Сорбент для очистки сточных вод

Изобретение относится к области очистки промышленных сточных вод. Предложен сорбент для очистки сточных вод, включающий целлюлозосодержащие отходы растительного происхождения, имеющие пространсвенно-каркасную структуру в виде слоя, выполненного из термообработанной шелухи пшеницы, который размещен между слоями, выполненными из термообработанного хлопкосодержащего пуха. Изобретение обеспечивает эффективную очистку воды от нефтепродуктов и ионов тяжелых металлов. 2 табл.

 

Изобретение относится к области очистки промышленных сточных вод. Может использоваться в нефтеперерабатывающей и нефтедобывающей промышленности, на машиностроительных и автомобилестроительных предприятиях, на гальванических производствах, при очистке стоков на автомобильных мойках и станциях технического обслуживания. Может использоваться в качестве загрузки патронного промышленного фильтра.

Существует сорбент из шелухи вызревших семечек подсолнечника, для чего шелуху измельчают в муку, затем гидролизуют в растворе кислоты 9-12 н., в соотношении 1(8-10) по весу в течение не менее 35-45 дней при комнатной температуре, после чего промывают дистиллированной водой и сушат. В результате такой обработки получают сорбент для извлечения ионов железа и кальция. Технология получения сорбента может варьироваться, например, сорбент подвергают кислотной гидролизации как соляной, так и серной кислотой. Гидролиз серной кислотой может быть проведен при температуре 100°C в течение не менее 3-6 часов. Промывка от следов кислоты также может проходить сначала дистиллированной кислотой комнатной температуры, а затем нагретой до 80°C. Авторами патента предлагается проводить дополнительную обработку сорбента перед сушкой этиловым спиртом. В результате образуется черный порошок, без вкуса и запаха, нерастворимый в воде, щелочах и кислотах (патент РФ 2060818, 1996.05.27).

Недостатком данного сорбента является множество технологических операций, использование дорогих реагентов, что влечет за собой высокую стоимость сорбента.

Существует сорбент для очистки пластовых и промысловых вод, состоящий из слоя горелой породы и слоя хлопкосодержащего сорбента (патент РФ 2179953, 27.02.2002).

Недостатком данного способа является селективность очистки сточных вод только от нефтепродуктов.

Известен трехслойный сорбент для очистки сточных вод от загрязнения нефтью и нефтепродуктами - прототип, содержащий хлопоксодержащие отходы прядильного производства и целлюлозосодержащие отходы сельского хозяйства растительного происхождения, имеющие пространственно-каркасную структуру, предварительно просушенные и измельченные, для развития пористой структуры сорбента при следующем соотношении компонентов, мас%: хлопоксодержащий отход 40-70, целлюлозосодержащий отход 30-60, причем хлопоксодержащие и целлюлозосодержащие отходы сорбент содержит в виде трехслойного пакета, внешние слои которого содержат хлопоксодержащие отходы, а внутренние - целлюлозосодержащие отходы. В качестве целлюлозосодержащих отходов сорбент содержит соломенную или камышовую сечку, древесные опилки (патент РФ 2091159, 1997.09.27).

Недостатком данного трехслойного сорбента является то, что он способен очищать сточные воды только от нефтепродуктов и не сорбирует тяжелые металлы.

Задачей предлагаемого нами изобретения является разработка сорбента, обладающего высокой эффективностью очистки воды от нефтепродуктов и ионов тяжелых металлов; сокращение количества технологических операций изготовления материала при сохранении высокой очистки от нефтепродуктов и ионов тяжелых металлов; использование отходов производства, которые приведут к снижению стоимости данного материала.

Для решения поставленной задачи сорбент для очистки сточных вод, включающий целлюлозосодержащие отходы растительного происхождения, имеющие пространсвенно-каркасную структуру в виде слоя между слоями хлопкосодержащего отхода производства. В качестве целлюлозосодержащего отхода растительного происхождения используют термообработанную при температуре от 250 до 300°C шелуху пшеницы, а в качестве хлопкосодержащего отхода используют хлопкосодержащий пух, термообработанный при температуре от 350 до 450°C, при следующем соотношении компонентов:

термообработанный хлопкосодержащий пух - от 20 до 30%;

термообработанная шелуха пшеницы - от 80 до 70%.

Данные по эффективности очистки сточных вод от нефтепродуктов и ионов тяжелых металлов для сорбента в зависимости от соотношения термообработанного хлопкосодержащего пуха и термообработанной шелухи пшеницы представлены в таблице 1.

В качестве сорбента предлагается использовать сорбционно-фильтрующий материал с нечетным количеством слоев. Достаточным является фильтр из 3-х слоев с соотношением термообработанных хлопоксодержащих отходов и шелухи пшеницы 20-80%, поскольку в этом случае достигается максимальная эффективность очистки сточных вод. При изменении соотношения эффективность очистки уменьшается. Для изготовления сорбента его укладывают таким образом, чтобы слой хлопоксодержащих отходов, термообработанных при температуре от 350 до 450°C, создавал в объеме фильтра механический каркас и обеспечивал хорошую фиксацию слоя из обработанной при температуре от 250 до 300°C шелухи пшеницы (чтобы шелуху пшеницы не уносило потоками очищаемой воды). Из хлопоксодержащих отходов укладывают верхний и нижний слой для механической фиксации сорбционно-фильтрующего материала. Температурный диапазон определяется тем, что при данных температурах образуется карбонизированный слой на поверхности частиц шелухи пшеницы и волокон хлопкосодержащего пуха, который обладает высокой пористостью и сорбционной емкостью по отношению к нефтепродуктам и ионам тяжелых металлов.

