Способ очистки воды

 

Изобретение относится к сорбционным способам очистки воды и может быть использовано для очистки промышленных стоков и питьевой воды от нефтепродуктов, органических пестицидов, ионов тяжелых металлов. Исходную воду контактируют сначала с волокнистым хемосорбентом сополимером акрилонитрила и 5-винил-2-метилпиридина, а затем с углеродным волокнистым сорбентом, предварительно термообработанным при температуре 180 200°С в течение 2 4 ч. Для очистки воды, содержащей тяжелые фракции нефтепродуктов, воду предварительно контактируют с хлопковой целлюлозой со степенью полимеризации 25 75 и длиной волокна 6 12 мм. Коэффициент очистки по пестицидам K_o=0,8·10³-0,9·10³. 1 з. п. ф-лы, 4 табл.

Изобретение относится к сорбционным способам очистки воды и может быть использовано для очистки промышленных стоков и питьевой воды от нефтепродуктов, органических пестицидов, ионов тяжелых металлов.

Известен способ очистки воды, основанный на контактировании воды с волокнистым хемосорбентом сополимером акрилонитрила и 5-винил-2-метилпиридина [1] Недостатком данного способа является возможность его применения только для очистки воды от ионов металлов. Кроме того, способ не позволяет производить очистку воды в присутствии поверхностно-активных веществ и от комплексных соединений металлов.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ очистки воды, включающий контактирование воды последовательно с волокнистым хемосорбентом сополимером акрилонитрила и 5-винил-2-метилпиридина- и тетрафторэтиленом, предварительно обработанным этиловым спиртом [2] Недостатками способа являются низкая сорбционная емкость по пестицидам, составляющая 0,8-3,0 мг/г тетрафторэтилена [2] Технической задачей изобретения является обеспечение возможности очистки воды от ионов тяжелых металлов, нефтепродуктов, органических пестицидов как при их совместном присутствии, так и по отдельности, повышение степени очистки и увеличение объема очищенной воды.

Поставленная задача решается тем, что в способе очистки воды, включающем контактирование воды с волокнистым хемосорбентом сополимером акрилонитрила и 5-вилин-2-метилпиридина, согласно изобретению, воду затем дополнительно контактируют с углеродным волокнистым сорбентом, предварительно термообработанным при температуре 180-200^оС в течение 2-4 ч. Для очистки воды в присутствии тяжелых фракций нефтепродуктов воду предварительно контактируют с хлопковой целлюлозой со степенью полимеризации 25-75 и длиной волокна 6-12 мм.

Ни один из данных сорбентов самостоятельно по отдельности не обеспечивает эффективную очистку воды. Например, при очистке воды от легких нефтепродуктов, органических пестицидов и ионов металлов только волокнистым хемосорбентом сополимером акрилонитрила и 5-винил-2-метилпиридина коэффициент очистки К_о= 1,01-1,05 по легким фракциям нефтепродуктов и пестицидам, К_о= (1,2-6,5) ^.10² по ионам металлов, углеродным волокнистым сорбентам К_о= (2,4-7,1) ^.10² по легким фракциям нефтепродуктов и пестицидам, К_о=1,05-1,1 по ионам металлов. Только исследование и последовательное контактирование воды с волокнистым хемосорбентом сополимером акрилонитрила и 5-винил-2-метилпиридина и с углеродным волокнистым сорбентом обеспечивает высокий коэффициент очистки К_о=9,3^.10² 1,9^.10³. Аналогичным образом, при очистке воды в присутствии нефтепродуктов только волокнистым хемосорбентом сополимером акрилонитрила и 5-винил-2-метилпиридина коэффициент очистки K_o=16-25 по ионам металлов, углеродным волокнистым сорбентам К_о= (1,1-1,6) ^.10¹ по нефтепродуктам и пестицидам, хлопковой целлюлозой К_о=(3,4-4,8) ^. 10¹ по нефтепродуктам. Только использование и последовательное контактирование воды с хлопковой целлюлозой, волокнистым хемосорбентом-сополимером акрилонитрила и 5-винил-2-метилпиридина и с углеродным волокнистым сорбентом обеспечивает высокий коэффициент очистки К_о=(0,9-2,1) ^.10³ по всем компонентам. Невысокая степень очистки по пестицидам при контактировании воды только с углеродным волокнистым сорбентом, по-видимому, обусловлена тем, что в воде, как правило, присутствуют продукты распада пестицидов, которые уменьшают сорбцию пестицидов. И только последовательное контактирование с сополимером акрилонитрила и углеродным волокнистым сорбентом обеспечивает высокий коэффициент очистки. Недостаточно высокий коэффициент очистки от ионов некоторых металлов при контактировании только с сополимером акрилонитрила, по-видимому, связан с присутствием в воде органических комплексных соединений. Аналогичным образом присутствие в воде тежелых фракций нефтепродуктов резко понижает сорбционную способность волокнистого хемосорбента и углеродного волокнистого сорбента по легким фракциям нефтепродуктов, пестицидам и ионам металлов. И только дополнительное контактирование воды с хлопковой целлюлозой обеспечивает высокий коэффициент очистки.

