Спосіб очистки води від іоногенних поверхнево-активних речовин

Реферат: Спосіб очистки води від іоногенних поверхнево-активних речовин (ПАР), при якому забруднену іоногенними ПАР воду очищують сорбцією. Як сорбент використовують хну іранську безкольорову з екстрактом зародків пшениці (ТУ9158-014-0335018-93) в кількості (25÷250) мг на 1 мг вилучуваної іоногенної ПАР. Сорбцію проводять при рН 5-7. UA 107790 U (54) СПОСІБ ОЧИСТКИ ВОДИ ВІД ІОНОГЕННИХ ПОВЕРХНЕВО-АКТИВНИХ РЕЧОВИН UA 107790 U UA 107790 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до способів очистки води від іоногенних поверхнево-активних речовин (ПАР) і може використовуватися на підприємствах, які виробляють, а також використовують ПАР, зокрема у хімічній, текстильній, шкіряній, машинобудівній, гірничозбагачувальній промисловості тощо. Широке використання ПАР у побуті і в різних галузях промисловості неминуче призводить до забруднення ними навколишнього середовища. Відомим аналогом є [Маркова О.С. Исследование концентрирования, разделения и токсических свойств поверхностно-активных веществ и их метаболитов в воде: Дис. … канд. биол. наук: 03.00.16. - Астрахань, 2004. - 123 с.], що при взаємодії з хлором та з деякими іншими речовинами більшість ПАР трансформується з утворенням токсичних продуктів, відмінних від дії початкових ПАР. По силі токсичної дії на першому місці знаходяться катіонні (ЛД 50=0,5-5 г/кг), потім аніонні (ЛД50=2-8 г/кг) і ще менш токсичні неіоногенні і амфолітні ПАР. Вони мають політропну дію, викликають порушення в центральній нервовій системі, кров'яній системі, шлунково-кишковому тракті, системі виділення, поражають печінку і нирки. При накопиченні ПАР у водоймищах вони чинять токсичну дію на флору і фауну, погіршують органолептичні показники води, перешкоджують процесам самоочистки водних об'єктів. Гранично-допустима концентрація (ГДК) багатьох ПАР у водних об'єктах господарчо-питного та культурно-побутового водоспоживання полягає у межі (0,05-0,5) мг/л. Тому виникає актуальна проблема пошуку ефективного способу очистки водних розчинів і стічних вод від іоногенних ПАР. Досягнутий рівень техніки в даній області характеризується наступними прикладами: Відоме "Пінне фракціонування іоногенних поверхнево-активних речовин" [A.M. Когановский, Н.А. Клименко. Физико-химические основы извлечения поверхностно-активных веществ из водных растворов и сточных вод. - К.: Наук, думка, 1978. - 176 с; О.О. Стрельцова. Фізикохімічні основи процесу флотаційного виділення іоногенних поверхнево-активних речовин із водних розчинів та стічних вод. - Одеса: Астропринт, 1997. - 140 с.], яке полягає в тому, що через воду з певним вмістом ПАР пропускають під тиском знизу флотаційної системи (що оснащена відповідним фільтром) бульбашки повітря. Утворену піну, що містить значну кількість рідини, механічно збирають і спрямовують у відстійники для руйнування. Недоліками аналога - способу пінного фракціонування (безреагентна флотація) є: утворення великого об'єму піни (20-30 % від об'єму води), що супроводжується необхідністю побудови герметично закритих ємностей, а це пов'язано з певними конструктивними і, найголовніше, експлуатаційними труднощами; недосягнення високого ступеня вилучення ПАР, особливо аніонних ПАР; енергозалежність процесу очистки; необхідність наявності громіздкого спеціального обладнання. Відомим аналогом є "Флотаційний спосіб очистки води від катіонних ПАР у присутності адсорбенту (флотаційний носій)" [Патент України на корисну модель № 58930, МПК C02F 1/24, опубл. 