Спосіб обробки водних систем

Спосіб обробки водних систем, що включає внесення у водну систему глинистих мінералів або їх сумішей, який відрізняється тим, що глинистий мінерал вносять разом з хлоридами, сульфатами ІІ-х або ІІІ-х валентних металів у співвідношенні 1,0-95,0% мас по відношенню до маси глинистого мінералу, а процес проводять в інтервалі рН=6-12 властивості відомого сорбенту із водних розчинів, що містять органічні сполуки Для оцінки сорбційної ємності, однією із стандарних речовин, що часто використовуються в практиці, є толуол [Zdrazil М , Scott К F The determination of surface polarity of Bi - Mo oxidation catalysts by gas chromatography "Chromatographia", 10980, 13,N2,p85-92][2] Згідно наших даних, максимальна адсорбційна ємність даного сорбенту за толуолом складає 42,77мг/г Сорбційну ємність визначають на приладі "Газовий аналізатор" фірми Hewlett Packard з полум'яним іонізатором, із насичених толуолом (2г/л) водних розчинів Таким чином , основним недоліком сорбенту [1], є його достатньо низька сорбційна ємність по органічним речовинам Відомий також сорбент на основі монтморилоніту [ Stephen A Boyd et al //Clay and Clay Minerals -1997 - 45, N5, - p 659-669 ] [3] Даний сорбент містить глинистий мінерал - монтморилоніт в Саформі з обмінною ємністю 0,9моль/кг і модифікатор - триметілфеніламоній бромид у КІЛЬКОСТІ 0,17 - 1,00моль/кг обмінної ємності, що згідно наших розрахунків, складає 0,3 - 1,8мас % Склад сорбенту, мас % монтморилоніт 98,2 - 99,7 триметілфеніламоній 0,3-1,8 Готують сорбент слідуючим способом в дистильованій воді розчиняють триметілфеніламоній бромид (бромид ТМФА) Суспензії глини, які містять 25г Са-глини оброблюють добавками різних кількостей розчину бромиду ТМФА до утворення модифікованих Са-ТМФА глин Суміші струшують в магнітній мешалці на протязі 1 4 - 1 6 годин при кімнатній температурі Потім глини відмивають О ю 57404 дистильованою водою до негативної реакції на бромид-юн (АдІЧОз) Оптимальна сорбційна ємність за толуолом досягається при ВМІСТІ в сорбенті 1,1 мас % ТМФА і складає 55,30мг/г Як слідує із наведених даних, основним недоліком сорбенту [3], є недостатньо висока сорбційна ємність за органічними речовинами Необхідно також ВІДМІТИТИ недостатньо високу агрегативну СТІЙКІСТЬ, що призводить до агрегації та флокуляції сорбенту при його внесенні в воду, яка очищується Це знижує ефективність сорбційного процесу та ускладнює його використання в процесі очищення води Крім того, приготування сорбенту вимагає досить тривалого часу (14 - 16 годин за рахунок тривалості процесу модифікування), а також треба ВІДМІТИТИ ТОКСИЧНІСТЬ модифікатора, що використовується для приготування сорбенту Відомий також спосіб обробки напоїв за А с СРСР № 168431 1991 [4] Недоліком цього способу є недостатня ефективність при очищенні водних систем, в яких містяться катіони заліза, цинку, свинцю, кадмію Спосіб дає можливість зменшити, або повністю видалити тільки катіони МІДІ Найбільш близьким до винаходу за технічною суттю та ефекту, що досягається, є спосіб очистки забруднених водних систем, який передбачає внесення в водну систему глинистих мінералів, активованих лужним реагентом (Патент РФ 2125599 6С12Н 1/02, C02F1/28 1999) [5] Спосіб відрізняється тим, що за реагент - модифікатор використовують ПОХІДНІ лужного гідролізу гліцеридів у КІЛЬКОСТІ 0,5 - 12,0% по відношенню до маси глинистого мінералу, а лужний реагент для проведення гідролізу в КІЛЬКОСТІ 0,5 - 5,0% від маси глинистого мінералу Гліцериди подані похідними три-, ді -моногліцеридів, жирними кислотами, гліцерином За лужний реагент використовують їдкий натр або їдкий калій, карбонати натрію чи калію Спосіб реалізують таким чином одночасно змішують порошкоподібний глинистий мінерал з сухим лужним реагентом, наприклад, їдким натром, їдким калієм чи карбонатами натрію або калію та гліцеридами до одержання однорідної маси На основі цієї суміші готується водна суспензія Приготовлена таким чином суспензія дозується в рідини, що оброблюються (вино, соки, напої, природні та СТІЧНІ води) в КІЛЬКОСТІ, яка встановлюється методом пробної коагуляції (оклейки) Як слідує із наведених даних (Табл 1), основним недоліком способу, є недостатньо висока сорбційна ємність сорбенту -активованого глинистого мінералу [2] по катіонах металів, це приводить до того, що