нижню межу очищення (95,00%), тоді як при співвідношеннях 100 1 до 2000 1 ступінь очищення наближається до КІЛЬКІСНОГО (99,99%) Оптимальним слід вважати співвідношення сорбент сорбат 1001, тривалість контактування - 0,25 год (приклади 1,3, 5-7) Очищення до норм ГДК і нижче було досягнуте в прикладах 6 (від Cd (II)) і в прикладах 7-9 (Pb (II)) Як видно із наведених прикладів та аналізу отриманих даних проведення очищення від іонів важких металів Cd (II), Pb (II) на сорбенті М-ІІ у способі, що заявляється, дозволяє забезпечити ефективне очищення в стабільно високих, практично кількісних, межах, за способом прототипу ступінь очищення варіювалась в широких межах від 42,60 до 99,99%. Тривалість очищення скорочена до 0,25 год. (в способі прототипу - 1 год.). Очищенні води вільні від вторинних забруднень гуміновими речовинами, гуматами, що усуває необхідність їхнього доочищення. Поряд з цим вирішуються екологічні проблеми утилізації твердих вугільних відходів виробництва, концентрування іонів токсичних важких металів. Таблиця Очищення водних розчинів від іонів важких металів кадмію (II), свинцю (II) на сорбенті М-ІІ № прик. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Концентрація іонів важких Маса Співвідношення сорТривалість металів у воді, мг/дм3 сорбенбент: сорбат (мас.) очищення, год. Після очищенту, г Вихідна ня Очищення від іонів кадмію (II) 100 0,020 100:1 0,25 1,0 100 10,000 100:1 0,10 1,0 100 0,020 100:1 1,00 1,0 100 5,000 0,5. 50:1 0,25 50 0,010 200:1 1,0 0,25 5 Не знайдено 200:1 0,25 1,0 Очищення від іонів свинцю (II) 100 0,022 1,0 100:1 0,25 0,011 50 200:1 1,0 0,25 5 Не знайдено 2000:1 0,25; 1,0 Літературні джерела, данні заявки: 1. А.с. №1758023, SU, 30.08.92. Бюл.№32. 2. А.с. №1650599, SU, 23.05.91. Бюл.№19. 3. А.с. №1291549, SU, 23.02.87. Бюл №7. використані при склаМКН C02F 1/62. Опубл. МКН C02F 1/24. Опубл. МКН C02F 1/62. Опубл. Комп'ютерна верстка А Крулевский РН очищеної води Ступінь очищення, % 7,55 6,20 7,70 6,50 6,68 6,31 99,98 90,00 99,98 95,00 99,99 100,00 7,50 7,30 6,45 99,98 99,98 100,00 4. Пат. Укр. №32786, МПК C02F 1/62. Опубл. 15.02.2001. Бюл. №1 (Прототип). 5. Пат. RU. №2015951, МКИ C05F 11/2. Опубл. 30.07.91. Бюл. №13.6. Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнений. СанПиН 4630-88. М.-1988. Підписне Тираж 37 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул Урицького, 45, м Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Глазунова, 1, м. К и ї в - 4 2 , 01601