Спосіб одержання завантаження для очищення води від сполук марганцю

Реферат: Спосіб одержання завантаження для очищення води від сполук марганцю включає нанесення діоксиду марганцю на оксидно-карбонатну марганцеву руду, попередньо термічно оброблену в окислювальній атмосфері, модифіковану розчином перманганату калію. UA 93087 U (12) UA 93087 U UA 93087 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області водопідготовки, зокрема до способів одержання завантаження, що має сорбційно-каталітичні властивості, і може бути використаний для очищення від сполук марганцю природної води, а також технологічних вод у галузях промисловості, де виставляються жорсткі вимоги до вмісту сполук марганцю. Відомий спосіб одержання фільтруючого матеріалу (Пат. RU 2091158 МПК 6 В 01 J 20/18, С 02 F 1/28, С 02 F 1/64 опубл. 27.09.1997) [1]. Суть способу полягає в наступному. Як носій використовують природний цеоліт, який піддають двостадійній обробці різними солями марганцю (II) з використанням додатково лужного реагенту. Отриманий матеріал обробляють 0,4 % розчином перманганату калію, що містить 2 % NaCl з наступним відмиванням солей марганцю і лужного металу. Очищення води здійснюють її фільтруванням через каталітичне завантаження. У процесі роботи фільтра каталітичні властивості завантаження виснажуються, спостерігається проскакування іонів марганцю в очищену воду. Це вимагає його регенерації, яку проводять розчином КМnО4 у присутності КСl або NaCl з утворенням великих об'ємів вод, що містять сполуки марганцю. Таким чином, основним недоліком відомого способу [1] є складність процесу одержання завантаження, невелика тривалість фільтрциклу і невисока зносостійкість. Відомий спосіб одержання сорбційно-фільтруючого матеріалу, що містить діоксид марганцю на алюмосилікатному носії (бентонітовій глині) (Пат. RU 2229336 МПК 7 B01J20/12, B01J20/06 опубл. 2004.05.27) [2]. Відповідно до способу, з бентонітової глини готують гранули 1,0-1,5 мм, які послідовно піддають термічній активації у дві стадії: перша - за температури 800 °C, друга - 1200 °C, з наступною кислотною активацією розчином 6 %-ної азотної кислоти при температурі 20 °C. 2+ Потім отриманий матеріал модифікують розчинами солі Мn і КМnО4 та висушують. Як видно з технічної суті способу процес одержання матеріалу складний, енергоємний і неекономічний. Слід відмітити, що фільтруючий матеріал потребує регенерації перманганатом калію з утворенням значного об'єму стічних вод, які потребують подальшого складного очищення. Також відомий спосіб одержання каталітичного завантаження для очищення води, в якому як носій каталітичного шару використовують доломіт (Пат. RU 2162737 МПК 7 B01J20/02, B01J20/06, B01J20/30, B01D39/02 опубл. 2001.02.10) [3]. Спосіб одержання завантаження полягає в подрібнюванні та класифікації природного доломіту. Отриманий продукт обпалюють в атмосфері повітря при температурі 500-900 °C протягом 1-3 годин, охолоджують. Потім 3 обробляють розчином солі двовалентного марганцю (0,01-0,2 моль/дм ). Розчин відокремлюють, а матеріал висушують до сипучого стану при 100-200 °C. Основним недоліком відомого способу [3] є його висока енергоємність за рахунок використання при термічній обробці високої температури і при цьому матеріал необхідно періодично регенерувати розчином перманганату калію. Найбільш близьким аналогом до корисної моделі за технічною суттю та результатом, що досягається, є спосіб одержання завантаження для очищення води від сполук марганцю (Пат. UA 84108 МПК (2006) B01J20/02, C02F1/64 опубл. 