Спосіб очищення води від органічних забруднень

Спосіб очищення води від органічних забруднень, що включає фільтрування води через щільний шар активованого вугілля, який відрізняється тим, що попередньо воду фільтрують через щільний шар окисленого активованого вугілля і фільтрування у останньому здійснюють у присутності пероксиду водню при масовому співвідношенні пероксиду водню і води, . 5 що очищається, 1:(1,5-2,0) 10 відповідно, причому використовують активоване і окислене вугілля з іммобілізованими мікроорганізмами. UA (21) a201006191 (22) 21.05.2010 (24) 25.10.2011 (46) 25.10.2011, Бюл.№ 20, 2011 р. (72) ПОЛЯКОВА ТЕТЯНА ВАСИЛІВНА, МЄШКОВА-КЛИМЕНКО НАТАЛІЯ АРКАДІЇВНА, САВЧИНА ЛЮДМИЛА АНДРІЇВНА, ГРЕЧАНИК СЕРГІЙ ВІКЕНТІЙОВИЧ (73) ІНСТИТУТ КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ ТА ХІМІЇ ВОДИ ІМ. А.В.ДУМАНСЬКОГО НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ (56) Coelho C., Oliveira A.S., Pereira M.F.R., Nunes O.C., "The influence of activated carbon surface properties on the adsorption of the herbicide molinate and the bio-regeneration of the adsorbent", Journal of Hazardous Materials, v.138 (2) p.343–349, 2006. UA 82627 C2 25.04.2008 RU 2051126 C1 27.12.1995 SU 722852 28.03.1980 UA 52160 A 16.12.2002 US 3779909 A 18.12.1973 EP 0438073 A1 24.07.1991 Пушников М.Ю., Очистка природных вод биосорбционным методом, 05.02.04 Водоснабжения канализация, строительные C2 2 (19) 1 3 И.А.Нечаев, В.И.Миркис. -Глубокая очистка природных и сточных вод на биосорберах. Водоснабжение и санитарная техника. - Москва. Стройиздат.-1995, № 11. - С. 6-11] [2]. Суть способу полягає в сполученні біологічних і адсорбційних стадій у єдиний біо-фізико-хімічний процес, тобто процеси адсорбції і біологічного руйнування відбуваються одночасно при очищенні води від розчинених органічних речовин. Біосорбційний процес реалізований у вертикальному апараті, що містить два шари активованого вугілля з іммобілізованими мікроорганізмами. При цьому нижній являє собою псевдозріджений шар активованого вугілля, а верхній - щільний шар активованого вугілля. Через реактор фільтрували водний розчин, що містить органічні сполуки: фенол, суміш ПАР (С12) і суміш нафтопродуктів (С-16), дихлорфенол, симазин, нафтален, біфеніл, карбофос, бензапірен і ліндан. Концентрації наведених 3 речовин складали 2-14 мг O/дм , виражених в одиницях окиснюваності ХСК (хімічне споживання кисню). Воду фільтрували спочатку через псевдозріджений шар активованого вугілля, а потім через щільний шар АВ. Тривалість очистки становила 2000 годин. Показано, що в двошаровому біосорбері в довготривалому експерименті ефективність очищення від використаних речовин досягала 75-85 %. Основним недоліком відомого способу [2] є невисока ефективність видалення з водних розчинів речовин з різною сорбційною здатністю та різною біохімічною окиснюваністю мікроорганізмами та недостатньо високий ресурс роботи фільтруючого матеріалу. В основу винаходу поставлена задача розробити спосіб очистки води від розчинених органічних речовин на активованому вугіллі (АВ), у якому використання як нижнього шару - шару вугілля іншої хімічної природи з каталітичним окисленням на останньому органічних забруднень та здійснення процесів біохімічного окислення у двох шарах АВ дозволить підвищити ефективність очищення води від розчинених органічних речовин різної хімічної природи з поверхневих джерел водопостачання та підвищити ресурс роботи адсорбенту. Для вирішення поставленої задачі запропонований спосіб очищення води від органічних забруднень, що включає фільтрування води через щільний шар активованого вугілля, у якому, згідно з винаходом, попередньо воду фільтрують через щільний шар окисленого активованого вугілля і фільтрування у останньому здійснюють у присутності пероксиду водню при масовому співвідношенні пероксиду водню і води, . 