Последовательное контактирование воды с волокнистым хемосорбентом из сополимера акрилонитрила и с углеродным волокнистым сорбентом обеспечивает очистку от ионов металлов и радионуклидов, в частности железа, никеля, меди, свинца, ртути, кобальта, стронция и т.п. от широкого класса пестицидов, в частности хлор-, сера, азотсодержащих органических пестицидов, амидов и амидидов жирных кислот (неперсистентные пестициды и др.) от фенола, легких фракций нефтепродуктов (бензины, керосины). Предварительное контактирование с хлопковой целлюлозой обеспечивает очистку вод в присутствии тяжелых фракций нефтепродуктов. Выбор степени полимеризации хлопковой целлюлозы равным 25-75 и длины волокна 6-12 мм, а также предварительная термообработка углеродного волокнистого сорбента при температуре 180-120^оС в течение 2-4 ч обеспечивает максимальный коэффициент очистки, скорость очистки и максимальный объем очищаемой воды.

Последовательность контактирования воды с сорбентом, интервалы степени полимеризации хлопковой целлюлозы и длины волокна, определены режимы термообработки углеродного волокнистого сорбента экспериментальным путем. Для этого воду, содержащую нефтепродукты с концентрацией 0,5 мг/л, ионы металлов кобальта и цезия с концентрацией по 0,4 мг/л, пестициды типа бентазан с концентрацией 0,2 мг/л, пропускают через колонки диаметром 15 мм, дополненной хлопковой целлюлозой, волокнистым хемосорбентом из сополимера акрилонитрила и углеродного волокнистого сорбента по 2 ч.

В табл. 1 приведены значения коэффициентов очистки К_о в зависимости от разной последовательности расположения сорбентов. Высокие значения коэффициентов очистки достигаются только при контактировании в последовательности хлопковая целлюлоза сополимер акрилонитрила углеродной волокнистый сорбент.

В табл. 2 приведены значения коэффициентов очистки К_о в зависимости от степени полимеризации хлопковой целлюлозы.

При понижении степени полимеризации ниже 25 и увеличении выше 75 наблюдается понижение коэффициента очистки.

В табл. 3 приведены значения коэффициентов очистки и скорости истечения воды от длины волокна хлопковой целлюлозы.

При увеличении длины волокна выше 12 мм коэффициент очистки понижается, при уменьшении длины волокна ниже 6 мм наблюдается быстрое уменьшение скорости истечения.

В табл.4 приведена зависимость объема очищенной воды от нефтепродуктов и пестицидов от температуры и продолжительности термообработки углеродного волокнистого сорбента. При температуре ниже 180^оС и времени термообработки менее 2 ч объем очищенной воды резко уменьшается. Обработка при температуре выше 200^оС и продолжительности более 4 ч экономически невыгодна.

