Спосіб очищення стічних вод від барвників
Номер патенту: 78546
Опубліковано: 10.04.2007
Автори: Сова Анатолій Микитович, Гончарук Владислав Володимирович, Маховка Олег Олександрович, Шкавро Зінаіда Миколаівна, Кучерук Дмитро Дмитрович
Формула / Реферат
1. Спосіб очищення стічних вод від барвників, що включає обробку сіллю магнію та відділення шламу, який відрізняється тим, що процес обробки сіллю магнію здійснюють у дві стадії, на першій стадії в воду додатково вводять сульфат заліза (II) при співвідношенні сіль магнію: сіль заліза (II), рівному (4-8):1 мг-екв/дм3, обробку здійснюють при рН середовища 9,5-11,0, з наступним відділенням шламу, на другій стадії - в отриманий декантат послідовно вводять 1,5-2,5 мг-екв/дм3 солі магнію і 1,8-2,8 мг-екв/дм3 кремнекислого натрію, обробку проводять при рН середовища 6,7-9,0 з наступним відділенням шламу і одержують воду, придатну для повторного використання.
2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як сіль магнію використовують хлорид або сульфат, або бікарбонат магнію чи їх суміш.
Текст
Винахід відноситься до області очищення води, промислових і побутових стічни х вод, зокрема, до реагентної обробки, та може бути використаний для очищення стічних вод виробництва барвників, текстильної та паперової промисловості, що містять барвники аніонного і катіонного типу. Відомий спосіб коагуляційного очищення стічних вод текстильних підприємств [А.А. Мамонтова // Химия и технология воды. - 1990. - Т. 12, N 8. - С. 738-740] [1]. Спосіб полягає у наступному. Очи щенню підлягає модельна вода, з концентрацією 25мг/дм 3 аніонних барвників; як коагулянт використовують сульфат заліза (II). В воду, яку очищують, вводять 150мг/дм 3 FeSО4 і рН середовища доводять до 9,3, потім відстоюють воду протягом 180-210хв і відділяють шлам. Ефективність очищення від вказаних барвників становить 93-96 %. Відомий спосіб [1] передбачає очищення води від аніонних барвників, та як показали наші дослідження, ступінь очищення води від катіонних барвників, не перевищує 6%. Таким чином недоліком відомого способу [1] є низький ступінь очищення води від катіонних барвників, котрі містяться в досить великій кількості в стічній воді целюлозно-паперової промисловості, та поряд з аніонними - в стічній воді виробництва барвників. Необхідно також відмітити як недолік способу [1] велику тривалість процесу очищення. Найбільш близьким аналогом до винаходу за те хнічною суттю та результатом, який досягається, є спосіб очищення води від барвників сіллю магнію. (Норре Н., Taglich Н., Winkler F. //Acta hydrochim et phydrobiol. -1979, 7, N2 с. 163-170) [2]. Суть способу полягає в наступному. У воду, що містить один з аніонних барвників (метилоранж або тартразин) або катіонний барвник (метиленовий блакитній), вводять хлорид магнію, перемішують, потім додають гідроксид натрію до досягнення показника рН води 10,5, перемішують і витримують 60хв. для утворення коагулюючої стр уктури гідроксиду магнію і адсорбції барвників. Після відстоювання протягом 3хв. відділяють шлам, що випав в осад. Загальний час процесу становить 90хв. В декантаті визначають концентрацію барвника. Відповідно проведеним нами розрахункам згідно даних, представлених в [2], ступінь очищення від аніонних барвників становить 92-96%., від катіонних 6-10%. Загалом стічна вода, наприклад підприємств виробництва барвників має суміш барвників аніонних та катіонних. Для визначення ефективності відомого способу [2] при очищенні води, що містить суміш аніонних і катіонних барвників, нами була приготована модельна вода з загальною кількістю 60 мг/дм 3 барвників, в тому числі: аніонний - кислотний чорний барвник (15мг/дм 3); і аніонного типу - прямий чорний (15мг/дм 3), дисперсний червоний (15мг/дм 3); та катіонний барвник - метиленовий блакитний (15мг/дм 3). Для визначення концентрації барвників було побудовано калібрувальний графік залежності оптичної густини (Da) від концентрації барвника (С) у воді [М.