10.09.2008) [4]. Суть способу полягає в наступному. Для одержання завантаження як носій використовують оксидно-карбонатну марганцеву руду (ОКМР) [ТУ В 13.2-00190911-001-2004] [5]. Беруть руду з розмірами зерен 0,52,5 мм, обпалюють у муфельній печі при температурі 450-800 °C в атмосфері повітря. Термічну обробку здійснюють впродовж 45-60 хв. Термооброблену руду обробляють 0,2-0,5 % розчином перманганату калію (ГОСТ 20490-75) протягом 10-12 год., при цьому співвідношення рідинатверда фаза складає 1:1. Після закінчення модифікування зерна руди відокремлюють від розчину, промивають і завантажують у фільтр для очищення води. Ефективність очищення води від сполук марганцю визначали наступним чином. Модифіковане завантаження з розміром зерен 0,5-2,5 мм поміщали в колонку діаметром 2,5 см 3 з висотою шару 0,8 м і пропускали природну воду з вмістом сполук марганцю 1,5 мг/дм зі швидкістю 4 м/год. Через колонку пропущено 950 об'ємів води щодо об'єму завантаження. Вміст сполук марганцю в очищеній воді не виявлено. Таким чином, недоліком відомого способу [4] є достатньо висока енергоємність за рахунок проведення термообробки руди при високих температурах. Задача корисної моделі є вдосконалення способу одержання каталітичного завантаження для видалення із води сполук марганцю шляхом зміни параметрів термообробки руди і окислювальної атмосфери при досягненні високої ефективності очищення води. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб одержання завантаження для очищення води від сполук марганцю, що включає нанесення діоксиду марганцю на оксидно-карбонатну марганцеву руду, попередньо термічно оброблену в окислювальній атмосфері, модифіковану 1 UA 93087 U 5 10 15 20 25 30 35 розчином перманганату калію, в якому, згідно з корисною моделлю, термічну обробку руди здійснюють при температурі 250-350 °C в окислювальній атмосфері із вмістом кисню 25-28 % об'ємних. Основною відмітною ознакою способу одержання каталітичного завантаження є проведення процесу термообробки ОКМР в умовах зниженої температури і підвищеного вмісту кисню. При заявлюваних умовах, як ми вважаємо, відбувається розкладання карбонатів руди з утворенням активних сорбційних центрів на поверхні зерен матеріалу. В процесі наступної хімічної модифікації завантаження розчином солі марганцю на поверхні зерен формується плівка каталітично активного діоксиду марганцю. Це разом забезпечує високу ефективність очищення води від сполук марганцю і необхідну механічну стійкість завантаження. Спосіб реалізується наступним чином. Процес одержання каталітичного завантаження для очищення води від сполук марганцю полягає у термообробці оксидно-карбонатної марганцевої руди з наступною хімічною модифікацією матеріалу. Руду з розміром зерен 0,5-2,5 мм поміщають у муфельну піч і термообробляють при температурі 250-350 °C в окислювальній атмосфері із вмістом кисню 2528 % об'ємних впродовж 55-75 хв. Термооброблену руду модифікують 0,2-0,5 %-вим розчином перманганату калію. Час обробки розчином складає 10-12 год. при співвідношенні рідинатверда речовина Р:Т=1:1. Модифіковане завантаження відмивають водою, висушують і завантажують у фільтраційну колону. 3 Очищенню підлягала вода із вмістом сполук марганцю 1,5 мг/дм . Впродовж фільтрциклу пропущено 500-1000 об'ємів очищеної води щодо об'єму завантаження. В очищеній воді сполук 3 марганцю не виявлено. ГДК сполук марганцю у питній воді складає 0,05 мг/дм (Державні санітарні норми та правила "Гігієнічні вимоги до води питної, призначеної для споживання людиною " ДСанПІН 2.2.4-171-10) [6]. У очищеному розчині вимірювали залишкову концентрацію сполук марганцю за ГОСТ 497472 на приладі КФК-2. Приклад виконання способу. 