Спосіб очищення стічних вод від полівалентних металів

Опис ся $ МКИА23М/05, C02F 1/28 СПОСІБ ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОД ВІД ПОЛІВАЛЕНТНИХ МЕТАЛІВ Винахід відноситься до способів очищення стічних вод від металів. Відомий спосіб очищення стічних вод від іонів заліза і кольорових металів [Пат. RU №2023673, Кл. С 02 F 1/62, опубл.1994р.], який включає обробку стічних вод кальцій-вмісним реагентом-осаджувачем і відділення утворюваного осаду. З метою підвищення ступеню очищення сірчанокислих стічних вод від свинцю, стибію, заліза як кальцій-вмісний реагент-осаджувач використовують дефекат - відхід цукрового виробництва. Обробку стічних вод дефекатом проводять при співвідношенні Р : Т = 100 : (1-5). Недоліками способу є : - можливість очищення стічних вод лише у вузькому інтервалі рН; - вибірковість адсорбції, яка не дає можливості очистити воду від інших важких металів. За прототип винаходу нами було прийнято спосіб очищення води від іонів заліза [Патент RU № 2046102, Кл. 6 С 02 F 1/28, 1/64, опубл. 1995р.]. Суть способу полягає в тому, що видалення з води залізовмісних сполук здійснюють адсорбцією іонів заліза. Як сорбційний матеріал використовують вуглевмісний адсорбент, який являє собою мінераль ну основу з природної глини або оксиду алюмінію з вуглецевим покриттям. Відпрацьований адсорбент регенерують шляхом його обробки 1М розчином щавлевої кислоти, а потім промивають послідовно водою і слабко кислим розчином карбонату або бікарбонату натрію для доведення кислотності поверхні адсорбенту до нейтральної. До недоліків даного способу можна віднести: - необхідність підготовки адсорбенту до очищення води; - вибірковість адсорбції металів (тільки по відношенню до іонів заліза); - в процесі очищення не проходить комплексне зв'язування полівалент них металів адсорбентом. В основу винаходу було покладено задачу створення способу очищення стічних вод екологічно небезпечних виробництв від полівалентних металів шляхом контактування металовмісних стічних вод з сорбційним матеріалом - пектиновмісним розчином,- забезпечити проведення реакцій утворення нерозчинних комплексів пектину з іонами полівалентних металів. Поставлена задача вирішується тим, що в способі очищення стічних вод від полівалентних металів, який включає контактування стічних металовмісних вод із сорбційним матеріалом, згідно винаходу, як сорбційний матеріал використовують пектиновмісний розчин - стік пектинового виробництва та пектиновий гідролізат із цукрової сировини із вмістом пектину 0,05-1,00%, контактування проводять при рН 5-10 протягом 1,5-2,0 год, а потім відділяють утворений осад. Причинно-наслідковий зв'язок між запропонованими ознаками і очікуваним технічним результатом полягає в наступному. Пектини (пектин цукрових буряків, деякі види яблучного пектину, пектини соняшнику) являють собою частково розчинні полімерні сполуки з функціональними групами, здатними зв'язувати іони полівалентних металів, в тому числі катіони важких металів. Тому пектиновмісні розчини виробництва пектину можна використовувати як осаджувачі іонів важких металів (Pb2+, Cu2+, Cd2+, Zn2+), іонів металів, що зумовлюють твердість води (Са2+, Мд2+) та інших іонів (Al3+, Ni2+) у стоках екологічно небезпечних виробництв. У широкому концентраційному інтервалі та при значеннях рН від 5 до 10 гідролізат і стічні води пектинового виробництва являють собою типові колоїдні системи із включенням твердих частинок сировини. При взаємодії полівалентних металів з пектином утворюються нерозчинні осади комплексних сполук. Пектинові речовини являють собою природні іонообмінники, що здатні заміщувати водень карбоксильних груп на катіони полівалентних металів. Внаслідок цього утворюються міцні водонерозчинні комплекси з металами. 2 R-COOH + Ме2+ = (R-COO)2Me + 2Н+ Утворювані комплекси - пектати - швидко дають осади, які ефективно відділяються відстоюванням і фільтруванням. Комплексоутворення залежить не тільки від виду пектину, а й від природи хімічного елемента. Тому кількість осаджуваного металу в залежності від його хімічної природи змінюється. Так, найбільша комплексоутворююча здатність бурякового пектину спостерігається по відношенню до міді (300 мг Си / г пектину), далі - свинець (280 мг РЬ / г), цинк (195 мг Zn / г) і кальцій (120 мг Са / г). Концентрація пектинових речовин у пектиновмісному розчині для якісного очищення води має складати 0,05-1,00%. Цей інтервал пояснюється тим, що низька концентрація пектину (менше 0,05%) не забезпечує повного зв'язування іонів металів у комплекси та їх осадження. Очищення потребує великих об'ємів