Спосіб вилучення іонів металів із стічних вод

Реферат: Спосіб вилучення іонів металів із стічних вод включає адсорбцію на природному сорбенті сапоніті іонів металів. Додатково пульпу сорбенту стабілізують розчином лугу у масовому співвідношенні лугу та сорбенту 3:1. UA 74752 U (54) СПОСІБ ВИЛУЧЕННЯ ІОНІВ МЕТАЛІВ ІЗ СТІЧНИХ ВОД UA 74752 U UA 74752 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Запропонована корисна модель належить до водопідготовки, водоочищення та очищення стічних вод, а саме адсорбційного видалення іонів металів із забруднених природних та промислових стічних вод. Відомий спосіб вилучення важких металів з водних систем сорбцію на природних глинистих сорбентах [Смирнов А.Д. Сорбционная очистка воды. - Л.: Химия, 1982.-168 с.]. Природні дисперсні мінерали глини (каоліни, бентоніти, монтморилоніти) мають потенційну здатність до сорбції та іонообмінну. Ця їхня властивість обумовлює застосування каолінових, бентонітових, монтморилонітових концентратів в процесах іонообмінного і сорбційного очищення забруднених вод [Трифонова М. Ю., Тарасевич Ю.И., Бондаренко С.В. Структурно-сорбционные свойства природных и модифицированных слоистых силикатов с жесткой структурной ячейкой // Химия и технология воды, 2008. - Вып.3. - С. 293-302.]. Суттєвими недоліками цього способу є потреба у застосуванні енергоємних процедур висушування, подрібнення, термообробки, що при високій вихідній вологості осаду спричиняє істотні економічні витрати. Відомий спосіб очищення від металів, зокрема від іонів цинку з водних систем сорбцію, в якому використовують природний сорбент сапоніт для обробки забруднених природних і промислових стічних вод. При цьому процес сорбції проводять на природному сорбенті сапоніті, який активують 20 %-30 % розчином соляної кислоти з метою збільшення поверхні обміну [патент № 54826 "Спосіб вилучення іонів цинку зі стічних вод" від 25.11.2010]. Крім того, цей спосіб дозволяє використовувати відпрацьований сорбент без регенерації у будівельній галузі, зокрема, при виробництві цегли, тобто вирішити проблему утилізації відходів. Недоліком цього способу є значні витрати на додаткову обробку сорбенту з метою його активації. Найбільш близьким до запропонованого способу є спосіб очищення забруднених природних і промислових стічних вод, в якому використовують природний сорбент сапоніт без додаткової обробки. Цей спосіб дозволяє вилучати іони важких металів: хрому, мангану, кобальту, нікелю, купруму зі стічних промислових вод в межах 50-80 %, що дозволяє провести якісне очищення від іонів важких металів при мінімальних затратах на сорбент [патент № 45002 "Спосіб вилучення іонів металів із забруднених водних систем" від 26.10.09]. Недоліком цього способу є те, що він не дозволяє достатньо ефективно очищувати стічні промислові води від іонів металів. Технічна задача запропонованої корисної моделі полягає в розробці способу застосування природного сорбенту сапоніту для очищення стічних промислових вод від іонів металів, зокрема від іонів цинку та феруму. В основу запропонованого способу вилучення металів зі стічних вод поставлена задача удосконалення способу обробки забруднених природних і промислових стічних вод з метою вилучення з них іонів металів, зокрема іонів цинку та феруму за допомогою адсорбції останніх на природному сорбенті сапоніті, пульпа якого додатково стабілізована розчином лугу, та використання екологічно безпечного, ефективного, економічного та доступного в Україні мінерального сорбенту. Поставлена задача вирішується тим, що в способі вилучення із забруднених стічних природних і промислових вод іонів важких металів природним сорбентом сапонітом, для вилучення іонів металів, зокрема цинку та феруму, процес сорбції проводять на природному сорбенті сапоніті, пульпу якого стабілізують розчином лугу у масовому співвідношенні лугу та сорбенту 3:1. Додатковою перевагою запропонованого способу також є те, що відпрацьований сорбент може без регенерації використовуватися у будівельній галузі, зокрема, при виробництві цегли, що дозволяє вирішити проблему утилізації відходів сорбенту. Принципова технологічна схема адсорбційного очищення стічних вод від іонів важких металів полягає в тому, що стічні води, які містять іони важких металів, послідовно проходять каскад адсорбційних реакторів з мішалками, куди подають пульпу сорбенту, та вертикальних відстійників, де відбувається осадження зважених частинок відпрацьованого сорбенту. Відпрацьований вологий сорбент з кожного відстійника направляють на стрічковий вакуумфільтр, де відбувається його відділення від частини адсорбованої води. Однак, водні суспензії сапоніту є нестійкими. Під стійкістю дисперсних систем розуміють здатність системи протягом певного часу зберігати свій склад, а також основні властивості, такі як дисперсність та характер розподілу дисперсної фази в дисперсійному середовищі. Проблема стійкості дисперсних систем належить до однієї до найголовніших при очищенні на сорбентах, які змішують із водою для утворення пульпи. Частинки колоїдних розмірів глинистих матеріалів мають велике значення питомої поверхні і такі системи є нестійкими. Умовою стабілізації суспензії є наявність енергетичного бар'єру при зближенні частинок. Відштовхуюча дія може забезпечуватися лише у двох випадках: 1 UA 74752 U 5 10 1) розчини змочує частинки суспензії і вони покриваються досить міцною сольватною оболонкою, яка запобігає