300 г оксидно-карбонатної марганцевої руди з діаметром зерен 0,5-2,5 мм поміщали у муфельну піч для термообробки в окислювальній атмосфері із вмістом кисню 28 %. Температуру підтримували 250 °C впродовж 60 хв. Далі проводили хімічну модифікацію термообробленого завантаження розчином перманганату калію з концентрацією 0,5 % протягом 12 год. Співвідношення рідини і твердої речовини підтримували на рівні 1:1. Оброблений матеріал відмивали від слідів перманганату калію, висушували і завантажували у дослідну колону для фільтрування. Діаметр колони складав 2,5 см, висота - 0,8 м. Очищенню піддавали 3 природну воду із вмістом сполук марганцю 1,5 мг/дм . Швидкість пропускання потоку підтримували на рівні 4 м/год. Очищена вода не містила сполук марганцю. За весь час фільтрциклу пропущено 950 об'ємів очищеної води щодо об'єму завантаження. Результати дослідження представлено у табл., пр. 1. Таблиця Умови термообробки оксидно-карбонатної марганцевої Концентрація сполук марганцю в руди 3 очищеній воді, мг/дм № п/п Температура, °C Вміст О2 в атмосфері, % Приклади за корисною моделлю 1 250 28 н/в 2 300 26 н/в 3 350 25 н/в 4 250 25 0,025 5 350 28 н/в 6 300 25 0,015 Позамежні значення 7 225 28 0,1 8 375 25 н/в 9 350 24 0,075 10 250 29 н/в За способом [4] 11 450-800 21 н/в Примітка, н/в - не виявлено. 2 UA 93087 U 5 10 15 20 25 Аналогічно прикладу виконання за корисною моделлю проведено досліди з очищення води від сполук марганцю при використанні ОКМР, термообробленої в заявлюваному інтервалі температур 250-350 °C, в окислювальній атмосфері із вмістом кисню 25-28 % об'ємних. Дані представлені у табл., пр. 2-6. Одержані дані свідчать про високу ефективність очищення води від сполук марганцю, яка характеризується їх залишковим вмістом нижче рівня ГДК (0,015-0,025 3 мг/дм ) при суттєво менших енерговитратах (нижчих температурах). Реалізація запропонованого способу одержання каталітичного завантаження на основі ОКМР при температурному режимі нижче заявлюваної межі (225 °C) та при верхній межі концентрації кисню (28 %) в окислювальній атмосфері, якість очищеної води значно 3 погіршилась. Концентрація іонів марганцю на виході із колонки складала 0,1 мг/дм (табл., пр. 7), що перевищує величину ГДК у 2 рази. Підвищення температури термообробки руди вище верхньої межі (375 °C) при вмісті кисню на рівні 25 %, іонів марганцю у очищеному розчині не виявлено (табл., пр. 8). Такі умови реалізації способу є економічно недоцільними за рахунок високої собівартості одержаного завантаження. Використання завантаження, одержаного в окислювальній атмосфері із вмістом кисню нижче заявлюваної межі (24 %) і обпалюванням руди при температурі 350 °C показало, що ефективність процесу очищення води від сполук марганцю знижується (залишкова концентрація 3 складала 0,075 мг/дм , що перевищує величину ГДК у 1,5 разу) (табл., пр. 9). Реалізуючи процес одержання завантаження при вмісті кисню вище заявлюваної межі (29 %) та термообробці руди при температурі 250 °C одержують очищену воду, якість якої не поліпшується, тобто вміст сполук марганцю не виявлений (табл.1, пр. 10). Такі умови проведення процесу одержання завантаження є економічно невиправданими. Перевагами запропонованого способу одержання завантаження для очищення води від сполук марганцю порівняно з відомим [4] підтверджені даними таблиці. Реалізація запропонованого способу одержання завантаження забезпечує: високу ефективність очищення води, про що свідчить відсутність сполук марганцю в очищеній воді або його вміст нижче величини ГДК; суттєве зменшення енерговитрат на прикладі одержання завантаження за рахунок зниження температури з 450-800 °C до 250-350 °C, тобто на 200-450 °C. 30 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 Спосіб одержання завантаження для очищення води від сполук марганцю, що включає нанесення діоксиду марганцю на оксидно-карбонатну марганцеву руду, попередньо термічно оброблену в окислювальній атмосфері, модифіковану розчином перманганату калію, який відрізняється тим, що термічну обробку руди здійснюють при температурі 250-350 °C в окислювальній атмосфері із вмістом кисню 25-28 % об'ємних. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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