Способ глубокой очистки сточных вод от красителей
Владельцы патента RU 2480424:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный Университет технологии и дизайна" (RU)
Изобретение может быть использовано на производстве текстильных материалов для глубокой очистки сточных вод от красителей. Для осуществления способа проводят обработку окрашенных сточных вод, включающих красители: катионный красный 2С, прямой чисто голубой, ультрафиолетовым облучением на длине волны 186-254 нм в присутствии пероксида водорода в концентрации 1-5 мг/л. Обработку проводят совместно с ультразвуком с мощностью 0,2-0,5 Вт/см2 на частоте 35-47 кГц. Способ обеспечивает повышение степени глубокой очистки сточных вод от красителей и сокращение времени обработки при уменьшенном количестве пероксида водорода и одновременной очистке от поверхностно-активных веществ. 1 ил., 2 табл., 9 пр.
Изобретение относится к способам глубокой очистки сточных вод, включающих красители и поверхностно-активные вещества. И может быть методом, применяемым для глубокой очистки сточных вод при производстве текстильных материалов. Очищаемые сточные воды проходят предварительную очистку от взвешенных веществ и других загрязнителей методами фильтрования и коагуляции.
Известен способ очистки сточных вод от поверхностно-активных веществ и красителей при помощи последовательного фильтрования и коагуляции при противоположных кислотно-основных показателях фильтрата и коагулянта, причем стоки предварительно подвергают обработке ультразвуком в режиме кавитации с последующей флотацией, после чего производят глубокую очистку путем фильтрования раствора через силикатную глыбу [Патент РФ №2259953, кл. C02F 1/52, 2005].
К недостаткам данного способа относится образование вторичных загрязнений окружающей среды после смешения кислого и щелочного стока, также возможно выделение токсичной газовой фазы. Данный метод не обеспечивает достижение ПДК окрашенных растворов.
Предложен метод очистки оборотных и сточных вод от органических загрязнителей различного происхождения, например синтетических поверхностно-активных веществ, нефтепродуктов, фенолов. Способ глубокой очистки включает окисление пероксидом водорода в дозах 10-20 мг/л, облучение ультрафиолетовыми (УФ) лучами и применение катализатора на основе растворимых солей титана [Патент РФ №2348585, кл. C02F 9/12, 2009].
Недостатком данного способа является дороговизна производства титанового катализатора, большие энергозатраты при обеспечении глубокой очистки сточных вод и повышенное потребление пероксида водорода на 1 м3 сточной воды.
Наиболее близким по технической сущности является способ обесцвечивания сточных вод от красителей с использованием фотокаталитической деструкции [Lix Z., Liu H.L., Yue Р.Т., Sun Y.P. Photoelectrocatalytic oxidation of rose Bengal in aqueous solution using a Ti/TiO mesh electrode // Environ. Sci. and Technol. - 2000 - V.34 - №20 - р.4401-4406]. В качестве катализатора применяется сетка из титана, а также в рабочий раствор дозируется порошок диоксида титана. Процесс глубокой очистки проводится в реакторе, представляющем собой электролизер, при этом анодом является сетка из титана, а катодом - платиновая сетка, которая предварительно обрабатывается серной кислотой. Сточные воды облучаются ультрафиолетовым излучением.
Недостатком данного метода является применение для обработки серной кислоты, так как для дальнейшей очистки сточных вод потребуется нейтрализация данных растворов, а также возможно экранирование электродов продуктами деструкции, что приводит к снижению качества очистки от красителей. Стоит отметить высокую стоимость платиновой сетки для проведения данного метода очистки и трудоемкость обслуживания, следовательно, этот способ затратный в промышленном применении.
Техническим результатом заявляемого решения является устранение указанных недостатков предыдущего метода - повышение степени глубокой очистки сточных вод текстильного производства, от красителей катионного красного 2С и прямого чисто голубого за счет совместного использования ультрафиолетового воздействия, ультразвука в режиме кавитации при уменьшенном количестве пероксида водорода и одновременном извлечении поверхностно-активных веществ, при уменьшении времени обработки.
Поставленная задача достигается тем, что в способе глубокой очистки сточных вод от красителей, включающем ультрафиолетовое облучение в присутствии катализатора, обработку окрашенных сточных вод, включающих красители катионный красный 2С, прямой чисто голубой, ультрафиолетовым облучением на длине волны 186-254 нм в присутствии пероксида водорода в концентрациях 1-5 мг/л осуществляют совместно с ультразвуком в режиме кавитации с мощностью 0,2-0,5 Вт/см2 на частоте 35-47 кГц.
