Спосіб очищення стічних вод від важких металів

Спосіб очищення стічних вод від важких металів, що містить їх контактування із вуглецевим сорбентом, який відрізняється тим, що як вуглецевий сорбент використовують залишкове чи природне буре вугілля у масовому відношенні до іонів важких металів 1:0,06-0,075 при рН 5-7. (19) (21) 98041912 (22) 15.04.1998 (24) 15.02.2001 (46) 15.02.2001, Бюл. №1,2001р (72) Зубкова Юлія Миколаївна, Плевако Марина Зосімовна, Пономарьова Ірина Борисівна (73) Донецький державний університет 32786 високої економічної ефективності процесу очищення. Ця проблема розв'язується тим, що спосіб очищення стічних вод від іонів важких металів містить їх контактування із вуглецевим сорбентом, яким є залишкове чи природне буре вугілля у масовому відношенні до іонів важких металів 1:0,05-0,075 при рН 5-7. Залишкове буре вугілля (ЗБВ) отримують під час непаливної переробки землистого бурого вугілля (БВ) Олександрійського родовища України за технологією отримання ростстимулюючих речовин - гуматів амонію /5/. Буре вугілля здрібнюють до певної дисперсності, піддають 3-х ступеневій обробці водним розчином аміаку у заданому те хнологічному режимові. При цьому вилучають гумінові препарати і як відходи отримують ЗБВ-І, ЗБВ-П, ЗБВ-ІІІ - після відповідних ступенів екстракції. Це залишкове вугілля було використане заявниками як реагент для осаджування сполук талію з стічних вод. Сполуки талію було обрано як об’єкт дослідження тому, що практично відсутні надійні методи очищення стічних вод від його сполук і, окрім того, сполуки талію мають високу токсичність і, одночасово, гарну розчинність у воді. Практично всі солі талію добре розчиняються у воді /б/. ГДК сполук талію у воді - 0,0001 мг/л, клас токсичності І /І/. Ми розробили спосіб очищення стічних вод від сполук талію у статичному режимі при постійному контролі рН розчину. Спосіб є досить простим в апаратурному оформленні, не потребує суттєви х ви трат для здійснення в промисловому масштабі і дає 100,0%-вий ефект очищення від токсичних сполук талію. Приклад І. У колбу місткістю 1,5 л вміщують 1,0 л розчину з рН 6,63, що містить 6516,70 мг/л нітрату талію (500 мг ТІ+/л) і додають 10,0 г ЗБВ-ІІІ. Розчин витримують у статичному режимі при кімнатній температурі (20-25°С), періодично струшуючи протягом години. Під цей час здійснюється осаджування адсорбенту і освітлення рідини. Освітлений водний розчин декантують. Відбирають аліквотну пробу, об'єм якої становить 5 мл і гравіметричним методом визначають вміст ТІ+ у розчині, осаджуючи його у вигляді іодиду талію по відомій методиці /7/. Вміст сполук талію в очищеному розчині складає 0,000 мг/л, тобто токсичних іонів немає. За аналогічною методикою здійснені випробування сорбційної активності ЗБВ-І, ЗБВ-ІІ, ЗБВІІІ при різних концентраціях сполук талію у стічних водах. Результати дослідів наведені у табл.І (ЗБВШ, досл. №5). Для порівняння було вивчено адсорбційне очищення водних розчинів від сполук талію на природному бурому вугіллі Олександрійського родовища і на модифікованому бурому вугіллі, переведеному в Н+-форму по відомій методиці /8/. Сорбцію здійснювали методом, який наведен у прикладі І. Отримані дані наведені у табл.2. Аналіз даних табл.