Е. Меняйлов // Спеціальний фізичний практикум. -К.: -Вища школа. 1971, - С. 232-237] [3]. Оптичну густину Da, що характеризує концентрацію барвника у воді, визначали на приладі ФЕК-56М. В циліндр об'ємом 1 дм 3 наливали приготований модельний розчин, додавали 200мг/дм 3 солі MgCl2, перемішували і додавали розчин NaOH до встановлення показника рН 10,5. Суміш витримували протягом 60хв. і відстоювали 30хв., потім осад відділяли. Визначали оптичну густин у очищеного модельного розчину і по калібрувальному графіку визначали концентрацію барвника. Концентрація барвників в очищеній воді становила 14,2 мг/дм 3. Ступінь очищення води від барвників визначали за формулою: Ст.б..=(См.р...-Со.р../См.р..)х100%. де: См.р.. - концентрація барвників у модельному розчині, мг/дм 3; Со.р. - концентрація барвників у очищеній воді, мг/дм 3; Стб =(60-14,2/60)х100%.=76%. Таким чином, основним недоліком відомого способу [2] є невисокий ступінь очищення води, що містить як аніонні, так і катіонні барвники, в основному зумовлений малою ефективністю очищення від катіонних барвників. Крім того, відомий спосіб [2] характеризується досить тривалим процесом очищення. В основу винаходу поставлена задача вдосконалити спосіб очищення стічної води, що містить барвники, шляхом постадійної обробки води сіллю магнію з використанням додаткових реагентів як на першій, так і на другій стадії, що при заявлених параметрах проведення процесу очищення забезпечувало б високу ефективність очищення (на рівні 96-99%) від суміші аніонних і катіонних барвників, а також скорочення тривалості процесу очищення. Для вирішення поставленої задачі запропоновано спосіб очищення стічної води від барвників, що включає обробку сіллю магнію і відділення шламу, в якому, згідно з винаходом, процес обробки сіллю магнію здійснюють в дві стадії, на першій стадії в воду додатково вводять сульфат заліза (II) при співвідношенні сіль магнію: сіль заліза (II) рівному (4-8):1 мг-екв/дм 3, обробку здійснюють при рН середовища 9,5-11,0 з наступним відділенням шламу, на другій стадії - в отриманий декантат послідовно вводять 1,5-2,5мг-екв/дм 3 солі магнію і 1,8-2,8 мгекв/дм 3 кремнекислого натрію, обробку проводять при рН середовища 6,7-9,0, з наступним відділенням шламу, а очищену воду використовують повторно на виробництві. Як сіль магнію використовують хлорид або сульфат або бікарбонат магнію або їх суміш. В запропонованій двостадійній обробці води, що містить суміш аніонних і катіонних барвників, сіллю магнію в поєднанні з різними реагентами забезпечуються умови для утворення на першій стадії коагулянту з позитивним зарядом поверхні коагулюючих пластівців, модифікованих іонами заліза, а на другій стадії - з негативним зарядом поверхні силікатів магнію, що в сукупності суттєво підвищує ступінь адсорбції барвників, як аніонних так і катіонних. Модифікація пластівців гідроксиду магнію іонами заліза також забезпечує, як ми вважаємо, підвищення гідрофобності коагулюючи х агрегатів, що призводить до інтенсифікації процесу їх седиментації. Інтенсифікація процесу седиментації коагулюючих пластівців досягається і завдяки значному скороченню терміну агрегації силікатів