П р и м е р 1. Воду, содержащую пестициды типа базагран и пропанил с концентрациями по 0,37 мг/л, ионы кобальта и цезия с концентрациями по 0,3 мг/л, пропускают через колонку диаметром 15 мм с волокнистым хемосорбентом сополимером акрилонитрила и 5-винил-2-метилпиридина и с углеродным волокнистым сорбентом массой по 1 г, рН 7. Углеродный волокнистый сорбент предварительно термообрабатывают при температуре 180^оС в течение 2 ч. Коэффициент очистки по пестицидам К_о=0,8 ^. 10³, по ионам металлов 1,9x x10³, объем пропущенной воды 600 л.

П р и м е р 2. Воду, содержащую пестициды типа бутифос с концентрацией 0,41 мг/л, фенол с концентрацией 0,15 мг/л, бензин 0,18 мг/л, ионы железа и свинца с концентрациями 0,6 мг/л и 0,1 мг/л соответственно пропускают через колонку диаметром 15 мм с волокнистым хемосорбентом сополимером акрилонитрила и 5-винил-2-метилпиридина и с углеродным волокнистым сорбентом массой по 1 г, рН 6. Углеродный волокнистый сорбент предварительно термообрабатывают при температуре 200^оС в течение 4 ч. Коэффициент очистки по бутифосу Ко=0,9 ^. 10³, по бензину К_о= 0,8 ^. 10³, по фенолу 0,4 ^.10³, по железу и свинцу (1,7-1,8)˙ 10³, объем пропущенной воды 320 л.

П р и м е р 3. Воду, содержащую нефтепродукты с концентрацией 2,6 мг/л, ионы меди и железа 0,3 мг/л и 0,6 мг/л, пропускают через колонку диаметром 15 мм с хлопковой целлюлозой, волокнистым хемосорбентом сополимером акрилонитрила и 5-винил-2-метилпиридина и с углеродным волокнистым сорбентом массой по 1 г, рН 6. Углеродный волокнистый сорбент предварительно термообрабатывают при температуре 180^оС в течение 2 ч. Хлопковую целлюлозу выбирают со степенью полимеризации 25 и длиной волокна 6 мм. Коэффициент очистки по нефтепродуктам К_о=1,2 ^.10³, по железу и меди (1,6-18) ^. 10³. Объем пропущенной воды 330 л.

П р и м е р 4. Воду, содержащую нефтепродукты с концентрацией 36 мг/л, ионы железа 0,6 мг/л, пропускают через колонку диаметром 15 мм с хлопковой целлюлозой, волокнистым хемосорбентом сополимером акрилонитрила и 5-винил-2-метилпирина и с углеродным волокнистым сорбентом массой по 1 г, рН 7. Углеродный волокнистый сорбент предварительно термообрабатывают при температуре 180^оС в течение 2 ч. Хлопковую целлюлозу выбирают со степенью полимеризации 75 и длиной волокна 12 мм. Коэффициент очистки по нефтепродуктам К_о=1,3 ^. 10³, по железу 1,7 ^.10³. Объем пропущенной воды 340 л.

Использование предлагаемого способа для очистки промышленных стоков и питьевой воды от нефтепродуктов, органических пестицидов, ионов тяжелых металлов позволяет по сравнению с известным способом достигнуть полной очистки воды от широкого класса загрязняющих веществ.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ, включающий контактирование воды с волокнистым хемосорбентом сополимером акрилонитрила и 5-винил-2-метилпиридина, отличающийся тем, что воду затем дополнительно контактируют с углеродным волокнистым сорбентом, предварительно термообработанным при 180 200^oС в течение 2 4 ч.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что воду, содержащую тяжелые фракции нефтепродуктов, предварительно контактируют с хлопковой целлюлозой со степенью полимеризации 25 75 и длиной волокна 6 12 мм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2