Отличительной особенностью заявляемого способа глубокой очистки является совместное воздействие на сточные воды, включающие красители катионный красный 2С, прямой чисто голубой, ультрафиолетового излучения с длиной волны 186-254 нм мощностью 15-20 Вт, ультразвука в режиме кавитации с частотой 35-47 кГц и мощностью 0,2-0,5 Вт/см2, с введением пероксида водорода в концентрации 1-5 мг/л.
Пример реализации. После предварительной очистки модельный раствор сточной воды, стадии крашения текстильного производства, с начальной концентрацией красителя 1-5 мг/л, концентрацией ПАВ 10 мг/л и рН 4,5-5 подают в реактор ультразвуковой кавитации мощностью 0,2-0,5 Вт/см2, частотой 35-47 кГц с размещенным над поверхностью воды ультрафиолетовым излучателем мощностью 15-20 Вт с длиной волны 186-254 нм при одновременном введении пероксида водорода в концентрации 1-5 мг/л.
Пример 1. После предварительной очистки модельный раствор сточной воды, стадии крашения текстильного производства, с начальной концентрацией красителя катионного красного 2С 1-5 мг/л, концентрацией ПАВ 10 мг/л и рН 4,5-5 подают в реактор ультразвуковой кавитации мощностью 0,2 Вт/см2, частотой 35 кГц с размещенным над поверхностью воды ультрафиолетовым излучателем мощностью 15 Вт с длиной волны 186 нм при одновременном введении пероксида водорода в концентрации 1 мг/л. Как видно из таблицы 1, степень обесцвечивания красителя катионного красного 2С достигла 99% за 60 минут обработки, что соответствует остаточной концентрации используемого красителя 0,04 мг/л при ПДК данного красителя 0,04 мг/л. Одновременно за 60 минут степень извлечения ПАВ - сульфанол НП-3 достигла 10%, как показано в таблице 2.
Пример 2. Эксперимент проводят как в примере 1, с тем отличием, что используют ультрафиолетовый излучатель с мощностью 20 Вт, длиной волны 254 нм. Как показано в таблице 1, степень обесцвечивания красителя катионного красного 2С достигла 99% за 60 минут обработки, что соответствует остаточной концентрации используемого красителя 0,03 мг/л при ПДК данного красителя 0,04 мг/л. Одновременно степень извлечения ПАВ за 60 минут составила 17%, что отражено в таблице 2.
| Таблица 1 | |||||||||
| Изменение времени обработки от различных параметров воздействия | |||||||||
| № | Параметры обработки | Время обработки, мин | Степень обесцвечивания, % | Остаточная концентрация, мг/л | |||||
| Мощность УФ, Вт/Длина волны УФ, нм | Мощность кавитатора, Вт/см2 / Частота волны кавитатора, кГц | Доза пероксида водорода, мг/л | |||||||
| 1 | 15/186 | 0,2/35 | 1 | 60 | 99 | 0,04 | |||
| 2 | 20/254 | 0,2/35 | 1 | 60 | 99 | 0,03 | |||
| 3 | 15/186 | 0,5/47 | 1 | 55 | 99 | 0,02 | |||
| 4 | 20/254 | 0,5/47 | 1 | 40 | 99 | 0,02 | |||
| 5 | 15/186 | 0,2/35 | 5 | 34 | 99 | 0,02 | |||
| 6 | 20/254 | 0,2/35 | 5 | 25 | 99 | 0,02 | |||
| 7 | 15/186 | 0,5/47 | 5 | 18 | 99 | 0,02 | |||
| 8 | 20/254 | 0,5/47 | 5 | 8 | 99 | 0,01 |
Пример 3. Эксперимент проводят как в примере 1, с тем отличием, что мощность реактора ультразвуковой кавитации составляла 0,5 Вт/см2 с частотой 47 кГц. Как показано в таблице 1, степень обесцвечивания красителя катионного красного 2С достигла 99% за 55 минут обработки, что соответствует остаточной концентрации используемого красителя 0,02 мг/л при ПДК данного красителя 0,04 мг/л. Одновременно степень извлечения ПАВ за 60 минут составила 21%, что отражено в таблице 2.