магнію. Спосіб реалізується наступним чином. На дистильованій воді готують модельний розчин, що містить суміш аніонних (18-45мг/дм 3) і катіонних барвників (6-15мг/дм 3). Як аніонні барвники використовують кислотний чорний, прямий чорний, дисперсний червоний, а катіонний - метиленовий блакитний. На першій стадії в отриманий модельний розчин вводять при перемішуванні сіль магнію і сульфат заліза (II) в кількості, що забезпечує співвідношення сіль магнію : сульфат заліза відповідно (4-8):1мг-екв/дм 3. Як сіль магнію використовують хлорид, сульфат, бікарбонат магнію або суміш цих солей. Потім доводять рН середовища до (9,5-11), використовуючи NaOH або Са(ОН)2, перемішують 0,5-1хв., і відстоюють 20-25хв. з наступним відділенням осаду. На другій стадії в отриманий декантат вводять сіль магнію (1,5-2,5) мг-екв/дм 3 і при перемішуванні протягом 2-3хв. вводять кремнекислий натрій (1,8-2,8) мг-екв/дм 3. Потім доводять рН середовища до 6,7-9,0, додаючи кислоту, наприклад H2SО4, і відстоюють (20-30хв.) з наступним відділенням шламу. Очищена вода характеризується ступенем очищення на рівні 96-99%. В результаті інтенсифікації процесу седиментації шламу на кожній стадії забезпечується скорочення загального часу процесу очищення до 40-60хв. Очищена вода може бути використана повторно в виробництві, наприклад, барвників, а також може бути направлена на спуск в загальносплавну каналізацію або в природні водойми без нанесення шкоди навколишньому середовищу. Характеристика використаних речовин. - Технічна класифікація барвників (кислотного чорного, прямого чорного, дисперсного червоного) - В.Ф. Бродкин // Химия красителей. -М: Химия, 1981. -247 с. - Ме тиленовий блакитний - ТУ-6-09-20-44-77. - MgCl2.7H2O- ГОСТ 4209-77. - MgSO 4.7H2O - ГОСТ 4523-77. - FeSO4.7H2 O - ГОСТ 4148-78. - Са(ОН)2 - ГОСТ 8677-76. Приклад реалізації за винаходом. Готують модельний розчин з аніонними барвниками (кислотним чорним, прямим чорним, дисперсним червоним), і катіонним - метиленовим блакитним, концентрація котрих становила 60мг/дм 3 (відповідно по 15мг/дм 3 кожного). Приготований розчин об'ємом 1 дм 3 заливали в колонку з конічним дном, оснащеним гумовим шлангом з затискачем (кохінор). В модельний розчин вводили 2 мг-екв/дм 3 безводної солі магнію (95мг) і 0,25 мгекв/дм 3 безводної солі заліза (19мг), що відповідає співвідношенню вказаних солей 8:1 мг-екв/дм 3. Перемішували механічною мішалкою протягом 0,5хв. Потім, продовжуючи перемішувати, додавали гідроксид натрію до досягнення рН середовища - 10,0, і відстоювали протягом 20хв. Після відстоювання осад відділяли, відкривши шланг. В декантат, що лишився в колонці, додавали 2мг-екв/дм 3 безводного хлориду магнію (95мг), і, перемішуючи модельний розчин протягом 0,5хв, додавали кремнекислий натрій в кількості 2,2мг-екв/дм 3 (215мг). Потім сірчаною кислотою коригували рН середовища до досягнення показника 9,0 і продовжували перемішувати ще 3хв. Після відстоювання протягом 20хв шлам відділяли і визначали оптичну густину очищеного модельного розчину і відповідну їй концентрацію барвників по калібрувальному графіку. Концентрація барвників в очищеній воді становила 0,6мг/дм 3. Ступінь очищення води від барвників визначали за формулою: Ст.б =(См,р.-Со.р/См.р.)х100%, де: См.р. - концентрація барвників у модельному розчині, мг/дм 3; Со..р. - концентрація барвників у очищеній воді, мг/дм 3; Стб.