26.04.2011, Бюл. № 8], згідно з яким як флотаційний носій використовують порошок крохмалю при його масовому співвідношенні з катіонним ПАР 1:1. При одержанні за вищевказаним способом високих результатів по очистці води від ПАР катіонного типу (ступінь вилучення ПАР складає 90-94 % за відсутності великого об'єму піни) основним недоліком способу є енергозалежність процесу. Крім того, відсутні відомості про ефективність проведення флотаційного вилучення аніонних ПАР за присутності крохмалю. Відомим аналогом є "Флотаційний спосіб очистки води від аніонних ПАР за присутності Твінів" [О.В. Волювач. Інтенсифікація процесу флотаційного вилучення додецилсульфату натрію із водних розчинів у присутності Твінів //Вопросы химии и химической технологии. - 2011, № 6. - С. 194-199.], згідно з яким введення Твіну (Твіну-40 або Твіну-60) у водні розчини додецилсульфату натрію (ДДСН) сприяє інтенсифікації процесу його флотаційного вилучення (за відсутності неіоногенних ПАР ДДСН вилучається на 56 %). Недоліками аналога є: використання як органічного реагенту аніонних ПАР не менш токсичних для навколишнього середовища неіоногенних ПАР (характеризуються високою піноутворювальною здатністю); необхідність введення строго визначеної витрати реагенту для ефективного проведення процесу очистки води від аніонних ПАР. Слід зазначити, що саме піноутворення є органолептичним показником малих кількостей більшості ПАР на водне середовище, тому виникає необхідність додаткового контролювання залишкової концентрації використаних неіоногенних ПАР. У випадку знеструмлення процес очистки води стає неможливим. Найближчим аналогом до корисної моделі є адсорбційний спосіб [Ю. И. Тарасевич, Ф. Д. Овчаренко. Адсорбция на глинистых минералах. - К.: Наук, думка, 1975. - 352 с.], який полягає в тому, що у воду, забруднену ПАР, при перемішуванні додають певну кількість адсорбенту 1 UA 107790 U 5 10 15 20 25 30 (глинистий мінерал), після чого відстоюють воду певний час, а після відстоювання адсорбент відділяють від води фільтрацією. Недоліком найближчого аналога є те, що більшість глинистих мінералів по своїй природі є катіонообмінниками і мають низьку адсорбційну здатність відносно до широко розповсюджених у складі синтетично миючих засобів аніонних ПАР, у зв'язку з чим їх поверхню додатково модифікують різними хімічними або біологічними реагентами, які є еконебезпечними для навколишнього середовища і викликають вторинне забруднення. В основу корисної моделі поставлена задача проведення процесу очистки води від іоногенних ПАР з використанням екобезпечного природного сорбенту з підвищеною сорбційною здатністю щодо катіонних і аніонних ПАР. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб очистки води від іоногенних поверхневоактивних речовин (ПАР), який полягає в тому, що забруднену іоногенними ПАР воду очищують сорбції, згідно з корисною моделлю, як сорбент використовують хну іранську безкольорову з екстрактом зародків пшениці (ТУ9158-014-0335018-93) в кількості (25-К250) мг на 1 мг вилучуваної іоногенної ПАР, а сорбцію проводять при рН 5-7. Для здійснення способу воду, що містить іоногенні ПАР з концентрацією більше 20 мг/л, розбавляють і при необхідності доводять рН до значення 5-7. Потім у воду додають у вигляді порошку хну безкольорову з екстрактом зародків пшениці (ТУ9158-014-0335018-93) в кількості (25-250) мг на 1 мг вилучуваної іоногенної ПАР, 5 хв перемішують і відстоюють воду певний час (2-4 доби в залежності від природи ПАР). Після відстоювання адсорбент відділяють від води фільтрацією, а очищену воду аналізують на залишковий вміст у ній катіонної ПАР, аніонної ПАР екстракційно-фотометричним методом з