5 що очищається, 1:(1,5-2,0) 10 , відповідно, причому використовують активоване і окислене вугілля з іммобілізованими мікроорганізмами. Запропонована послідовність процесів фільтрування води, що очищається, а саме: фільтрування через окислене активоване вугілля і через неокислене АВ, які містять іммобілізовані мікроорганізми, при заявленому співвідношенні пероксид водню: вода у шарі окисленого вугілля 96372 4 забезпечить очищення води від органічних речовин з ефективністю 97-99 %. Цей результат досягається підтриманням життєдіяльності іммобілізованих мікроорганізмів, які колонізують вугілля із води, що очищається, при підвищеній концентрації кисню в системі "окислене АВ - вода" за рахунок вводу пероксиду водню до шару окисленого вугілля, що сприяє ефективній деструкції органічних речовин (як ми вважаємо, утворенню біологічно доступного органічного вуглецю (БДОВ)) в біоплівці на активованому вугіллі. Запропонований спосіб очищення води реалізується на установці, принципова схема якої представлена на кресленні. Установка складається з ємності (1) для модельного водного розчину органічних сполук; ємності (2) - для розчину пероксиду водню, насоса-дозатора (3), ресивера (4), колонки (5), заповненої окисленим активованим вугіллям, і колонки (6), заповненої активованим вугіллям КАВ (кісточкове активоване вугілля - ДСТУ 2335-93). Окислене вугілля отримували за методикою [Coelho С., Oliveira A.S., Pereira M.F.R., Nunes O.C. // J.Hazardous Materials B.-2006. - V.I38. - P.343349] [3] з активованого вугілля КАВ. Спосіб реалізується таким чином. З ємності (1) водний розчин органічних речовин, наприклад, розчин суміші фульвокислот, надходить до ресивера (4), де змішується з розчином пероксиду водню, приготованому в ємності (2), який дозують у ресивер (4) за допомогою насоса-дозатора (3). Одержану суміш з масовим співвідношенням пероксид водню: вода . 5 1:(1,5-2,0) 10 фільтрують Послідовно через колонку (5), заповнену окисленим АВ та колонку (6), заповнену активованим вугіллям КАВ. Очищення води здійснюють протягом 14 тис. годин. У процесі очищення проби води відбирають на аналіз після колонки (6) кожні 24 години. Аналіз суміші використаних органічних речовин проводять за вмістом загального органічного вуглецю (ЗОВ) з використанням методу каталітичного спалювання при 800 °C на приладі Shimadzu TOC-V CSN. Ступінь очищення води (ефективність очистки), вираховують за формулою: Еo = (Co - Ск)/ Co x100 %, де Eо - ступінь очищення води, %; Co - вихідна концентрація розчину органічних 3 речовин, мг ЗОВ/дм ; Ск - кінцева концентрація розчину органічних 3 речовин, мг ЗОВ/дм ; При цьому досягається ступінь очищення 9799 %. Приклади виконання за винаходом. Приклад 1. Попередньо готують розчин із суміші фульвокислот загальної концентрації 15 мг 3 ЗОВ/дм , який подають до ємності (1). Ємність (2), заповнюють розчином пероксиду водню (Н2О2) з 3 концентрацією 10 г/дм . Розчин фульвокислот з ємності (1) подають до ресивера (4) з об'ємною 3 швидкістю 10 см /хв., куди з ємності (2) насосомдозатором (3) дозують пероксид водню у кількості, що забезпечує співвідношення пероксиду водню 5 . 