пектиновмісних розчинів. Концентрація біль ше 1,00% також недоцільна, тому що для отримання таких концентрованих розчинів необхідні додаткові енергетичні витрати на упарювання. Контактування металовмісних і пектиновмісних розчинів проводять при рН суміші 5-10. При рН менше 5 в кислому середовищі утворюються нестійкі комплекси, зв'язування пектином металів здійснюється лише на 30-51%, а тому процес неефективний При рН більше 10 сильно лужне середовище сприяє деполімеризації пектинових речовин. Утворювані комплекси металів із залишками полігалактуронової кислоти мають слабкі седиментаційні властивості. Оптимальна тривалість контактування металовмісних і пектиновмісних розчинів становить 1,5-2,0 год. Якщо тривалість контактування менше 1,5 год, виникає необхідність інтенсивного перемішування суміші великих об'ємів очищуваних вод та пектиновмісного розчину. При збільшенні часу контактування більше 2,0 год зростає загальна тривалість технологічного процесу і енергетичні витрати. Поєднання запропонованих ознак дозволяє забезпечити очікуваний технічний результат: проведення реакцій утворення нерозчинних комплексів пектину з іонами полівалентних металів. Використання запропонованого способу очищення стічних вод екологічно небезпечних виробництв від полівалентних металів у порівнянні з існуючими способами забезпечує такі переваги: а) використання для очищення металовмісних розчинів стоків інших виробництв - відходів виробництва пектину. Це приводить до здешевлення процесу очистки та зменшення загального обсягу токсичних викидів в оточуюче середовище; б) розширення асортименту металів, що видаляються з метало вмісного стоку в процесі очищення; в) міцне зв'язування металів з сорбуючою речовиною за рахунок комплексоутворення; г) відсутність необхідності попередньої підготовки сорбуючого матеріалу для проведення очистки стоків від полівалентних металів. Спосіб здійснюється таким чином. Пектиновмісний розчин (пектиновий гідролізат або стічні води пектинового виробництва) з вмістом пектину 0,05-1,00% змішують з металовмісними стічними водами у відстійних спорудах. Значення рН суміші складає 5-10, тривалість контактування - 1,5-2,0 год. Утворений осад відділяється відстоюванням або фільтруванням. Приклади здійснення способу. Приклад 1. Для очищення стічних вод використовують пектиновий гідролізат з жому цукрових буряків із вмістом пектину 0,5%. Стічні води містять іони Pb2+, Cu2+, Cd2+, Zn2+, Ca2+ при концентрації кожного компоненту 200 мг/ л. Після змішування гідролізату із стоками рН суміші становив 3,0. Тривалість контактування - 100 хв. Після цього очищені стічні води відділяли фільтруванням від осаду, і визначали в них вміст важких металів і кальцію методами полярографії та полуменевої фотометрії. Отримані результати наведені у таблиці. Очищення стічних вод за умов прикладу 1 (рН=3,0) є неефективним в зв'язку з тим, що в кислому середовищі утворюються нестійкі комплекси, зв'язування пектином металів здійснюється лише на 3051%. Інші приклади здійснення способу також наведені у таблиці. Як видно з даних таблиці (приклади 2,3,4,6,7) реалізація способу в інтервалі рН5-10 при концентрації пектину 0,05-1,0% і часі контактування розчинів 1,5-2,0 год забезпечує очистку металовмісних стічних вод від металів із ступенем вилучення не менше 97%. Для найбільш токсичних важких металів ступінь вилучення становить більше 98%. Здійснення способу за умов, що виходять за межі оптимальних інтервалів (приклади 1,5,8) знижує ефективність очистки; в залежності від умов ступінь вилучення металів становить лише 30-60%. Отримані дані показують, що використання запропонованого способу, у порівнянні з існуючими способами, забезпечує ефективну очистку стічних вод екологічно небезпечних виробництв від полівалентних металів стічними водами пектинового виробництва. Таблиця № пр икладу Вміст пектину в ро зчи ні, % Вміст кожного металу у стічн ій воді, м г/ л РН суміші Тривалість, хв % Вилучення Вміст металів в о чищеній стічній во д і, мг/ л Pb2+ Cu2+ Cd2+ Zn2+ Ca2+ Pb2+ Cu2+ Cd2+ Zn2+ Ca2+ 1 0,5 200 3,0 100 98 110 116 121 140 51,0 45,0 42,0 39,5 30,0 2 0,5 200 5,0 100 2,1 1,9 1,7 4,1 5,4 98,9 99,1 99,2 98,0 97,3 3 0,5 200 7,5 100 0,7 0,6 0,8 0,9 2,6 99,6 99,7 99,6 99,5 98,7 4 0,5 200 10,0 100 0,7 0,6 1,4 2,0 5,5 99,6 99,7 99,3 99,0 97,3 5 0,5 200 11,0 100 81 87 98 114 107 59,5 56,5 51,0 43,0 46,5 6 0,05 50 7,5 120 0,6 0,7 0,9 1,0 1,2 98,8 98,6 98,2 98,0 97,6 7 1,0 250 7,5 120 0,2 0,4 0,5 0,5 0,9 99,9 99,8 99,8 99,8 99,6 8 0,03 50 7,5 120 24 27 31 29 33 52,0 46,0 38,0 42,0 34,0 .2+ 2+ + + Для Pb , Сіґ , CcT , , Ca 2+