Для изготовления сорбционно-фильтрующего материала используют отходы производства - хлопкосодержащий пух, который образуется в процессе ткачества хлопчатобумажных тканей при переплетении нитей утка и основы на Ткацкой фабрике г.Энгельса Саратовской обл. Пух представляет собой тонкое волокно с низкой плотностью. Диаметр волокна - от 10 до 15 мкм, плотность - от 10 до 15 гр/дм³.

Шелуха пшеницы является многотоннажным отходом сельхозпереработки. Для исследований использовалась шелуха пшеницы - отход на мукомольном заводе г.Красный Яр Саратовской обл. Основной состав пшеничной лузги составляют клетчатка и целлюлоза. Целлюлоза - природный полимер, элементарные звенья которого - C₆H₁₀O₅ - соединяются в длинные линейные макромолекулы с помощью глюкозитной связи или кислородного мостика -O-. Характерной особенностью целлюлозы является наличие в каждом элементарном звене трех гидроксильных групп -OH^-. Функциональная гидроксильная группа способна взаимодействовать с ионами тяжелых металлов, удерживая их в порах и на поверхности сорбента, также в поры-сорбенты способны сорбироваться макромолекулы нефтепродуктов.

Использование отходов производства снижает себестоимость сорбционно-фильтрующего материала.

При исследовании сорбционно-фильтрующего материала на эффективность очистки воды от нефтепродуктов использовали смесь нефтепродукта и дистиллированной воды. В качестве нефтепродукта использовали машинное масло (ρ=0,86 г/см³) объемом 428 мл в 1 литре дистиллированной воды. При этом начальная концентрация машинного масла в смеси составила 244 г/л. Конечную концентрацию определяли на приборе «Концентратомер нефтепродуктов МК-2Н».

Для анализа очистки от ионов тяжелых металлов использовали модельный раствор, содержащий в смеси ионы кадмия, цинка и свинца с концентрациями по 10 мгг/л. Остаточную концентрацию определяли вольтамперометрическим методом на приборе АКВ-07 МК, изготовленным фирмой «Аквилон». Измерения проводили по аттестованным методикам ПНД Ф 14.1:2:4.69-96 «Методика выполнения измерений массовой концентрации ионов кадмия, свинца, меди и цинка в питьевых, природных, морских и очищенных сточных водах» методом инверсионной вольтмаперометрии». По конечным (С_кон) и начальным (С_нач) концентрациям рассчитывали эффективность (Э) очистки модельных сточных вод по формуле

Эффективность очистки промышленных сточных вод от нефтепродуктов и тяжелых металлов повышается, что подтверждается данными из таблицы 2.

В таблице 1 представлены данные по эффективности очистки сточных вод от нефтепродуктов и ионов тяжелых металлов для сорбента от соотношения термообработанного хлопкосодержащего пуха и термообработанной шелухи пшеницы.

В таблице 2 представлены сравнительные данные по эффективности очистки предлагаемого сорбента в соотношении компонентов: термообработанный хлопкосодержащий пух (ТХП): термообработанная шелуха пшеницы (ТШП) 20:80% и прототипа.

Таблица 1
Соотношение (мас.%)	Эффективность очистки от ионов кадмия	Эффективность очистки от ионов цинка	Эффективность очистки от ионов свинца	Эффективность очистки от ионов меди	Эффективность очистки от нефтепродуктов (%)
ТХП	ТШП
35	65	88,0	99,3	88,2	91,8	99,0
30	70	88,2	99,6	88,3	92,0	99,1
25	75	88,2	99,6	88,3	92,1	99,2
20	80	88,2	99,7	88,4	92,1	99,2
15	85	79,9	99,5	88,1	91,7	98,9

Таблица 2
Сорбент	предлагаемый	Прототип
Эффективность очистки от ионов кадмия, (%)	88,2	60,5
Эффективность очистки от ионов цинка, (%)	99,7	80,2
Эффективность очистки от ионов свинца, (%)	88,4	70,4
Эффективность очистки от ионов меди, (%)	92,1	40,2
Эффективность очистки от нефтепродуктов, (%)	99,2	90%
Себестоимость 1 кг сорбента, руб.	20	40

Сорбент для очистки сточных вод, включающий целлюлозосодержащие отходы растительного происхождения, имеющие пространственно-каркасную структуру в виде слоя между слоями хлопкосодержащего отхода производств, отличающийся тем, что в качестве целлюлозосодержащего отхода растительного происхождения он содержит термообработанную при температуре от 250 до 300°С шелуху пшеницы, а в качестве хлопкосодержащего отхода используют хлопкосодержащий пух, термообработанный при температуре от 350 до 450°С, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

термообработанный хлопкосодержащий пух	20-30
термообработанная шелуха пшеницы	80-70