Пример 4. Эксперимент проводят как в примере 2, с тем отличием, что мощность реактора ультразвуковой кавитации составляла 0,5 Вт/см2 с частотой 47 кГц. Как показано в таблице 1, степень обесцвечивания красителя катионного красного 2С достигла 99% за 40 минут обработки, что соответствует остаточной концентрации используемого красителя 0,02 мг/л при ПДК данного красителя 0,04 мг/л. Одновременно степень извлечения ПАВ за 60 минут составила 34%, что отражено в таблице 2.
| Таблица 2 | ||||||||
| Изменение степени извлечения ПАВ от различных параметров воздействия | ||||||||
| № | Параметры обработки | Время обработки, мин | Степень извлечения ПАВ, % | |||||
| Мощность УФ, Вт/Длина волны УФ, нм | Мощность кавитатора, Вт/см2/ Частота волны кавитатора, кГц | Доза пероксида водорода, мг/л | ||||||
| 1 | 15/186 | 0,2/35 | 1 | 60 | 10 | |||
| 2 | 20/254 | 0,2/35 | 1 | 60 | 17 | |||
| 3 | 15/186 | 0,5/47 | 1 | 60 | 21 | |||
| 4 | 20/254 | 0,5/47 | 1 | 60 | 34 | |||
| 5 | 15/186 | 0,2/35 | 5 | 60 | 40 | |||
| 6 | 20/254 | 0,2/35 | 5 | 60 | 56 | |||
| 7 | 15/186 | 0,5/47 | 5 | 55 | 62 | |||
| 8 | 20/254 | 0,5/47 | 5 | 45 | 78 |
Пример 5. Эксперимент проводят как в примере 1, с тем отличием, что концентрация вводимого пероксида водорода составляла 5 мг/л. Как показано в таблице 1, степень обесцвечивания красителя катионного красного 2С достигла 99% за 34 минуты обработки, что соответствует остаточной концентрации используемого красителя 0,02 мг/л при ПДК данного красителя 0,04 мг/л. Одновременно степень извлечения ПАВ за 60 минут составила 40%, что отражено в таблице 2.
Пример 6. Эксперимент проводят как в примере 2 с тем отличием, что концентрация вводимого пероксида водорода составляла 5 мг/л. Как показано в таблице 1, степень обесцвечивания красителя катионного красного 2С достигла 99% за 25 минут обработки, что соответствует остаточной концентрации используемого красителя 0,02 мг/л при ПДК данного красителя 0,04 мг/л. Одновременно степень извлечения ПАВ за 60 минут составила 56%, что отражено в таблице 2.
Пример 7. Эксперимент проводят как в примере 3, с тем отличием, что концентрация вводимого пероксида водорода составляла 5 мг/л. Как показано в таблице 1, степень обесцвечивания красителя катионного красного 2С достигла 99% за 18 минут обработки, что соответствует остаточной концентрации используемого красителя 0,02 мг/л при ПДК данного красителя 0,04 мг/л. Одновременно степень извлечения ПАВ за 60 минут составила 62%, что отражено в таблице 2.
Пример 8. Эксперимент проводят как в примере 4, с тем отличием, что концентрация вводимого пероксида водорода составляла 5 мг/л. Как показано в таблице 1, степень обесцвечивания красителя катионного красного 2С достигла 99% за 8 минут обработки, что соответствует остаточной концентрации используемого красителя 0,01 мг/л при ПДК данного красителя 0,04 мг/л. Одновременно степень извлечения ПАВ за 60 минут составила 78%, что отражено в таблице 2.
Пример 9. Эксперимент проводят как в примере 2, с тем отличием, что для обработки используется модельный раствор красителя прямого чисто голубого в концентрациях 1-5 мг/л. Как показано на рисунке 1, остаточная концентрация красителя прямого чисто голубого достигла 0,02 за 30 минут обработки, при ПДК данного красителя 0,02 мг/л.
Способ глубокой очистки сточных вод от красителей, включающий ультрафиолетовое облучение в присутствии катализатора, отличающийся тем, что обработку окрашенных сточных вод, включающих красители катионный красный 2С, прямой чисто-голубой, осуществляют ультрафиолетовым облучением в диапазоне 186-254 нм в присутствии пероксида водорода в концентрациях 1-5 мг/л совместно с ультразвуком с мощностью 0,2-0,5 Вт/см2 на частоте 35-47 кГц.