ефективність способу має місце лише в разі невисокої концентрації катіонів, до 10мг/л В реальних умовах очистки промислових стоків це призводить до необхідності розбавляти забруднену воду Крім того, при наявності підвищеного вмісту катіонів хрому в стоках, ефективність способу дуже низька Недоліком є також низька сорбційна ємність активованого глинистого мінералу похідними лужного гідролізу гліцеридів по відношенню до розчинених у воді нафтопродуктів, яка складає 20 - 30мг/г адсорбенту у ВІДПОВІДНОСТІ з даними патенту В основу винаходу поставлено завдання розробити склад сорбенту для очистки води, в якому використання глинистого мінералу або суміші глинистих мінералів мало забезпечити досягнення технічного результату, а саме високу сорбційну ємність по відношенню до катіонів металу, розчинних нафтопродуктів, високу ступінь очищення забруднених вод по механізму коагуляції з подальшою седиментацією глинистого мінералу та колоідно-дисперсних частинок, що забруднюють воду Для вирішення поставленого завдання запропоновано спосіб для очистки води, що вміщує глинистий мінерал або суміш глинистих мінералів, в якому, згідно із винаходом, останні вносять разом з хлоридами, сульфатами двох- чи трьох валентного металу в КІЛЬКОСТІ 1,0 - 95,0% (пераховуючи на суху речовину) по відношенню до маси глинистого мінералу, а процес проводять в інтервалі рН = 6-12 Нами встановлено, що введення в систему на основі глинистого мінералу інших глинистих мінералів та неорганічних солей, а саме хлоридів П-х або Ш-х валентного металу, або сульфатів цих же металів, приводить до утворення системи "глинистий мінерал - неорганічна сіль", яка характеризується, як ми припускаємо, високою питомою поверхнею, и активністю і здатністю до швидкої коагуляций Наявність запропонованого способу надає реагенту властивостей комплексної дм, а саме адсорбує катіони важких металів, розчинні у воді нафтопродукти, видаляє при коагуляції колоідно-дисперсні забруднення технологічних вод Таким чином, сукупність суттєвих ознак способу, що пропонується, є необхідною для досягнення технічного результату, який забезпечується винаходом - високою сорбційною ємністю реагенту по відношенню до катіонів металів, високими адсорбційними властивостями по відношенню до розчинних нафтопродуктів ( біля 120мг/г), високою ефективністю очищення води від забруднень різної природи Для отримання реагенту, як глинистий мінерал використовують природній мінерал - монтморилоніт, палигорскіт, гідрослюда (Дашуківське родовище,Україна), каолін (Просянівське родовище,Україна) Як неорганічні солі він містить ZnCb, FeSO4, FeCb, AbfSC^b Реагент готують шляхом диспергування глинистого мінералу з солями неорганічних кислот або сумішшю глинистих мінералів Для отримання запропонованого реагента використовують солі ZnC2- ГОСТ 4529-78, FeSO4 • 7Н2О - ГОСТ 9485-74, FeCI3-6H2O - ГОСТ 4147-74, Al2(SO4)3-18H2O - ГОСТ 3758-75 Оцінку повноти змішування глинистого мінералу або їх сумішей і відповідної солі металу оцінювали по ефективності їх очистки забрудненої води Наявність катіонів та їх КІЛЬКІСТЬ у водних системах визначалась на атомно-адсорбційному спектрофотометрі С-115 КІЛЬКІСТЬ розчинних у воді нафтопродуктів - на приладі "Газовий аналізатор" фірми Hewlett Packard з полум'яним іонізатором Приклад 1 В водну систему, що оброблюється (лужньокислотні, гальваничні стоки, стоки Бортницької станції аерації м Києва, які пройшли механічну 57404 очистку на ґратах та пісколовках), додавали 20% суспензію палигорскіту активованого K2S (8,5мг солі на 1г мінералу) із розрахунку Зг мінералу на 1л Систему перемішували на протязі 20 хвилин і потім витрримували в стані спокою 24 години, після чого центрифугували Приклад 2 В порошкоподібний глинистий мінерал додавали лужний реагент і гліцерид Суміш перемішували До 500мл неочищених стоків додавали підготовлену суміш в КІЛЬКОСТІ 80мг/л, перемішували на протязі 20 хвилин та центрифугували Приклад З Глинистий мінерал або їх суміш разом із - хлоридом, сульфатом П-х, Ш-х валентного металу, перемішують або дезінтегрують на протязі 15 хвилин Розрахунок ведуть по відношенню до маси глинистого мінералу До 1 літру водної системи, яка підлягає очищенню, додають 200мг суміші, що одержали, перемішують на протязі 1 5 - 2 0 хвилин Через 1 - 2 години, після повної седиментації процес