96372 5 до води (1:2) 10 . Отриману суміш фільтрують зі швидкістю 2 м/год. через колонку (5), заповнену окисленим активованим вугіллям, а потім через колонку (6), заповнену КАВ. Висота шару завантаження АВ у колонках (5) і (6) складає 60 см у кожній. Експеримент проводиться у хронічному режимі протягом 14 тис. годин з відбором проб води після очищення на аналіз через кожні 24 години. Після закінчення експерименту очищена 3 вода містить 0,15 мг ЗОВ/дм . Ефективність очистки складає: Ео = (15-0,15)/15 × 100 % = 99,0 %. Приклад 2. Попередньо готують водний розчин (аналогічний до використаного у способі [2]), що містить наступні органічні сполуки: фенол, суміш ПАР (С - 12) і суміш нафтопродуктів (С - 16), дихлорфенол, симазин, нафтален, біфеніл, 6 карбофос, бензапірен і ліндан. Концентрація 3 суміші приведених речовин складає 14 мг О/дм - у одиницях ХСК (хімічне споживання кисню), що 3 відповідає 6 мг ЗОВ/дм . Експеримент проводять на установці та при параметрах, аналогічних прикладу 1, у постійному режимі протягом 14 тис. годин з відбором проб води після очищення на аналіз через кожні 24 години. Після закінчення експерименту очищена вода містить суміш 3 органічних речовин у кількості 0,11 мг ЗОВ/дм . Ефективність очистки складає: Ео = (6,0-0,11)/6,0 × 100 % = 98,1 %. Аналогічно прикладам 1 і 2 проведені досліди з різним масовим співвідношенням Н2О2:H2О та різними концентраціями органічних речовин у вихідному розчині води, що очищується. Одержані дані наведені у таблиці. Таблиця Вихідний розчин Концентрація № з/п Найменування розчину, мг 3 ЗОВ/дм За винаходом 1. 15,0 Суміш 2. 15,0 фульвокислот 3. 15,0 4. Суміш речовин за 6,0 5. [2] 6,0 Позамежні значення 6. Суміш 15,0 7. фульвокислот 15,0 Спосіб [2] Суміш речовин за 8. 6,0 [2] Масове співвідношення пероксид водню/вода х 5 10 Встановлено, що здійснення процесу очистки при заявленому постійному режимі очистки (співвідношення Н2O2 до води та послідовність фільтрування через два різних шари АВ) забезпечує високу ефективність видалення органічних забруднень із води. Ефективність очистки складає 97,0-99,0 % (табл. приклади 1-5). При позамежному співвідношенні Н2O2:Н2О . 5 (1:2,1) 10 , тобто при зниженні у суміші вмісту пероксиду водню, ефективність очистки знижується до 80,5 % вже через 240 годин, тому що очищення протікає як при використанні звичайного АВ, тобто знижується ефект каталітичної дії окислення органічних речовин пероксидом водню (Н2О2) на окисленому АВ (табл. приклад 7). При позамежному співвідношенні . 5 Н2O2:Н2О - 1:1,4 10 , тобто при підвищеному вмісті пероксиду водню у воді, ефективність очистки знижується до 75,0 % через 440 годин, бо уповільнюється життєдіяльність іммобілізованих Показники Час Ефективність експерименту, очистки, % год. 1:1,5 1:1,7 1:2,0 1:1,5 1:2,0 14000 14000 14000 14000 14000 97,5 97,0 99,0 97,5 98,1 1:1,4 1:2,1 440 240 75,0 80,5 2000 87,0 на АВ мікроорганізмів і знижується ефект біохімічного окислення (табл. приклад 6). Як видно з наведених експериментальних даних при запропонованому способі очищення води досягається ефективність очистки 97,099,0 %, що у 1,14-1,32 рази вище, ніж у відомому способі [2] і у 1,14-1,83 рази вище, ніж у відомому способі [1]. При цьому ресурс роботи колонок не був вичерпаний. Слід зазначити, що такий результат не забезпечується ні одним із відомих способів. Одержані дані з очистки води від органічних забруднень, за способом, що заявляється, свідчать про переваги останнього у порівнянні з відомим [2] та полягають у наступному: ефективність очистки води з 85 % збільшується до 97-99 %, тобто на 12-14 %; ресурс роботи завантаженого активованого вугілля збільшився у 7 разів і на момент закінчення роботи не був вичерпаний. 7 Комп’ютерна верстка І. Скворцова 96372 8 Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601