=(60-0,6/60)х100%. =99%. При цьому загальна тривалість процесу становила 45хв. (табл., приклад 10). Аналогічно прикладу виконання за винаходом були проведені експерименти по очищенню стічної води при різних параметрах процесу очищення, котрі характеризуються, як в заявляємих діапазонах: на першій стадії співвідношенням сіль магнію : сіль заліза (4-8):1 мг-екв/дм 3 і рН середовища 9,5-11,0, а на другій стадії кількістю солі магнію 1,5-2,5 мг-екв/дм 3 і кремнекислого натрію 1,8-2,8 мг-екв/дм 3 та рН в інтервалі 6,7-9,0, так і при значеннях поза заявленими межами. Дані представлено в табл. (приклади 1-28). Спосіб, що пропонується, постадійної обробки води солями магнію в сукупності з заявляємими реагентами на кожній стадії при дотриманні заявляємих параметрів проведення процесів (співвідношення реагентів, кількість останніх, рН середовища) забезпечує високу ефективність очищення води від суміші барвників, що характеризується високим ступенем очищення на рівні 96-99% при досить не тривалому часі очищення 40-60хв. (табл., приклади 1-18). При позамежному зниженні співвідношення сіль магнію : сіль заліза в мг-екв/дм 3, наприклад, 9:1, тобто при зниженому вмісті солі заліза в розчині, відбувається зниження ступеню адсорбції барвників на першій стадії і збільшення часу, необхідного для седиментації осаду, який утворився, що призводить до збільшення тривалості процесу очищення до 90хв при зниженні ступеню очищення до 85% (табл., приклад 19). При позамежному збільшенні співвідношення сіль магнію : сіль заліза в мг-екв/дм 3, наприклад, 3,2:1, тобто при підвищеному вмісті солі магнію в розчині, не відбувається підвищення ступеню очищення (99%) і зниження тривалості процесу (45хв). Таким чином позамежне збільшення заявленого співвідношення є економічно недоцільним (табл., приклад 20). Здійснення процесу на першій стадії при рН нижче заявляємої межі наприклад 9,2, не забезпечує повноти процесу утворення нерозчинних коагулюючи х комплексів гідроксиду магнію, що знижує адсорбцію барвників, і ступінь очищення становить 83%, а процес седиментації уповільнюється і становить 90хв (табл., приклад 21). При рН вище заявленої межі наприклад, 11,3 (на першій стадії), ступінь очисщення води від барвників практично не знижується, але збільшується тривалість седиментації шламу, оскільки при таких рН, як ми вважаємо, порушується процес модифікації гідроксиду магнію іонами заліза, і останні переходять у розчин, питома вага не модифікованого іонами заліза гідроксиду магнію зменшується, чим і пояснюється зниження швидкості седиментації, шламу, що утворився. Час процесу очищення зростає до 70хв. (табл., приклад 22). При позамежному збільшенні солі магнію на другій стадії, наприклад, 2,8 мг-екв/дм 3, тобто в умовах недостатньої кількості кремнекислого натрію, не досягається повнота утворення силікатів магнію, що, в свою чергу, призводить до зниження ступеню очищення від барвників до 80% (табл., приклад 23). Зниження кількості солі магнію нижче заявляємо! межі на другій стадії, наприклад, 1,2 мг-екв/дм 3, є недостатнім для повноти адсорбції барвників, що призводить до зниження ступеню очищення до 82% і збільшення часу процесу до 75хв (табл., приклад 24). При збільшенні кількості кремнекислого натрію (вище заявляемої межі), наприклад, 3,1 мг-екв/дм 3, тобто в умовах його надлишку, зберігається високий ступінь очищення, тривалість процесу не збільшується, таким чином це є економічно недоцільним (табл., приклад 25). При зниженні кількості кремнекислого натрію нижче межі, що заявляється наприклад, 1,5 мг-екв/дм 3, не забезпечується повнота утворення силікатів магнію, і відповідно знижується адсорбція барвників, що призводить до зниження ступеню очищення води до 79% (табл., приклад 26). Суттєвим