очистки вважається закінченим В таблиці приведені результати способів очистки води ( аналогу п 1, прототипу п 2, способу, що заявляється пп 3 1 - 3 20) В запропонованих варіантах очистки технологічної води мають місце різні співвідношення глинистого мінералу або їх сумішей разом з солями неорганічних кислот Показано вплив їх КІЛЬКОСТІ на ефективність процесу очистки забруднених вод неорганічними катіонами, розчинними нафтопродуктами та процес седиментації Як слідує із даних таблиці, граничні показники КІЛЬКОСТІ реагентів визначаються повнотою очистки і часом коагуляції (седиментації) твердих частинок ,освітлення системи КІЛЬКІСТЬ неорганічної солі 1% по відношенню до глинистого мінералу визначається часом седиментації, який складає 3 3,5 години (приклад 3 1, 3,8, 3 12) Зменшення її КІЛЬКОСТІ до 0,5% приводить до того, що глинистий мінерал разом з іншими домішками випадає в осад на протязі 1 4 - 2 0 годин (приклад 3 13, 3 17) Збільшення КІЛЬКОСТІ хлоридів, сульфатів 2-х - 3-х валентних металів до 95,0% по відношенню до глинистого мінералу є доцільним, у випадках, коли має місце дуже велика концентрація забруднень (понад 1000мг/л), що дуже часто спостерігається в реальних умовах виробництв При КІЛЬКОСТІ неорганічної солі більше 95,0%, об'єм осаду, що випадає в процесі очистки, починає збільшуватися в геометричній прогресії Оптимальна КІЛЬКІСТЬ хлоридів, сульфатів 2-х - 3-х валентного металу по відношенню до глинистого мінералу або його сумішей знаходиться в межах 1,0 - 95,0% Глинистий мінерал, або його суміші, що вноситься з вказаною КІЛЬКІСТЮ солей заліза, цинку, алюмінію дозволяє повністю очистити води від бруду до необхідного рівня, як за вмістом в них катіонів важких металів, так і за вмістом нафтопродуктів (приклади 3 2 З 7, 3 10 - 3 16, 3 18 - 3 26) Такий широкий інтервал щодо КІЛЬКОСТІ солей неорганічних кислот, дозволяє очищувати води з високим вмістом в них (500мг/л та вище) неорганічних катіонів, колоїдно дисперсних забруднень (понад 500мг/л) та розчинних нафтопродуктів (до 1000мг/л) При порівнянні даних по очистці (в таблиці) щодо ефективності способу, що заявляється, з даними по аналогу та прототипу можна ВІДМІТИТИ, що ВІДОМІ способи не дозволяють досягти ступеня очистки аналогічної способу, що заявляється Проведені широкі випробування способу, що заявляється, на станції нейтралізації АНТК "Антонов" м Київ дозволили відпрацювати технологічні режими використання способу, що заявляється, для очищення технологічних вод з різним характером забруднень кислотно - лужні, гальваничні стоки, ливневі стоки Це надає можливість цілеспрямовано варіювати природою та КІЛЬКІСТЮ реагента в межах вказаних у формулі винаходу Література 1 Бондаренко С В та ш // Укр хім журн 1996-63, №1 - С 18-21 2 Zdrazil M , Scott K F The determination of surface polarity of Bi-Mo oxidation catalysts by gas chromatography "Chromatographia", 10980,13, N2, p 85-92 3 Stephen A Boyd et al //Clay and Clay Minerals -1997 -45, N5, - p 659-669 4 A c CPCP№ 168431 1991 5 Патент РФ 2125599 6C12H 1/02, C02F 1/28 1999 Таблиця Результати очистки гальвано-, кислотно-лужних та ливневих стоків КІЛЬКІСТЬ СОЛІ, % № п/п Мінерал 1 2 1 2 3 31 32 33 34 бентоніт пал и горе кіт 35 FeCI3 AI2(SO4)3 FeSO4 ZnCI2 6Н2О 18Н2О 7Н2О Zn 3 бентоніт 1 бентоніт ЗО бентоніт 50 бентоніт + 50 каолін (1 1) бентоніт 4 5 Аналог Прототип 6 7 Метали, мг/л Fe 8 Си 9 Cr 10 Змулені Час осіданНафтопродукти, речовини, ня, год мг/л мг/л 11 6,20 25,40 0,80 25,40 24 0,5 2,1 0,4 18,4 центрифуга Що заявляється 0,30 0,23 0,30 2,40 4,5 0,05 0,18 0,02 1,60 2,0 0,01 0,10 0,01 0,90 1,5 12 13 28,00 12,80 2,9 0,2 6,0 3,8 2,0 10,00 1,00 0,05 0,01 0,10 0,01 0,70 10 1,0 1,5 0,05 0,02 0,08 0,09 0,42 1,5 2,0 0,03 57404 Продовження таблиці 1 36 37 38 39 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 3 3 3 3 3 3 3 20 21 22 23 24 25 26 2 3 4 5 бентоніт+ пал и горе кіт 10 (1 1) бентоніт 1 бентоніт бентоніт* гідрослюда (1 1) бентоніт 20 бентоніт + 20 каолін (1 1) бентоніт 50 бентоніт 95 бентоніт 50 гідрослюда 20 гідрослюда* 20 каолш(1 1) бентоніт пал и горе кіт ЗО пал и горе кіт + каоліь ЗО (1 1) каолін ЗО каолін ЗО гідрослюда 0,5 гідрослюда ЗО каолін бентоніт 60 гідрослюда ЗО НЕОЧИЩЕНА СТІЧНА ВОДА Комп'ютерна верстка С Волобуєва 6 7 8 9 10 11 12 13 0,02 0,08 0,09 0,42 1,5 1,0 0,01 20 0,01 0,02 0,40