І та 2 дозволяє зробити такі висновки: 1. Залишкове буре вугілля після І, ІІ, ІІІ ступенів екстракції ефективно поглинає іони талію при масовому співвідношенні адсорбент/адсорбтив-1=0,05-0,075 чи нітрат талію у кількості 0,6516-0,6775 г на 1г адсорбенту, при цьому ступінь очищення при співвідношенні 1:0,05 найвища і сягає 100,0% для всього бурого вугілля. При концентрації нітрату талію 0,9774 г/л (чи то на 0,3263 г нітрату талію чи на 0,025% більше), ступінь очищення для ЗБВ-ІІІ - 73.51%, ЗБВ-ІІ - 83,98%, ЗБВ-І - 63,97%. Найбільш ефективно адсорбірує іони талію вугілля після другого ступеня екстракції. Ступінь очищення найбільша при використанні як адсорбенту ЗБВ-ІІ (порівняти дані табл.І для усіх п'яти дослідів із ЗБВ-І, ЗБВ-ІІ, ЗБВ-ІІІ). Це пов'язано із тією обставиною, що найбільша сорбсорбційна поверхня поглинання бурого вугілля виникає на цій стадії і найбільша кількість карбоксильних та окси-груп забезпечує окрім сорбційної найефективнішу хемосорбційну взаємодію. 2. Із даних, наведених у табл.2, явно, що 100%-вий ефект очищення дає вихідне буре вугілля і буре вугілля у Н +-модифікації при вмісті талію 0,5 г/л, незалежно від дисперсності у межах 0,325-3,75 мм, (№№5,10 табл.2). Далі здатність до сорбційного зв'язування різко падає (№№4,9 табл.2) на 60% при концентрації талію 0,75 г/л. Із аналізу отриманих даних видно, що найраціональніше використовувати для очищення промислових стічних вод від сполук талію залишкове буре вугілля, хоч показано, що при низьких концентраціях такий самий ефект дає і модифіковане буре вугілля. Таким чином, при збільшенні концентрації іона, що поглинається (іона талію), на 0,025% з 500 г/л до 750 мг/л ступінь очищення зменшується, але залишається задовільною у межах 70-85% - досл. 3,4 для ЗБВ-ІІ, досл. 4,5 для ЗБВІІІ (табл.І). Вважається, що очищення стічних вод задовільне, якщо ступінь очищення є у межах 75100%. Значення рН обрані у межах 5-7, оскільки при рН нижче 5 і рН вище 7, протікає реакція, протилежна хемосорбції і концентрація іонів талію у розчині збільшується. Техніко-економічна ефективність способу очищення стічних вод від іонів важких металів, що надається у цій заявці, полягає у тому, що досягається вища ступінь очищення (на 0,4% вище, ніж у прототипа) при спрощенні процесу, який полягає у тому, що у ролі адсорбенту використовуються відходи - залишкове буре вугілля (у прототипі - БАВ - товарний продукт) без додавання мазути (у прототипі додають мазутні фракції нафти, що призводить до вторинного забруднення), що дозволяє запобігти вторинному забрудненню стічних вод нафтопродуктами. Джерела інформації, які використовуються при складанні заявки. 1. А.с.1758023 (СССР), МКИ С 02 F 1/62. Способ извлечения вольфрама из сточных вод /Ступникова Т.В., Дегопа Н.Н, Зубкова Ю.Н. Опубл. БИ № 32, 30.08.92. 2. А.с. 1650599 (СССР), МКИ С 02 F 1/24. 2 32786 Способ очистки гальваностоков от металлов. Опубл. БИ №19, 23.05.91. З. А.