використання відповідно метилоранжу і метиленової сині. За корисною моделлю відбувається ефективна очистка води від іоногенних ПАР до рівня ГДК, що дозволяє скидати очищену воду у міську каналізацію або повторно використовувати у замкнутому водопостачанні. Дослідження по очистці води від іоногенних ПАР проводили в Одеському національному університеті імені 1.1. Мечникова. Як катіонну ПАР використовували бромід гексадецилпіридинію (БГДП), а як аніонну ПАР - додецилсульфат натрію (ДДСН). Результати ефективності очистки води від БГДП хною з екстрактом зародків пшениці при масовому співвідношенні 25 мг сорбенту на 1 мг вилучуваної катіонної ПАР, представлені в табл. 1. Таблиця 1 Час відстоювання (хв., доба) 30 хв 60 хв 90 хв 120 хв 1 доба 2 доби Оптична густина (D) 0,04 0,035 0,04 0,035 0,030 0,015 Ступінь очистки води (а) від БГДП, % 91,0 91,5 91,0 91,5 94,0 97,5 0 Примітка: С (БГДП) = 20 мг/л; рН середовища 6,4-6,5; температура 24±1 °C 35 40 Із даних, представлених в табл. 1, видно, що при використанні хни з екстрактом зародків пшениці ступінь вилучення БГДП вже через 30 хв контактування (відстоювання) катіонної ПАР із сорбентом при його витраті 0,05 г /100 мл розчину ПАР достатньо високий - 91 %. Через 2 доби відстоювання залишкова концентрація БГДП у воді при ступені вилучення 97,5 % на рівні ГДК, що дозволяє скидати очищену воду у міську каналізацію. Результати ефективності очистки води від БГДП, ДДСН хною з екстрактом зародків пшениці при рН 5.4-6.7 при різних масових співвідношеннях адсорбент: ПАР і різному часі відстоювання представлені в табл. 2. 2 UA 107790 U Таблиця 2 Витрата сорбенту, г/100 м л 0,05 0,10 0,50 0,05 0,10 0,50 0,05 0,05 0,05 Масове співвідношення мг Час відстоювання Оптична (сорбент) (доба) густина (D) мг (ПАР) Бромід гексадецилпіридинію 25:1 3 0,09 50:1 0,11 250:1 0,065 25:1 5 0,16 50:1 0,16 250:1 0,07 Додецилсульфат натрію 25:1 1 0,55 25:1 4 0,025 25:1 5 0,025 Ступінь очистки води (α) від ПАР, % 85,0 82,5 90,0 74,0 74,0 89,0 13,0 97,5 97,5 Примітка: С° (БГДП) = 20 мг/л, оптична густина (D)max=0,44; С° (ДДСН) = 20 мг/л, оптична густина (D)max=0,64 5 10 15 Із даних табл. 2 видно, що при незмінному масовому співвідношенні сорбент: ПАР ступінь очистки води від БГДП починає дещо зменшуватись на третю добу. Додатково було встановлено, що ефективність процесу сорбційної очистки води від іоногенних ПАР з використанням дуже малих (≤0,05 г) і великих (>>0,50 г) витрат хни є менш ефективним. Ступінь очистки води від аніонної ПАР (ДДСН) сягає максимуму (97,5 %) на четверту добу при масовому співвідношенні сорбент: ПАР - 25:1, і залишкова концентрація ДДСН у воді за таких умов на рівні ГДК. складає 0,5±0,02 мг/л, що дозволяє скидати таку воду у міську каналізацію. Таким чином, корисна модель дозволяє без додаткової спеціальної обробки (не передбачає як у випадку використання вугілля високотемпературної активації з метою підвищення його адсорбційної здатності стосовно ПАР) підвищити та спростити порівняно з найближчим аналогом процес очистки води від іоногенних ПАР до значень ГДК за рахунок використання екобезпечної хни з екстрактом зародків пшениці. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 Спосіб очистки води від іоногенних поверхнево-активних речовин (ПАР), при якому забруднену іоногенними ПАР воду очищують сорбцією, який відрізняється тим, що як сорбент використовують хну іранську безкольорову з екстрактом зародків пшениці (ТУ9158-014-033501893) в кількості (25÷250) мг на 1 мг вилучуваної іоногенної ПАР, а сорбцію проводять при рН 5-7. Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3