моментом проведення процесу очищення на другій стадії є заявлений інтервал рН. Проведення процесу поза межами інтервалу значень рН середовища, як вище заявлених так і нижче, призводить до переходу силікатів магнію із твердої фази в розчинну, що з умовлює десорбцію барвника і зниження ступеню очищення до 78%. Швидкість і повнота седиментації шламу також знижуються, і загальний час процесу становить 90хв. (табл., приклади 27, 28 відповідно). Переваги запропонованого способу очищення стічних вод від барвників, в порівнянні з відомим, полягають у підвищенні ступеню очищення суміші аніонних і катіонних барвників з 76% до 96-99%, Таблиця Показники процесу очищення І стадія ІІ стадія ступінь Тривалість очищення, процесу, Найменування солі Співвідн pH Кількість Кількість солі pH % хв. ошення середови солі кремнекислого середовища № п/п солей ща магнію, натрію, мгмагнію, і мгекв/дм 3 3 заліза, екв/дм мгекв/дм 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 за винаходом 1 MgC2 8:1 10,0 1,5 1,8 8,0 96,0 50 2 MgCl2 5:1 10,0 2,0 2,2 8,0 99,0 45 3 MgC2 4:1 10,0 2,5 2,8 8.0 99,0 45 4 MgCl2 5:1 9,5 2,0 2,2 8,0 99,0 45 5 MgCl2 5:1 11,0 2,0 2,2 8,0 99,0 45 6 MgCl2 5:1 10,0 1,5 1,8 6,7 97,0 50 7 MgCl2 5:1 10,0 2,0 2,2 9,0 98,0 60 8 MgCl2 5:1 10,0 2,5 2,8 8,0 99,0 40 9 MgCl2 4:1 10,0 1,5 1,8 8,0 99,0 45 10 MgCl2 8:1 10,0 2,0 2,2 9,0 99,0 45 11 MgSО4 8:1 10,0 2,0 2,2 8,0 98,0 50 12 MgSО4 4:1 11,0 2,5 2,8 9,0 99,0 40 13 Mg(HCО3)2 8:1 9,5 1,5 1.8 6,7 97,0 60 14 Mg(HCО3)2 8:1 10,0 1,5 2,2 9,0 99,0 40 15 MgCl2+Mg(HCО3) 2+MgSО4 4:1 10,0 2,5 2,8 8,0 99,0 40 16(1ж) MgCl2 8:1 10,0 1,5 1,8 8,0 99,0 45 17(11ж) MgSО4 8:1 10,0 2,0 2,2 8,0 99,0 45 18(13ж) Mg(HCО3)2 8:1 9,5 1,5 1.8 6,7 99,0 45 позамежні значення 19 MgCl2 9:1 10,0 1,5 1,8 8,0 85 90 20 MgCl2 3,2:1 10,0 2,0 2,5 8,0 99,0 45 21 MgCl2 5:1 9,2 2,0 2,2 6,5 83,0 90 22 MgCl2 5:1 11,3 2,0 2,2 8,0 99,0 70 23 MgCl2 5:1 10,0 2,8 2,8 8,0 80,0 60 24 MgCl2 5:1 10,0 1,2 1,8 8,0 82,0 75 25 MgCl2 5:1 10,0 2,5 3,1 8.0 98,0 50 26 MgCl2 5:1 10,0 1,5 1,5 8,0 79,0 50 27 MgCl2 5:1 10,0 2,0 2,2 9,4 78,0 90 28 MgCl2 .5:1 10,0 2,0 2,2 6,3 78,0 90 по способу [2] 29 MgCl2 4,0:0,0 10,5 0,0 0,0 10,5 76 90 1ж, 11ж, 13ж - приклади з використанням Са(ОН)2 на першій стадії тобто на 20-23%, при одночасному скороченні тривалості процесу очищення з 90 до 40-60хв, тобто в 1,5-2,2 рази. Умови обробки стічної води Глибоке очищення стічних вод дозволяє не тільки використовувати воду повторно на виробництві, наприклад, барвників, але й спускати її в загальносплавну каналізацію, не спричиняючи негативного впливу на роботу аеротенків, а також в природні водойми без нанесення екологічної шкоди, що не досягається відомими способами.
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюMethod for purification of waste from dye-stuffs
Автори англійськоюHoncharuk Vladyslav Volodymyrovych, Kucheruk Dmytro Dmytrovych, Sova Anatolii Mykytovych
Назва патенту російськоюСпособ очистки сточных вод от красителей
Автори російськоюГончарук Владислав Владимирович, Кучерук Дмитрий Дмитриевич, Сова Анатолий Никитович
МПК / Мітки
МПК: C02F 101/30, C02F 9/00, C02F 9/04, C02F 1/52
Мітки: очищення, стічних, барвників, спосіб, вод
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/4-78546-sposib-ochishhennya-stichnikh-vod-vid-barvnikiv.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб очищення стічних вод від барвників</a>
Попередній патент: Спосіб з’єднання деревних матеріалів
Наступний патент: Світлозахисна композиція для шкіри, призначена для орального приймання
Випадковий патент: Змішуючі бігуни