с. 1291549 (СССР), МКИ С 02 F 1/62. Способ очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов. Опубл. БИ №7, 23.02.87 С (прототип). 4. Санитарные правила и нормы. Охрана поверхностных вод от загрязнений. СанПиН №4630-88. 5. Патент РФ №2015951 от 30.07.94. Способ получения безбалластного гумата аммония /Бутюгин А.В., Иванов А.С., Зубкова Ю.Н. 6. Ахметов Н.С. Неорганическая химия. -М: Высшая школа, 1975. -535с. 7. Гиллебранд В.Ф, Лендель Г.Э, Брайт Г.А., Гофман Д.И. Практическое руководство по неорганическому анализу. -М.: Химия, 1966. 8. Айвазов Б.В. Практикум по химии поверхностных явлений и адсорбции. -М.: Высшая школа, 1973. 3 32786 Таблиця 1 Сорбційне очищення водних розчинів від Іонів талію залишковим бурим вугіллям №№ досліду ВмІст важких металів у ви хідному розчині Нітрату Іонів талію, г/л талію, г/л Співвідношення адсорбент/ адсорбтив, мас. рН вихідного розчину рН розчину після сорбції Ступінь очищення, % ЗБВ-І 1І 2,6066 2,00 1:0,20 6,24 5,38 42,56 2 1,9550 1,50 1:0.15 6,30 5,55 51,71 3 1,3039 1,00 1:0,10 6,41 5,84 57,37 4 0,8775 0,75 1:0,075 6,59 5,82 63,97 5 0,6512 0,50 1:0,05 6,63 5,90 100,0 ЗБВ-ІІ 1 2,6066 2,00 1:0,20 6,24 5,34 53,11 2 1,9550 1,50 1:0,15 6,30 5,56 62,49 3 1,3039 1,00 1:0,10 6,41 5,68 75,69 4 0,9775 0,75 1:0,075 6,59 5,70 83,38 5 0,6512 0,50 1:0,05 6,63 5,74 100,0 ЗЕВ-ІІІ 1 2,6066 2,00 1:0,20 6,24 5,72 46,39 2 1,9550 1,50 1:0,15 6,30 5,79 48,51 3 1,3039 1,.00 1:0,10 6,41 5,82 63,48 4 0,9775 0,75 1:0,075 6,59 5,92 73,51 5 0,6512 0,50 1:0,05 6,63 5,97 100,0 6. Прототип: стічна вода містить 0,0348 г/л важкого металу; адсорбент БАВ (10,0) і еквівалентна важкому металові кількість нафтопродукту (НПр) - 0,0348 г/л 0,0348 1:0,348:0,348 99,6 Вторинне забруднення нафтопродуктами 0,2 мг/л 4 32786 Таблиця 2 Сорбційне очищення водних розчинів від іонів талію бурим вугіллям Олександрійського родовища №№ досліду ВмІст у ви хідному розчині нітрату рН рН вихідного розчину після розчину іонів талію, г/л Співвідношення адсорбент/адсорбтив, мас. адсорбції Ступінь очищення на вугіллі різної дисперсності, % 3,75 мм 1,0 мм 0,325 мм талію, г/л ; Природне буре вугілля 1 2,6066 2,00 1:0,20 6,54 5,44 22,40 30,04 26,52 2 1,9550 1,50 1:0,15 6,58 5,52 27,96 34,56 31,16 3 1,3039 1,00 1:0,10 6,69 5,57 33,74 38,43 37,81 4 0,9775 0,75 1:0,075 6,63 5,60 36,78 39,17 41,76 5 0,6512 0,50 1:0,050 6,60 5,57 100,0 100,0 100,0 Буре вугілля у Н +-формі * 6 2,6066 2,00 1:0,20 6,56 4,24 20,97 22,02 22,10 7 1,9550 1,50 1:0,15 6,58 4,29 21,03 22,92 22,97 8 1,3039 1,00 1:0,10 6,67 4,33 25,72 27,33 27,45 9 0,9775 0,75 1:0,075 6,61 4,32 32,22 31,07 34,50 10 0,6512 0,50 1:0,050 6,60 4,31 100,0 100,0 100,0 * Природне буре вугілля переводили у Н+ -форму по відомій методиці /8/. 5 32786 ____________________________________________ ДП “Український інститут промислової власності” (Укрпатент) Бульв. Лесі Українки, 26, Київ, 01133, Україна (044) 254-42-30, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид.арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ Вул. Горького, 180, Київ, 03680 МСП, Україна (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 6