їх злипанню; 2) наявність в системі стабілізатора. Принцип дії стабілізатора може бути різним. Частинки суспензії стають гідрофільними і покриваються гідратною оболонкою, що надає їм агрегативної стійкості. Також систему можна стабілізувати іонами-стабілізаторами, адсорбція яких на поверхні частинок веде до утворення подвійного електричного шару та виникнення  -потенціалу, при цьому дія дифузійної частини цього шару стабілізує суспензію. Однак, при додаванні надлишку електроліту агрегативна стійкість системи зменшується, що призводить до руйнування суспензії. У водних розчинах пульпи сорбенту при додаванні іона-стабілізатора товщина гідратної оболонки, а, отже стійкість системи зростає при зменшенні радіуса цього іона. Разом з тим, чим більш гідратований іон, тим гірше він адсорбується на поверхні міцели. Вплив радіуса іона-стабілізатора на товщину гідратної оболонки та адсорбованість частинок сорбенту є наступним: Li  ,Na  ,K  ,Rb ,Cs          15 тов щинагідратив ної оболонки           . адсорбов аність      20 25 30 35 40 45 50 55 Між величинами  -потенціалу і кількість адсорбованої води у глині існує певна залежність. Електростатичне притягання катіонів дифузійного шару до поверхні глинистих часток залежить від валентності іонів: чим вона вища, тим тонший дифузійний шар. Запропонований спосіб вилучення іонів металів із стічних вод дає можливість проводити більш активний процес сорбції, зокрема, іонів цинку та феруму і, як наслідок, покращення його адсорбційних властивостей. Суть запропонованого способу пояснюють наступні приклади. Приклад 1. Адсорбцію іонів феруму проводили з модельних розчинів різних концентрацій (від 10 до 70 3 мг/дм ), які готували розбавленням стандартного розчину феруму. Адсорбцію іонів цинку 3 проводили з модельних розчинів різних концентрацій (від 30 до 300 мг/дм ), які готували розбавленням стандартного розчину цинку. При цьому рН модельних розчинів становив 4-6. Як адсорбент використовували пульпу природного сапоніту. 3 Об'єм розчину, з якого проводили адсорбцію, - 100 см . Колби з досліджуваними розчинами струшували на платформі, що коливається, протягом часу, необхідного для встановлення рівноваги. Після закінчення часу адсорбції (через 2 години), глину відфільтровували, відкидаючи перші порції фільтрату. Залишкову концентрацію іонів цинку визначали за допомогою методу комплексонометричного титрування, а залишкову концентрацію іонів феруму спектрофотометрично. Ефективність вилучення полютанту становила 80-87 %. Приклад 2 Для визначення ефективності сорбції іонів феруму та цинку сорбентом сапонітом за Прикладом 1 проводили серію дослідів за умови попереднього додавання 0,1 М розчину LiOH, NaOH та NH4OH до сорбенту у співвідношенні 3:1. Температура досліду - 20 °C. Після цього суспензію фільтрують та методом прямого титрування визначають ступінь вилучення полютанту. Ефективність вилучення полютанту становила 90-97 %. Приклад 3 Визначали електрофоретичну швидкість частинок за методом рухомої межі в приладі Бертина, який був дещо зміненим. Модифікований прилад являв собою U-подібну скляну трубку діаметром 5-6 см, яка зверху мала розширення. Така конструкція дозволяла легко наповнити прилад 10-% суспензією з чіткою межею поділу фаз "бокова рідина - суспензія". Як бокову рідину використовували центрифугат суспензії. В результаті вимірів одержано величини електрокінетичного потенціалу (середні значення яких взято з трьох паралельних визначень, що близько збігались між собою). Як стабілізуючі агенти досліджували гідроксид літію, натрію та амонію. Співвідношення лугу та сорбенту у суспензії - 3:1, при цьому отримані наступні експериментальні дані:  = 5,59 (гідроксид літію),  = 2,15 (гідроксид натрію),  = 0,94,  = 0,84 (гідроксид амонію). 2 UA 74752 U 5 10 15 Отже, при збільшенні  -потенціалу збільшується стійкість колоїдної системи і, як наслідок, процес сорбції проходить більш ефективно. Як засвідчують експериментальні дані адсорбції у водній системі сорбенту з додаванням LiOH, NaOH та NH4OH, ступінь адсорбції збільшується у порівнянні з холостою пробою. Крім того, встановлено, що значення питомої адсорбції та ступінь вилучення полютанту + + відрізняється при додаванні різних електролітів, і збільшується в ряду від NH4 до Li , що можна пояснити збільшенням стійкості системи і, як наслідок, більш повного використання поверхні сорбенту, що досить чітко проявляється при високих концентраціях. Однак, з огляду на високу вартість LiOH, для стабілізації пульпи сорбенту доцільно використовувати 0,1 М розчин NaOH. Таким чином, сукупність суттєвих ознак корисної моделі, що заявляється, дозволяє виконувати очистку забруднених природних і промислових стічних вод від іонів металів, зокрема від феруму та цинку, при цьому досягають ступінь вилучення полютанту 90-97 % і отримувати якісне очищення при мінімальних затратах на реагенти. Запропонований спосіб є новим та промислово застосовним на типовому обладнанні для очищення стічних промислових вод та водопідготовки. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 Спосіб вилучення іонів металів із стічних вод, який включає адсорбцію на природному сорбенті сапоніті іонів металів, який відрізняється тим, що додатково пульпу сорбенту стабілізують розчином лугу у масовому співвідношенні лугу та сорбенту 3:1. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 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 3